Tema 3
El debate Einstein-Bohr (hasta 1935)

3.2. Einstein como crítico: el debate Einstein-Bohr

El debate entre Einstein y Bohr fue intenso, prolongándose durante años. En este apartado vamos a analizar las primeras fases de este largo debate, desde su inicio hasta el sexto Congreso Solvay, en 1930.

3.2.1. Precedentes: primeras controversias (1920-1926)

1920

¿Están intercambiados los papeles? Es decir: pareciera que es Bohr el que se opone a abandonar la teoría clásica, y Einstein el revolucionario. Pero no hay tal, puesto que las respectivas posturas subyacentes son:

-Bohr: es preciso un cambio profundo de la teoría clásica.

-Einstein: la conciliación o dualidad onda-corpúsculo se desarrolla para salvar la causalidad.

1924

Ref. 3-2: Bohr, N., Kramers, H.A., Slater, J.C.; "The Quantum Theory of Radiation", Philosophical Magazine 47 (1924) 785-822.

Contenido artículo:

Tesis: saltos cuánticos → no a los principios de conservación de energía y momento (reducción a teoremas estadísticos).

-Se concilia la naturaleza continua del campo electromagnético con la discontinua de las transiciones atómicas, introduciendo unos campos virtuales no causales que inducen las transiciones.

-Abandono de los cuantos de luz y reemplazo por una explicación probabilística basada en una conservación sólo estadística de energía y momento.

Suscitó un fuerte rechazo en Einstein:

Ref. 3-3 ( Einstein, en carta a Born, abril 1924, cit. en [JAM-74], p. 124):

“Bohr's opinion of radiation interests me very much. But I don't want to let myself be driven to a renunciation of stricty causality before there has been a much stronger resistance against it than up to now. I cannot bear the thought that an electron exposed to a ray should by its own free decision choose the moment and the direction in which it wants to jump away. If so, I'd rather be a cobbler or even an employee in a gambling-house than a physicist. It is true, my attempts to give the quanta palpable shape have failed again and again, but I'm not going up hope for a long time yet”.

Ref. 3-4 (Einstein, en carta a Ehrenfest, 1924, cit. en [JAM-74], p.124):

“(…)a final abandonment of strict causality is very hard to me to tolerate”.

Rebatido por los experimentos de Bothe, Geiger, Compton y Simon, en 1925, que demostraron una rigurosa conservación de energía e impulso.

Primer trabajo que rompía totalmente con la Fisica Clásica (aunque fuera erróneo).

1925


Lectura: comenzar ya a leer el artículo de Bohr donde rememora sus discusiones con Einstein,

Ref. 3-5: Bohr, N., "Discussion with Einstein on epistemological problems in Atomic Physics", en Albert Einstein: Philosopher-Scientist, ed. Schilpp, Library of Living Philosophers, Evanston, 1949; también en [FRE-85], pp. 9-49; archivo bohreinstein.pdf; y también en:

-http://www.marxists.org/reference/subject/philosophy/works/dk/bohr.htm


- Sobre este artículo, A. Pais opinó:

Ref. 3-6 (A. Pais; "Reminiscence from the post-war years", en Niels Bohr-His life and work as seen by his friends and colleagues, ed. Rozental, Wiley, Nueva York, 1967, p. 225):

"Nowhere in the literature can a better access to Bohr´s thinking be found, and it is a must for all students of Quantum Mechanics, now or later".

3.2.2. El quinto Congreso Solvay (1927): las interpretaciones de Ψ

La siguiente fase del debate Einstein-Bohr se va a desarrollar en el marco de los Congresos Solvay. El primero de ellos en que confrontan sus opiniones sobre la nueva Mecánica Cuántica será el quinto, en 1927.

Bruselas, octubre1927: Quinto Congreso Solvay

Tema oficial del Congreso: "Electrones y fotones".

Actas: Ref. 3-7: Electrons et Photons-Rapports et discussions du Cincième Conseil de Physique tenu à Bruxelles du 24 au 29 octobre 1927 sous les Auspices de l'Institut International de Physique Solvay, Gauthier-Villars, Paris, 1928.

