Filosofia De La Fisica

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ESDE los viejos tiempos

«Ir A m a te le s , lis u a y filosofía son dos maneras de acercarse a la « iiiiipirnsióM ilrl mundo que se han desarrollado en conexión mutua. Más «|iir i'u.ili|iner olra disciplina científica, la física ha presionado sobre los limites «le nuestro conocimiento más general acerca de las estructuras pmlunilas del entendimiento y de la realidad, por lo que posee muchos puntos comunes con el pensamiento ontológico y epistem ológico, tradicionalmente objeto de la filosofía. LA W REN CE SK LAR traza un mapa de las áreas principales en la que se plantean cuestiones fundamentales de filosofía del conocimiento del mundo físico. FILOSOFÍA DE LA F IS IC A estudia la estructura del espacio, el tiem po y el movimiento, la geometría del mundo y el tipo de entidades fundamentales que lo constituyen. Aborda también el problema de la probabilidad y el carácter aleatorio de los procesos básicos de la naturaleza, y termina con un examen de las implicaciones ontológicas y epistemológicas de la mecánica cuántica, la teoría más precisa y fecunda de cuantas han existido nunca, así como la más extraña y difícil de conjugar con la imagen del mundo del sentido común. También en Alianza Editorial, «Sobre la realidad de los cuantos», de J. M. Jauch (AU 428), y «El debate de la teoría cuántica», de Franco Selleri (AU 453).

Alianza Editorial

Filosofía de la física

Lawrence Sklar

Filosofía de la física Versión española de Rosa Álvarez Ulloa

Alianza Editorial

T ítulo original:

Philosophy o f Physics

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© Westview Press, Inc., 1992 © Ed. cast.: Alianza Editorial, S. A., Madrid, 1994 Calle Juan Ignacio Luca de Tena, 15; 28027 Madrid; teléf. 741 66 00 ISBN : 84-206-2797-6 Depósito legal: M. 38.916-1994 Impreso en Lavel. Los Llanos, C/ Gran Canaria, 12. Humanes (Madrid) Printed in Spain

PatyRubby

ÍNDICE

Agradecimientos .............................................................................

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1.

l a s c ie n c ia s f í s i c a s .....................

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La relación de la ciencia a la filosofía .................................. Física moderna y filosofía ..................................................... Filosofía de la física y filosofía general ................................. Finalidad y estructura de este lib r o ......................................

13 16 22 24

...................................................

27

Problemas filosóficos tradicionales del espacio y el tiempo.. El debate entre Newton y Leibniz ....................................... Del espacio y el tiempo al espacio-tiempo .......................... La gravedad y la curvatura del espacio-tiempo ................... ¿Cómo conocemos la verdadera geometría del mundo? .... ¿Qué clase de entidad tiene el espacio-tiempo? .................. Lecturas adicionales .............. ................................................

27 38 47 67 85 109 138

..................

141

Los filósofos acerca de la probabilidad y la explicación es­ tadística ...................................................................................

141

2.

3.

In tr o d u c c ió n : L

a

f ilo s o f ía

y

E s p a c io , t ie m p o , m o v im ie n t o

L a INTRODUCCIÓN DE LA PROBABILIDAD EN LA FÍSICA

9

10

4.

5.

Indice

De la termodinámica a la mecánica estadística ................... El problema de la irreversibilidad y las tentativas de resol­ verlo ........................................................................................ El problema de «la dirección del tiempo» ............................ Lecturas adicionales ..............................................................

180 216 227

L a IMAGEN CUÁNTICA DEL MUNDO ...................................................

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La base experimental de la teoría cuántica .......................... Primeras tentativas de interpretar la teoría: el principio de incertidumbre ........................................................................ ¿Qué es la medición en la teoría cuántica? .......................... El problema de las variables ocultas y el determinismo..... La inseparabilidad de los sistemas ....................................... Lecturas complementarias ....................................................

231

R e f l e x io n e s

164

241 260 292 307 324

s o b r e la in t e r d e p e n d e n c ia d e l a f il o s o f ía y

la c ie n c ia .................................................................................

327

B i b l i o g r a f í a ......................................................................................................

335

a n a l ít ic o .............................................................................

