Desde una perspectiva clásica, los elementos sustanciales que conforman el mundo son la materia y los campos (Fig. 1). En este marco, con base en nociones experienciales convencionales y en una teoría atómica muy básica, el concepto de materia hacia finales del siglo XIX permitía incluir los cuerpos sólidos, los líquidos y los gases, así como las soluciones de dos o más sustancias, como ejemplos típicos de la materia accesible a nuestras percepciones. La masa inercial, la carga eléctrica, el momento magnético o la masa gravitacional se consideraron parámetros característicos de las interacciones entre los cuerpos o de su dinámica. Los campos gravitacional y electromagnético, bien conocidos en ese entonces, se llegaron a concebir como el medio por el cual un cuerpo puede ejercer una fuerza sobre otro y, aunque invisibles a nuestra percepción directa, su inclusión entre los elementos sustanciales de la naturaleza se sustenta en las descripciones matemáticas que los definen coherente y unívocamente, y en la consistencia de tales descripciones con las observaciones experimentales. Como un ejemplo importante, el modelo electromagnético de la luz consolidó, en particular, la idea de que esta se encuentra constituida por los modos ondulatorios del campo electromagnético producidos, en general, por el movimiento acelerado de cargas eléctricas.
Este marco conceptual conformó la base sobre la cual se dio la indagación inicial sobre la naturaleza íntima de la materia, que trastornó los fundamentos de la comprensión clásica del mundo submicroscópico. Al ser inaccesibles a nuestra percepción directa, la descripción de los sistemas en tal escala de tamaños tuvo que hacerse mediante el modelado de los objetos que componen la materia; átomos y moléculas en este caso. Estos objetos mostraron estar compuestos, a su vez, por objetos aún más pequeños, los electrones, relativamente livianos y de carga negativa, y un núcleo, de carga positiva, que constituía la mayor parte de la masa atómica. También los núcleos mostraron estar compuestos de dos tipos de partículas de masas similares: los protones, de carga positiva y de magnitud exactamente igual a la de los electrones, y los neutrones de masa similar a la de los protones, pero sin carga. El volumen que se podía asignar a estas partículas mostró ser una fracción insignificante del volumen atómico, de tal manera que la materia resultaba ser espacio vacío en una gran proporción; el carácter sustancial de la materia quedaba reducido al ínfimo volumen ocupado por las partículas elementales mencionadas.
Las teorías propuestas para describir la dinámica de los constituyentes atómicos mostraron diversas contradicciones con el marco clásico establecido que predecía, en particular, la inestabilidad de los estados electrónicos.
Sobre bases heurísticas, apoyadas en los principios mecánicos generales, la teoría cuántica desplazó las concepciones clásicas inoperantes. Estableció una base descriptiva con muchas similitudes con la teoría clásica, pero cambió radicalmente los elementos metodológicos y descriptivos. Propuso una función de las coordenadas del sistema y del tiempo para describir el estado dinámico del sistema, su función de onda (véase por ejemplo la Fig. 2). Toda la información dinámica del sistema se obtiene de ella mediante el uso de operadores. La teoría propuso que las cantidades dinámicas del sistema tienen un carácter estadístico, y que los valores que se pueden obtener en una determinación teórica o experimental muestran, en general, una distribución característica del sistema.
Sin embargo, a pesar de un tratamiento radicalmente diferente, la descripción cuántica de los sistemas materiales sigue considerando a electrones, protones y neutrones como objetos puntuales, es decir como partículas, lo que establece una sutil contradicción descriptiva, al asignar una función que tiene un valor en cada punto del espacio a un objeto puntual que por definición se encontraría en cada momento en algún punto específico. Esta contradicción suele ser ignorada ante el gran éxito predictivo de la teoría, capaz de establecer con una alta precisión el comportamiento de un sistema.
Una manera de salvar parcialmente esta dificultad sería el reconocer que los objetos cuánticos son descritos por su función de onda sin hacer alusión a su naturaleza corpuscular, lo que plantearía que tienen un carácter extendido, aunque localizado en la medida en que la función de onda correspondiente lo está. Ello nos lleva a proponer una respuesta a la pregunta que nos ocupa de manera incierta, ya que, aunque podamos decir que la materia está constituida por tales objetos cuánticos, la naturaleza de los mismos no queda bien establecida.
Desde una perspectiva epistemológica, podemos argüir que la dificultad planteada para resolver nuestra pregunta radica en que la descripción de los objetos submicroscópicos o, más precisamente, de los objetos cuánticos tiene que ser realizada, a fortiori, mediante el modelamiento teórico de tales objetos y del marco interpretativo dado a los experimentos.
La teoría cuántica de los campos ofrece una opción que aumenta el grado de abstracción teórica del marco descriptivo para la comprensión de la naturaleza, al proponer que todo lo que hay en la naturaleza son campos, de diferente naturaleza, que pueden interactuar entre sí y cuyos estados dinámicos localizados constituyen las partículas empleadas en nuestras descripciones convencionales (véase la Fig 3). Desde este punto de vista, la materia constituiría una manifestación de algunos estados particulares de campos específicos y los únicos elementos sustanciales de la naturaleza serían los campos.
El doctor Miguel Ángel Ocampo Mortera es investigador en el Centro de Física Aplicada y Tecnología Avanzada, de la UNAM Campus Juriquilla
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