Desarrollo del Congreso (según actas):

Ref. 3-30 (Born y Heisenberg en el quinto Congreso Solvay, cit. en [Gal-89]):

“La Mecánica Cuántica conduce a resultados precisos en lo que concierne a los valores medios, pero no da ninguna información sobre los detalles de cada proceso individual. El determinismo, hasta hoy considerado como la base de las ciencias exactas, debe ser abandonado”.

Ref. 3-31 (Born y Heisenberg en el quinto Congreso Solvay, cit. en [Gal-89]):

“Mantenemos que la Mecánica Cuántica es una teoría completa, cuyas hipótesis fundamentales, físicas y matemáticas, no son susceptibles de modificación”.

 

  "...Sea una pantalla en la que se practica una pequeña abertura O y sea P una película fotográfica con forma semiesférica de gran radio. Supongamos que los electrones caen sobre S según la dirección de las flechas. Una parte de esos electrones pasa por O y, debido a la pequeñez de la abertura y de la velocidad de las partículas, se reparten de manera uniforme en todas las direcciones para actuar después sobre la película..."



Leer la intervención de Einstein, única que recogen las actas: einstein5solvay.pdf
(traducción de M. Ferrero en [FER-96], pp. 21-23). Después de ello, responder en el foro a las siguientes cuestiones:

-Sean I la interpretación estadística (ensembles) y II la no-estadística.
a) ¿Qué es problemático en cada interpretación?:
b) I y II, ¿producen resultados experimentales distintos?
c) ¿Producen consecuencias interpretativas distintas?

A discutir en el foro. Y en clase.

Leer también, en el mismo archivo, einstein5solvay.pdf, los comentarios de M. Ferrero que preceden y siguen a su traducción de la intervención de Einstein. Opiniones, al foro.

Ejercicio : Sea un átomo errante en el vacío interestelar que se desexcita y emite un fotón. Si el átomo se encuentra a un año luz de la tierra, el correspondiente frente de onda esférico que toca la Tierra posee una superficie de 1027 Km2 .
a) ¿Cuál es la probabilidad de detección para un detector en cualquier punto del frente de onda?
b) ¿Y en el instante en que un detector en la Tierra cace al fotón?
c) ¿Hay alguna zona del espacio entre la Tierra y el fotón de la que, tras la detección, pueda decirse que tenga más probabilidad de haber sido atravesada por el fotón?

(discutido en parte en [ORT-97]: Ortoli, S. y Pharabod, J.P.; El cántico de la cuántica. ¿Existe el mundo?, Gedisa, Barcelona, 1997, pp. 48-49.)

Responder en el foro, donde lo discutiremos.

 

Uno de ellos sería el famoso experimento de la doble rendija, paradigma de la teoría, del que R. Feynmann dijo, en una afirmación muy citada:

Ref. 3-12 (R. Feynman, en The Feynman Lectures on Physics, Addison-Wesley, 1965):

"El experimento de la doble rendija encierra en sí el corazón de la Mecánica Cuántica, en realidad, contiene el único misterio".


Sobre el experimento de la doble rendija:

-Historia: http://physicsworld.com/cws/article/print/9745

-Animación: http://www.fen.bilkent.edu.tr/~yalabik/applets/collapse.html

(existen numerosas animaciones como ésta, probar en google u otro buscador una búsqueda para, por ejemplo, "double+slit+animation")

Sobre el Instituto Solvay


3.2.3. El sexto Congreso Solvay (1930): la caja de fotones.

La siguiente fase del debate Einstein-Bohr se va a desarrollar de nuevo en el marco de los Congresos Solvay. El siguiente de ellos en que confrontan sus opiniones sobre Mecánica Cuántica es el sexto, en 1930.

Bruselas, octubre 1930: Sexto Congreso Solvay

Tema oficial del Congreso: "Propiedades magnéticas de la materia".

Actas: Ref. 3-13: Le magnètisme-Rapports et Discussions du Sixième Conseil de Physique tenu à Bruxelles du 20 au 25 octobre 1930 sous les Auspices de l'Institut International de Physique Solvay, Gauthier-Villars, Paris, 1932.