341

Í n d ic e

AGRADECIMIENTOS

En un trabajo de esta clase, concebido como un examen del estado actual del campo, las fuentes de influencia intelectual son de­ masiado numerosas para mencionarlas en una sección de agradeci­ mientos. Las lecturas sugeridas al final de los tres capítulos principa­ les indicarán al lector dónde he encontrado las fuentes de muchas ideas importantes en la filosofía de la física. Las discusiones mantenidas con muchas personas a lo largo de los años me han ayudado a poner en orden mis ideas sobre los tópi­ cos que presento aquí. Jim Joyce y Bob Batterman han sido de gran ayuda, y de John Earman, Clark Glymour, David Malament, Paul Horwich, y Michael Friedman he aprendido mucho. Michele Vaidic fue de inestimable ayuda a la hora de confeccio­ nar el manuscrito. Spencer Carr y los dos de Westview Press me ayudaron mucho a mejorar el primer borrador del manuscrito, especialmente en lo que a estilo y organización se refiere. A Marian Safran, redactora jefe, le agradezco mucho la ayuda proporcionada en llevar el manuscrito a su forma final. Parte de la investigación que contribuyó a reunir el material del capítulo 3 fue subvencionada por la National Science Foundation, cuya ayuda agradezco sinceramente. También debo dar gracias a la Universidad de Michigan por una beca que contribuyó a sufragar al­ gunos de los costes de la preparación del manuscrito*

referees

Lawrence Sklar 11

Capítulo 1 INTRODUCCIÓN: LA FILOSOFÍA Y LAS CIENCIAS FÍSICAS

La relación de la ciencia a la filosofía La demarcación entre las ciencias naturales y la filosofía ha sido un proceso largo y gradual dentro del pensamiento occidental. En un principio la indagación en la naturaleza de las cosas consistía en una amalgama de lo que hoy concebiríamos como filosofía: consideracio­ nes generales del tipo más amplio sobre la naturaleza del ser y la na­ turaleza de nuestro acceso cognitivo al mismo, y lo que hoy se consi­ deraría característico de las ciencias específicas: la acumulación de hechos observacionales y la formulación de hipótesis generales y teó­ ricas que los expliquen. Si atendemos a los restos fragmentarios de las obras de los filósofos presocráticos, encontramos no sólo im por­ tantes e ingeniosas tentativas de aplicar la razón a amplias cuestiones ' metafísicas y epistemológicas, sino también los primeros conatos de teorías físicas, si bien extraordinariamente imaginativas, sobre la na­ turaleza de la materia y sus aspectos cambiantes. En la época de la filosofía griega clásica podemos ya apreciar una cierta disociación de las dos disciplinas. E n sus obras metafísicas, Aristóteles está haciendo exactamente lo mismo que harían los filóso­ fos hoy día. Pero en la mayoría de sus obras biológicas, astronómicas y físicas, encontramos métodos de investigación que nos son hoy día familiares en la práctica de los científicos. 13

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A medida que las ciencias especiales, como la física, la química y la biología, han ido multiplicándose, dominando cada vez más recur­ sos y desarrollando metodologías sumamente individualizadas, han demostrado poseer capacidad para describir y explicar las caracterís­ ticas fundamentales del mundo en el que vivimos. Debido al éxito de los practicantes de las ciencias especiales, muchos se preguntan si aun queda algo que los filósofos puedan hacer. Algunos filósofos creen que hay dominios de investigación radicalmente diferentes a los de las ciencias particulares, por ejemplo, la indagación en la natu­ raleza de Dios, de «ser ello mismo» o de alguna otra cosa. Otros filó­ sofos han buscado de diversas maneras un dominio distinto de inves­ tigación para la filosofía más estrechamente vinculado a los recientes y sofisticados desarrollos de las ciencias naturales. Una concepción todavía más antigua, cuya popularidad fue dis­ minuyendo con el paso de los siglos, aunque sin llegar a desaparecer totalmente, sostiene que hay una forma de conocer el m undo cuyo fundamento no necesita descansar en la investigación observacional o experimental, el método de las ciencias específicas. Esta vieja con­ cepción se vio influida en parte por la existencia de la lógica pura y las matemáticas, cuyas verdades firmemente establecidas no parecen descansar para su justificación en un fundamento observacional o ex­ perimental. Desde Platón y Aristóteles a Leibniz y otros racionalistas, pasando por Kant y los idealistas, y llegando hasta nuestros tiempos, ha perdurado la esperanza de que, siendo lo suficientemente inteli­ gentes y reflexivos, podríamos establecer un cuerpo de proposiciones descriptivas del mundo, si bien conocidas con la certeza con la que afirmamos conocer las verdades de la lógica y las matemáticas. Esto sería creíble con independencia de cualquier soporte inductivo de los hechps particulares de la observación. Si este cuerpo de conoci­ miento estuviese a nuestra disposición, ¿no sería el objetivo anhelado durante siglos por la disciplina tradicionalmente llamada filosofía? Una concepción más contemporánea sostiene que el papel de la filosofía es servir, no ya de. fundamento para las ciencias o como ex­ tensión de ellas, sino antes bien de observador crítico de las mismas. La idea aquí es que las disciplinas científicas particulares usan con­ ceptos y métodos. Las relaciones entre unos conceptos y otros, aun­ que implícitas en el uso que la ciencia hace de ellos, podrían no estar claras de manera explícita para nosotros. En este caso sería tarea de la filosofía el esclarecimiento de estas relaciones conceptuales. De

