la història de l’avanç del coneixement, el descobriment de la mecànica quàntica en el segle XX –que explica tot un conjunt de nous fenòmens coneguts com a física quàntica–, es col·loca al nivell de la revolució científica originada en el segle XVII per la nova metodologia de descriure la natura iniciada per Galileu i Newton: el mètode científic. Al voltant del 1900, molts fenòmens físics coneguts experimentalment no podien ser explicats per la física clàssica. En un principi, la mecànica quàntica va sorgir per a proporcionar una descripció de la matèria i la radiació sobre una escala microscòpica de l’ordre d’1Å=10–10 metres,1 molt més enllà del que els nostres sentits son capaços de percebre i de resoldre. Per poder penetrar en aquestes lleis fonamentals de la natura, van caldre un gran enginy i imaginació. L’acceptació per part de la comunitat científica d’idees tan revolucionàries com les propietats ondulatòries de la matèria (els electrons són difractats!) o les propietats corpusculars de la radiació (els fotons!) va desencadenar en uns quants anys un avanç conceptual i fenomenològic sense precedents. D’acord amb la física clàssica, donat un conjunt definit de condicions inicials i el coneixement de les forces que hi actuen, és possible determinar el comportament del sistema físic sense ambigüitat; és a dir, si hi ha un conjunt de mesures repetides en condicions idèntiques, els resultats d’aquestes mesures seran idèntics. Al contrari, la mecànica quàntica prediu que el comportament de la natura és indeterminista i que tota la informació sobre esdeveniments físics ve donada en termes de probabilitats. El desenvolupament de la física quàntica al llarg del segle XX ha mostrat que el seu domini d’aplicació s’estén al comportament de la matèria a totes les escales i que fenòmens macroscòpics de la grandària de l’escala humana com la incompressibilitat de la matèria agregada, la superconductivitat o la superfluïdesa, només poden ser comprensibles en termes quàntics.
La teoria quàntica va nàixer en 1900, quan Max Planck va necessitar incorporar en la fórmula que explicava la radiació emesa per un cos calent un ingredient contrari a la física clàssica: l’energia emesa o absorbida per les vibracions dels àtoms del cos calent només pot prendre valors múltiples d’una energia elemental, un quàntum energètic proporcional a la freqüència de la radiació. Això significa que la natura és selectiva en les quantitats energètiques que un cos pot absorbir o emetre! i que no tots els valors de l’energia són possibles.
A partir de Planck, es va produir un moviment irresistible que va dur a aplicar el concepte de salt energètic als fenòmens microscòpics dels àtoms i la radiació. En 1905, Albert Einstein va ser consistent quan proposà que, si l’energia dels oscil·ladors atòmics en emetre o absorbir radiació prenia valors discrets, la radiació hauria de consistir en quàntums energètics: els fotons. Amb els fotons, Einstein explica l’efecte fotoelèctric, l’emissió d’electrons d’un metall a partir de radiació incident. Aquest fenomen presentava propietats radicalment contràries a la física clàssica, i la idea dels fotons va aconseguir explicar-les. En 1913, Niels Bohr incorpora les noves idees quàntiques a la seua teoria de l’àtom d’hidrogen. Aquests i altres èxits inicials de les idees quàntiques van preparar el camí per al naixement de la nova teoria quàntica, desenvolupada ràpidament a partir de 1924.