  • Foto 5th Solvay:


  • - "Sixth Solvay Congress, 1930, Brussels; Niels Henrik David Bohr, Leon Brillouin, Aime Auguste Cotton, Marie Curie, Charles Galton Darwin, Peter Josef William Debye, Paul Adrien Maurice Dirac, Albert Einstein, Enrico Fermi, Walther Gerlach, Petr Leonidovich Kapitza, Paul Langevin, Wolfgang Pauli, Owen Williams Richardson, Arnold Johannes Wilhelm Sommerfeld, Otto Stern, Pieter Zeeman"


    Releer atentamente las páginas 32-38 del artículo bohreinstein.pdf. Un comentario más resumido puede encontrarse en The Quantised World.

     

    Ref. 3-14 (descripción por L. Rosenfeld de la reacción de Bohr tras la intervención de Einstein, en Proceedings of the 14th Solvay Conference, Interscience, New York, 1968):

    “During the whole evening he was extremely unhappy, going from one to the other and trying to persuade them that it couldn't be true, that it would be the end of physics if Einstein were right; but he couldn't produce any refutation”.


    (Actividad opcional) Para información sobre algunos discrepantes y sus argumentos, puede leerse el apartado 5.4 del libro de Jammer, [JAM-74], pp. 136-145, fichero jammercaja.pdf.

    O, también opcionalmente, para comprobar que el debate sigue vivo, pueden consultarse los siguientes vínculos (argumentos y réplicas secuenciales):

    - The Photon-Box Bohr-Einstein Debate Demythologized

    - On Bohr’s response to the clock-in-the-box thought experiment of Einstein

    - http://ej.iop.org/links/q92/YWUBugp5jSf,YL7h++UksQ/ej24l2.pdf

    -Y continúa...: http://adsabs.harvard.edu/abs/2002EJPh...23L..15D


    Nunca dejó de reflexionar sobre lo que Einstein planteó.

     

    3.2.4. Actividades, vínculos, descargas y bibliografía



    Para los que gustan de poner caras a los nombres: galería fotográfica de físicos famosos (este servidor funciona sólo "a veces") y demás individuos raros. Y dos más: galería de fotos E. Segré y la titulada "Some of the heroes". Y links para muchos más: enlaces a fotos.

    Lectura: un retrato resumido de los caracteres de nuestros protagonistas, especialmente de Bohr, puede encontrarse en el siguiente excerpto en Amazon del libro de A. Pais; The Genius of Science. A portrait gallery of twentieth-century physicists, Oxford Univ. Press, Oxford, 2000 (el libro está en la biblioteca).

    (Nota a octubre de 2004: parece que Googleprint ha dejado de prestar este servicio, mantengo el link porque puede estar desarrollando una nueva versión...2009: actualizado a Reader).

    Sobre las conferencias Solvay:

    - Ernest Solvay.
    -Conferencia de Como de 1927.
    -vídeo Solvay 1927.


    referencias.pdf
    bibliografia.pdf
    programa.pdf
    boyabohr.pdf
    einstein5solvay
    bohreinstein.pdf
    jammercaja.pdf
    bohrfoto.pdf
    tonate.pdf
    quintinracion.pdf

    [ABR-51] Abro,d', The rise of the new Physics, Dover, 1951.

    [JAM-74] Jammer, M.; The philosophy of Quantum Mechanics,Wiley, 1974.

    [FER-96] Ferrero, M., Fernández-Rañada, A., Sáchez-Gómez, J.L. y Santos, E.; Fundamentos de Física Cuántica. Curso de verano de El Escorial, Complutense, Madrid, 1996.

    [FRE-85] French, A.P. and Kennedy, P.J.; Niels Bohr: a centenary volume, Harvard Univ. Press, 1985.

    [GAL-89] Galindo, A. y Pascual, P., Mecánica Cuántica, Eudema, Madrid, 1989.

    [ORT-97] Ortoli, S. y Pharabod, J.P., El cántico de la cuántica. ¿Existe el mundo?, Gedisa, Barcelona, 1997.