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nuevo, las ciencias particulares emplean métodos específicos para ge­ neralizar de los datos observacionales a las hipótesis y a la teoría. El cometido de la filosofía es, desde esta perspectiva, describir ios méto­ dos que las ciencias utilizan y explorar el terreno para justificar estos métodos. Es decir, compete a la filosofía mostrar que se trata de los métodos adecuados para hallar la verdad en la disciplina científica en cuestión. Pero, ¿está claro desde alguna de estas dos perspectivas que la fi­ losofía y la ciencia puedan ser diferenciadas una de la otra en una forma más rotunda? Muchos insinúan que no. En las ciencias especí­ ficas, las teorías se adoptan a veces no sólo por ser consistentes con los datos observacionales, sino también por otros motivos como el grado de simplicidad, el poder explicativo u otras consideraciones que se cree que contribuyen a su plausibilidad intrínseca. Cuando advertimos esto, comenzamos a perder confianza en la idea de que hay dos reinos muy diferentes de proposiciones, aquéllas respaldadas sólo por los datos y aquéllas respaldadas sólo por la razón. Muchos metodólogos contemporáneos, como W. V. Quine, mantendrían que las ciencias naturales, las matemáticas y hasta la lógica pura forman un continuo unificado de creencias sobre el mundo. Todas ellas, afir­ man estos metodólogos, están indirectamente respaldadas por los datos observacionales, pero todas ellas contienen asimismo elemen­ tos de apoyo «racionales». Si esto es cierto, ¿no formaría incluso la fi­ losofía, entendida como las verdades de la razón, parte integrante asi­ mismo del todo unificado? Esto es, ¿no sería también la filosofía simplemente un componente del cuerpo de las ciencias especiali­ zadas? Cuando preguntamos por la adecuada descripción y justificación de los métodos de la ciencia, parece que esperamos que los resulta­ dos específicos de las ciencias particulares entren de nuevo en juego. ¿Cómo podríamos entender la aptitud de los métodos de la ciencia para conducirnos a la verdad sin ser capaces de demostrar que estos métodos poseen efectivamente la fiabilidad que se les ha atribuido? Y ¿cómo podríamos hacer esto sin emplear el conocimiento sobre cómo es el m undo que nuestra mejor ciencia disponible nos ha reve­ lado? ¿Cómo podríamos, por ejemplo, justificar nuestra confianza en la observación sensorial en la ciencia si nuestro entendimiento de los procesos perceptivos, un entendimiento que descansa en la física, la neurología y la psicología, no nos garantizase que la percepción, en la

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forma que se utiliza para probar las teorías científicas, era efecti­ vamente una buena guía hacia la verdad sobre la naturaleza del mundo? Es en la discusión de las teorías más fundamentales y generales de la física donde la indistinción de la frontera entre las ciencias na­ turales y la filosofía se hace más evidente. Dada la clara ambición de estas teorías por describir el mundo natural en sus aspectos más fun­ damentales y generales, no resulta sorprendente que los tipos de ra­ zonamiento aplicados en el desarrollo de estas teorías sumamente abstractas parezcan a veces más próximos al razonamiento filosófico que a los métodos empleados en llevar a cabo una investigación cien­ tífica más limitada y particular. Más adelante, cuando exploremos los conceptos y métodos utilizados por la fi'sica en el estudio de sus cuestiones más fundamentales, veremos una y otra vez cómo puede no estar claro en absoluto si estamos explorando cuestiones de la ciencia natural o cuestiones de la filosofía. De hecho, en este domi­ nio de nuestra exploración de la naturaleza del mundo, la distinción entre las dos disciplinas se torna muy confusa.