La mecànica quàntica s’ha revelat com la ferramenta més poderosa per a comprendre i predir tot tipus de fenòmens físics i està en els fonaments dels desenvolupaments tecnològics de més èxit de la segona meitat del segle XX. Aplicada a àtoms i molècules, la mecànica quàntica és la base i el futur de la química moderna pel fet que explica l’enllaç químic. En els sòlids, els electrons són atrets pels ions que formen part de la xarxa cristal·lina; quan aquesta interacció és tractada quànticament, els nivells d’energia del material formen sèries de valors molt junts, les bandes energètiques separades entre si per salts d’energia prohibida. La teoria de bandes permet explicar el comportament dels conductors, dels aïlladors i dels semiconductors, tan usats en la tecnologia electrònica dels temps actuals. El transistor és un dispositiu que permet una gran amplificació del corrent elèctric en petites dimensions. Les tècniques modernes de manipulació de materials permeten l’elaboració d’heteroestructures el comportament de les quals depén de fenòmens quàntics. Han aparegut tot un conjunt de nous dispositius: els làsers de semiconductors, els pous quàntics, els microscopis d’efecte túnel... Més coneguts socialment són instruments com el TAC o la ressonància magnètica d’aplicació en medicina. La connexió entre la física quàntica i la tecnologia en l’àrea de materials és tan estreta que una distinció real entre els dos camps quasi ha desaparegut. El segle XX és identificat com el segle quàntic. En la física de partícules elementals s’han arribat a explorar distàncies de l’ordre d’una centmilionèsima part (10–8) de les distàncies atòmiques, i no s’hi ha pogut detectar cap desviació dels postulats de la mecànica quàntica.
Però, paradoxalment, a pesar del vast domini en què hem aconseguit utilitzar la física i la tecnologia quàntiques, la interpretació del nucli bàsic de la teoria segueix sotmés a múltiples debats. És en aquest punt on el present llibre aporta components interessants, des de la difusió dels problemes continguts, passant per la discussió de com la mecànica quàntica aborda el coneixement de la realitat objectiva i quines són les implicacions sobre aquesta realitat, fins arribar a plantejar si aquesta nova realitat permet abordar vells problemes com la consciència humana o l’origen de l’Univers. El primer aspecte quàntic que es discuteix en el llibre és el caràcter probabilista, indeterminista, en la predicció científica del resultat de mesura d’una magnitud física observable: dos sistemes físics preparats idènticament poden donar lloc a resultats diferents de mesures repetides. Això no vol dir que la mecànica quàntica no és predictiva; ho és, però en termes de distribucions de probabilitats per a cadascun dels resultats possibles de la mesura. Els límits a la predictibilitat estan exemplificats en les famoses relacions d’incertesa de Heisenberg: l’especificació de la posició d’una partícula amb una incertesa està correlacionada amb un límit a la precisió amb què l’impuls d’aquesta partícula pot ser simultàniament conegut. La manera quàntica de compondre probabilitats quan es tenen dues alternatives per a un procés és ondulatòria, segueix les lleis de superposició lineal que tenen les ones. D’aquesta manera es fan aparents les propietats ondulatòries que la mecànica quàntica assigna a les partícules, contràriament a la física clàssica. El comportament ondulatori que De Broglie va postular en 1924 correspon a ones de probabilitat.
Un segon aspecte –que potser continua tenint força dificultats conceptuals encara avui–, és el de l’evolució acausal d’un sistema físic associada amb el problema de la mesura. És el famós problema de la dicotomia sistema físic-observador. Potser ningú discuteix la consistència lògica d’exigir que, després del resultat de mesura de l’observable, el sistema físic, siga quin siga l’estat abans de la mesura, haja de col·lapsar en l’estat propi associat amb el corresponent resultat de mesura. És l’única manera de garantir que, si es torna a mesurar després (una mesura successiva, no una mesura repetida), ha de donar el mateix resultat. El problema conceptual és quan i com es produeix el col·lapse des de l’estat immediatament abans a immediatament després de la mesura. Aquest aspecte de falta de realitat objectiva en un sistema quàntic –que quedarà més patent després– molestava Einstein molt més que la falta de determinisme. Les solucions més buscades a aquest problema, que permeten donar una solució a la paradoxa (i a la salut!, segons Omnès) del gat de Schrödinger –extensament discutida pel professor Lapiedra en aquest llibre–, reconeixen que en la interacció amb un objecte macroscòpic –l’aparell de mesura– hi ha aspectes d’irreversibilitat i decoherència que no permeten reconstruir la història anterior. El professor Lapiedra, com altres autors, assenyala que aquest comportament podria ser degut a la mera interacció entre el sistema quàntic i l’objecte macroscòpic que és l’aparell de mesura. John Bell considerava plausibles totes aquestes explicacions, però no contingudes en la pròpia teoria. Segons ell, consistien en un FAPP –per a tots els propòsits pràctics. Almenys, en aquestes interpretacions, el comportament és