Física moderna y filosofía Nos será de ayuda echar una mirada preliminar a algunas de las for­ mas en que los resultados de la física moderna han afectado a las cuestiones filosóficas. Esto puede suceder cuando un estudio teórico en física ejerce presión contra lo que se ha considerado que son lími­ tes de su dominio de indagación. Consideremos, por ejemplo, la cos­ mología moderna. El modelo más ampliamente aceptado de la es­ tructura a gran escala de nuestro universo es el En él se traza la evolución del universo actual hacia atrás en el tiempo, con un contraimiento de las dimensiones espaciales del universo en esa dirección temporal de retroceso. Una gran parte de la estructura y di­ námica actuales del universo puede ser aparentemente explicada si suponemos que el universo se ha desarrollado de una manera explo­ siva a partir de una singularidad en un tiempo finito en el pasado. Es decir, parece que en algún momento del pasado (del orden de como mucho unas cuantas decenas de billones de años atrás) toda la mate­ ria del universo estaba concentrada «en un punto» del espacio (o, mejor aún, el espacio mismo estaba concentrado en esa forma).

big bang.

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Pero semejante modelo del universo obviamente da lugar a cues­ tiones asombrosas que parecen llevarnos más allá de los modos de búsqueda de una respuesta que nos son familiares en la discusión de cuestiones de causalidad a la escala astronómica. Si el estado actual del universo puede retrotraerse en el tiempo a través de una serie de causas y efectos a la singularidad inicial, ¿qué podemos hacer enton­ ces para continuar el proceso de pregunta-y-respuesta de la ciencia y buscar la explicación causal de la existencia y naturaleza de ese mis­ mo estado inicial singular? Sencillamente, no tenemos claro qué de respuesta explicativa podríamos dar a una pregunta como, «¿por qué tuvo lugar el y por qué se dio en la forma que lo hizo? Hemos, por así decirlo, rebasado el ámbito de las respuestas explica­ tivas del tipo familiar. La cadena de razonamiento causal regresivo de un estado a un estado anterior postulado como causa suficiente pare­ ce detenerse en la singularidad inicial del Esto no significa que no se pueda imaginar algo parecido a una explicación de la ocurrencia y naturaleza del sólo que en este punto parece que los modos de pensamiento científicos habitua­ les han de ser complementados con otros modos familiares al filóso­ fo. Lo que se cuestiona es la naturaleza misma de nuestra demanda de una explicación, el tipo de contestación que podríamos esperar como respuesta a dicha demanda. A quí la física y la filosofía parecen converger, pasando las cuestiones específicas sobre la naturaleza del mundo a estar inextricablemente entrelazadas con cuestiones de un ti­ po más metodológico acerca precisamente de qué tipo de descripción y explicación del mundo puede esperarse propiamente de la ciencia. Otra presión a «filosofar» en la física contemporánea proviene de que los cambios en nuestra imagen física del m undo exigen una revi­ sión radical de nuestra conceptualización del mismo. Cuando inten­ tamos acomodar los desconcertantes datos observacionales que nos abocaron a las nuevas revoluciones científicas, descubrimos pronto que muchos de nuestros preciados conceptos para tratar con el m u n ­ do dependen para su viabilidad de la presencia de ciertas caracterís­ ticas estructurales en nuestra imagen del mundo. En algunos casos se trata de características cuya existencia ni siquiera advertimos hasta que son cuestionadas por las nuevas teorías físicas revolucionarias. Pero, una vez que estas características de nuestra imagen teórica son puestas en tela de juicio, los conceptos que dependen de ellas dejan de funcionar para nosotros como lo han hecho hasta entonces y

tipo

big bang

big bang.

big bang,

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debemos revisar nuestros conceptos. Pero semejante revisión concep­ tual es justamente la clase de cosa que nos impone una investigación típicamente filosófica del significado mismo de los conceptos que he­ mos estado utilizando todo el tiempo y de las revisiones de significa­ do necesarias para acomodar el nuevo entendimiento conceptual del mundo. Consideremos, por ejemplo, la revisión de nuestro concepto del tiempo implicada por la teoría especial de la relatividad. Por razones que analizaremos más tarde, la adopción de esta teoría exige que di­ gamos muchas cosas sobre el tiempo que parecen ser manifiestamen­ te absurdas. Dos sucesos que ocurren al mismo tiempo para un «ob­ servador» pueden, en esta teoría, no ser simultáneos para algún otro observador en movimiento con respecto al primero. El mismo orden temporal de algunos sucesos (sucesos que no son causalmente conec­ tables entre sí) puede invertirse con respecto a observadores diferen­ tes. Sin embargo, nuestro anterior concepto del tiempo suponía, casi inconscientemente, que lo que es simultáneo para un observador es simultáneo para todos, y que si el suceso es anterior al suceso esto es un hecho «absoluto» para todos los observadores. La naturaleza de la nueva teoría del espacio y el tiempo, trayen­ do consigo sus conceptos revolucionarios, nos impone una profunda reconsideración de todo lo que conformaba nuestras viejas presupo­ siciones teóricas y nuestro viejo aparato conceptual. Dicha reconside­ ración nos lleva a examinar con detenimiento justamente lo que en nuestra concepción anterior estaba fundado en la experiencia y lo que se presuponía sin razón o justificación. Y los cambios revolucio­ narios nos imponen el deber de explorar detenidamente la forma en que los conceptos dependen de la estructura teórica en la que se en­ cuentran inmersos, y cómo los cambios en esa estructura pueden le­ gítimamente exigir una renovación conceptual de nuestra parte. Como veremos, al pasar de la teoría especial a la teoría general de la relatividad, necesitaremos estructuras todavía más noveles del espa­ cio y el tiempo. Será posible considerar al menos la posibilidad de mundos en los que, por ejemplo, un suceso dado se encuentre, en un sentido perfectamente coherente, en su propio pasado y futuro. Cla­ ramente, esta clase de cambio cuenta como una revolución concep­ tual. El entendimiento de justamente cómo pueden darse dichas re­ voluciones conceptuales, y de lo que ocurre exactamente cuando una tiene de hecho lugar, es el tipo de problema apropiado para la inves­

a

b,

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tigación filosófica. La filosofía queda ahora integrada en la teoriza­ ción física. Otro ejemplo más de la clase de revolución científica conceptual que exige que la reflexión filosófica pase a formar parte de la prácti­ ca científica concierne al impacto de la teoría cuántica en nuestras nociones tradicionales de causalidad. Una gran parte de nuestra cien­ cia presuponía la idea de que cada suceso podía ser explicado aso­ ciándolo de una forma legal con alguna condición anterior del m un­ do. Dicha suposición era en muchos sentidos un principio guía en la búsqueda de explicaciones científicas cada vez más globales de los fenómenos de la experiencia. Si un suceso parecía no responder a ninguna causa, sólo podía ser un reflejo de nuestra ignorancia, del hecho de que aún no habíamos hallado la causa cuya existencia estaba asegurada por el principio general de que «todo suceso tiene una causa». Pero, según veremos, muchos han afirmado que este principio no puede seguir siendo considerado como verdadero en un mundo des­ crito por la mecánica cuántica. ¿Qué tipo de teoría podría decirnos que hay sucesos no causados en el mundo, sucesos para los que la búsqueda de una causa determinante subyacente es una empresa abocada al fracaso? La respuesta no es una cuestión sencilla. El fallo de la causalidad universal implicado por la mecánica cuántica es par­ te de una revuelta conceptual mucho más profunda a la que nos he­ mos visto forzados por esta teoría. De hecho, pocos de los que han explorado las cuestiones con detenimiento piensan que alguna de las descripciones del mundo ya construidas llegará a hacer justicia a los hechos que la mecánica cuántica nos dice que encontraremos en el mundo. Ideas básicas sobre lo que constituye «la realidad objetiva», como opuesta a nuestra experiencia subjetiva de ella, devienen pro­ blemáticas a la luz de esta asombrosa teoría. Una vez más (y éste es el único comentario que haré aquí), la naturaleza revolucionaria de los datos de la experiencia y de la teoría construida para dar cuenta de ellos en la física moderna nos impone el tipo de examen crítico y de­ tenido del papel desempeñado (algunas veces sólo implícita e incons­ cientemente) por ciertos conceptos fundamentales en nuestras viejas teorías. Además, esa misma naturaleza revolucionaria requiere un examen filosófico detenido sobre la forma en que lat revisión de la teoría nos impone una revisión de la estructura conceptual. Los tipos de pensamiento y razonamiento familiares en contextos filosóficos

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pasan a ser parte integrante de la ciencia en el contexto de las revo­ luciones conceptuales. La filosofía ha sido también integrada en la práctica científica de la física moderna mediante la irrupción en la teorización científica de un tipo de crítica epistemológica que antes sólo se encontraba en la filosofía. La física anterior descansaba en suposiciones sobre qué po­ día constituir datos legítimos para fundamentar la inferencia a teorías físicas y qué podía constituir reglas legítimas de inferencia por las que uno pasaba de las compilaciones de datos observados a las hipó­ tesis generalizadas y a las teorías postuladas. Con frecuencia se deja­ ba a los filósofos la tarea de desentrañar las suposiciones implícitas hechas por las ciencias, de esclarecer su naturaleza y examinar su le­ gitimidad. Pero en la física moderna se ha hecho ineludible para los teóricos, como parte de su práctica científica, el explorar estas cues­ tiones básicas concernientes a nuestras razones para aceptar y recusar hipótesis. Los trabajos de Einstein en la teoría de la relatividad y de Bohr en la mecánica cuántica son particularmente reveladores de esta nueva corriente epistemológica. En su artículo seminal sobre la teoría especial de la relatividad, por ejemplo, A. Einstein afronta una serie de dificultades teóricas y observacionales sumamente complejas de la física existente. Su forma de abordar estos problemas se funda en una discusión extraordina­ riamente original y brillante de la pregunta, «¿cómo podemos deter­ minar si dos sucesos separados espacialmente ocurren o no al mismo tiempo?». Esta exploración en la base evidencial e inferencial de nuestra legítima postulación teórica conduce a Einstein al núcleo central de su nueva teoría, la relatividad de la simultaneidad respecto al estado de movimiento del observador. Si bien Einstein deriva, de hecho, de sus postulados básicos algunas consecuencias observacio­ nales asombrosamente nuevas y de importancia fundamental, mu­ chos de sus resultados predichos estaban contenidos en la teoría an­ terior de H. Lorentz. Pero incluso para estas consecuencias, el trabajo de Einstein constituye un avance de una importancia funda­ mental. Vistas desde su nueva perspectiva, las fórmulas anteriores ad­ quieren un significado completamente diferente. Es esencial observar que esta nueva perspectiva se funda en un examen filosófico-crítico de la base evidencial de nuestras inferencias teóricas. Sorprendente­ mente, como veremos más adelante, un examen epistemológico críti­ co muy similar de otras teorías más antiguas se encuentra en el pro-

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pió núcleo de la otra teoría fundamental de Einstein sobre el espacio y el tiempo: la teoría general de la relatividad. La mecánica cuántica nos proporciona otro ejemplo principal de cómo la crítica epistemológica juega un papel crucial en la física mo­ derna. La cuestión sobre la naturaleza del proceso de medida, el pro­ ceso mediante el que un observador exterior explora un sistema físi­ co con la intención de determinar su estado, resulta fundamental para un entendimiento del significado de las fórmulas centrales de la mecánica cuántica. Desde los primeros comienzos de esta teoría, las cuestiones sobre lo que es observable jugaron un importante papel conceptual. Más tarde, las tentativas llevadas a cabo para entender consecuencias tan curiosas de la teoría como el denominado Princi­ pio de Incertidumbre exigieron, una vez más, un examen crítico de aquello que podía ser determinado observacionalmente. Por último, las tentativas de entender el marco de trabajo conceptual fundamen­ tal de la teoría llevaron a Niels Bohr a afirmar que la nueva teoría fí­ sica exigía una revisión extraordinariamente radical de nuestras ideas tradicionales sobre la relación entre lo que sabemos del m undo y lo que de hecho es el caso sobre él. La idea misma de una naturaleza objetiva del mundo independiente de nuestro conocimiento sobre el mismo fue atacada en el programa de Bohr. Una vez más, ideas pre­ viamente familiares en el contexto de la filosofía pasaron a formar parte de la física. En filosofía, la negación de la objetividad y las vin­ dicaciones a favor de varias doctrinas de la relatividad o de la subje­ tividad para el mundo son una vieja historia. La interacción entre la filosofía y la física no comenzó con estas teorías del siglo XX. Como veremos, hubo cuestiones filosóficas entre­ lazadas con los primeros desarrollos de la dinámica (especialmente en I. Newton). En el siglo XIX, los debates filosóficos desempeñaron un papel crucial en el desarrollo de la nueva teoría atómico-molecular de la materia. Otras polémicas de cariz filosófico fueron importan­ tes para establecer la base conceptual de la teoría del electromagne­ tismo, con su invocación del «campo» como un componente fundamental del mundo físico. Pero la física moderna ha llevado sus exploraciones hasta los mismos límites del mundo. Al hacer esto, ha forzado el aparato conceptual adecuado para tratar con cuestiones más limitadas. La física, en su intento de hacer justicia a los comple­ jos e inesperados fenómenos revelados por las técnicas experimenta­ les modernas, exige la revisión radical de conceptos anteriormente

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no cuestionados. Las nuevas teorías demandan un examen de las ba­ ses evidencíales e inferenciales tras sus postulados. En consecuencia, la física teórica moderna se ha convertido en un foro en el que los modos filosóficos de pensamiento son un componente esencial del progreso físico. Es este entrelazamiento de la física y la filosofía lo que vamos a explorar.

Filosofía de la física y filosofía general Acabamos de ver algunas de las razones por las que la filosofía ha ad­ quirido importancia para quienes se preocupan por la naturaleza de la teoría física. Podría ser de ayuda explicar también porqué el estu­ dio de los fundamentos de la teoría física y de sus aspectos filosófi­ cos reviste valor para los filósofos que no se interesan específicamen­ te por la naturaleza de la física. A mí me gustaría sugerir que los problemas investigados por los filósofos de la física y los métodos que emplean para explorar estos problemas pueden arrojar luz sobre cuestiones filosóficas más generales asimismo. Los filósofos de la ciencia están interesados en cuestiones tales como la naturaleza de las teorías científicas, la manera en que éstas explican los fenómenos del mundo, la base evidencial e inferencial de estas teorías y la forma en que esa evidencia puede ser utilizada para respaldar justificadamente o desalentar la creencia en una hipó­ tesis. Podemos lograr un mayor discernimiento explorando estas cuestiones más generales en el contexto de teorías específicas de la física contemporánea. El vasto alcance de las teorías y su naturaleza sumamente explícita proporcionan un contexto en el que muchas cuestiones de la filosofía general de la ciencia, de lo contrario bastan­ te vagas, se hacen más «fijas» cuando centramos nuestra atención en estas teorías físicas especiales. Al estar las teorías sumamente formalizadas, el lugar que en ellas ocupan conceptos cruciales está sencilla y claramente delimitado. Las cuestiones sobre el significado de los conceptos cruciales, su eliminabilidad o irreducibilidad, sus relaciones definitorias y otras más, pa­ san a ser sometidas a un examen riguroso. Dicho examen es más difí­ cil de realizar cuando se trata de los conceptos más «relajados» de ciencias no tan bien formalizadas. Como también veremos, la rela­ ción de la estructura postulada teóricamente a los hechos obser-

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vacionales de los que es inferida está particularmente clara en m u­ chos de los casos de la física formalizada. En las teorías del espacio y el tiempo, por ejemplo, el propio contexto de teorización científica presupone nociones bastante definidas de lo que ha de considerarse como «hechos accesibles a la inspección observacional directa», los cuales han de proporcionar la totalidad del soporte evidencial de la teoría. Así, cuestiones sobre si la totalidad de dichos hechos podría seleccionar un único competidor teórico viable, respaldándolo frente a todos sus contendientes, son tratadas en una forma iluminadora, una de la que carecemos en el contexto científico general. En este úl­ timo contexto no hay una noción clara de los límites de la observa­ ción, ni una clara delimitación de la clase de posibles alternativas teóricas a considerar. Si exploramos cuestiones tales como la eliminabilidad o no eliminabilidad de los conceptos teóricos o el grado al que las elecciones teóricas están condicionadas por los hechos obser­ vacionales en el contexto de las teorías fundamentales de la física, te­ nemos una forma de tratar con estas cuestiones metodológicas gene­ rales: examinamos casos específicos que confieren una agudeza especial a las cuestiones filosóficas. El discernimiento logrado en este dominio, más formalizable y delimitado, puede resultar de provecho a quienes están involucrados en cuestiones más amplias. Estas consideraciones pueden de algún modo ser generalizadas. Los filósofos que se ocupan de las cuestiones generales de la metafí­ sica, la epistemología y la filosofía del lenguaje descubrirán que la ex­ ploración de cuestiones en estos campos, al ser las cuestiones ejem­ plificadas en los casos particulares concretos de la teoría física, arrojará luz sobre las formas adecuadas de tratar con las cuestiones generales. N o se puede avanzar mucho en el entendimiento de las es­ tructuras específicas de las teorías físicas parciales sin utilizar los re­ cursos aportados por quienes exploran las cuestiones más generales y fundamentales de la filosofía. Lo que es más, no se puede realizar ningún claro progreso en estas áreas más generales sin ver cómo se comportan los métodos y las soluciones generales cuando se aplican a casos específicos. Y los casos específicos de los fundamentos filosó­ ficos de la teoría física fundamental son, de nuevo, particularmente adecuados como casos prueba de las vindicaciones filosóficas gene­ rales. , Una última cuestión relacionada merece un momento de aten­ ción. Uno encuentra con frecuencia en la literatura afirmaciones muy

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.11 revidas de que la física contemporánea ha resuelto decisivamente

viejos debates filosóficos de una vez por todas. «La mecánica cuánti­ ca reiuta la afirmación de que todos los sucesos tienen una causa» es un ejemplo frecuente. Algunas veces, asombrosamente, los dos ban­ dos de un debate filosófico sostienen que una teoría resuelve un pro­ blema en su favor. Así, se ha argüido que la teoría general de la rela­ tividad resuelve decisivamente la cuestión de la naturaleza del espacio. Pero algunos arguyen que refuta el sustantivismo, mientras otros arguyen que resuelve el debate ¡en favor de esa doctrina! Vindi­ caciones tan burdas e incompetentes son decepcionantes porque las cuestiones son complejas y los razonamientos a menudo frustrantemente sutiles y opacos. Bajo dichas circunstancias, las vindicaciones de una victoria decisiva de cualquier tipo deberían ser tratadas al menos con cierto escepticismo. Tendremos que tener un cuidado especial con las conclusiones filosóficas derivadas de los resultados físicos. En analogía con el Prin­ cipio G IG O de la ciencia de los computadores («garbage in, garbage out») [«basura in, basura out»], podemos llamar a esto el Principio M IM O : «metafísica in, metafísica out». N o hay duda de que cual­ quier vindicación filosófica debe ser reconciliada con los mejores re­ sultados de la ciencia física a nuestra disposición. Ni hay duda algu­ na de que el progreso de la ciencia ha proporcionado un útil antídoto contra mucho dogmatismo en la filosofía. Pero al examinar lo que la física nos dice sobre las cuestiones filosóficas, debemos te­ ner siempre presente preguntar si se han insertado presuposiciones filosóficas en la propia teoría. Si descubrimos que dichas presuposi­ ciones sido incluidas en la propia teoría, debemos de estar prepa­ rados para examinar detenidamente la cuestión de si esa forma de presentar la teoría es la única forma en la que sus resultados científi­ cos podían haber sido acomodados o si pudiera haber otras presupo­ siciones que nos llevarían a derivar conclusiones filosóficas bastante diferentes en caso de formar parte de la teoría.

han

Finalidad y estructura de este libro Por último, ofreceré unas pocas observaciones sobre la finalidad y la estructura de este libro. La investigación sistemática y exhaustiva de cualquiera de los principales problemas de la filosofía es una tarea

Introducción: la filosofía y las ciencias físicas

larga y ardua. Un dominio de los contenidos de''l»»J&tí¿i*sí\í funda­ mentales de la física contemporánea requiere un estudio preSuJk del difícil y extenso cuerpo de las matemáticas, ya que las teorías están a menudo gestadas en el poderoso y abstracto lenguaje de la matemáti­ ca contemporánea. El estudio de los elementos físicos especiales de las teorías debe añadirse al trasfondo matemático. Por encima de esto, la indagación filosófica requiere un conocimiento firme de m u­ chos aspectos de la filosofía analítica contemporánea: la metafísica, la epistemología, y la filosofía del lenguaje. Un intento de hacer plena justicia a cualquiera de los problemas centrales de la filosofía en una obra introductoria como la presente está claramente fuera de toda cuestión. Nuestra finalidad aquí, antes bien, es suministrar al lector un mapa de carreteras de las áreas don­ de se encuentran los problemas centrales en el campo. El libro se centra en lo que, a mi entender, parecen ser las cuestiones más im ­ portantes de la filosofía de la física. Muchos otros tópicos interesan­ tes apenas serán tocados y algunos serán dejados completamente a un lado, con la intención de dirigir toda la atención posible a las cuestiones más cruciales y centrales. En lo que a los tópicos considerados respecta, proporciono un bosquejo o resumen de las principales características de las teorías fí­ sicas que interaccionan más crucialmente con la filosofía. M i propósi­ to es ofrecer un tratamiento suficientemente claro y conciso de estas cuestiones a fin de conducir al lector interesado a través de los cami­ nos, en ocasiones laberínticos, seguidos por los debates centrales. Los capítulos 2, 3 y 4 están complementados con una guía comentada de la literatura. El lector interesado en seguir con detalle las cuestiones esbozadas en el texto encontrará en estas secciones de referencia una guía a los materiales de fondo básicos en matemáticas, física y filoso­ fía, así como una guía a las discusiones contemporáneas más impor­ tantes del problema específico. Las secciones de referencia no están concebidas como un examen exhaustivo de la literatura sobre cual­ quiera de los temas tratados (una literatura en ocasiones muy exten­ sa) sino, antes bien, como una guía selectiva de los materiales más útiles para hacer avanzar al lector de una forma sistemática. Pese a haber intentado incluir en las secciones de referencia ma­ terial accesible a aquellos que no dispongan de unos conocimientos básicos extensos de matemáticas y física teórica, no he excluido ma­ terial que requiera conocimiento en estas áreas para su comprensión.

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El material que requiere un conocimiento bastante modesto de este tipo (digamos al nivel medio de una licenciatura) está señalado con (*). El material que requiere una mayor familiaridad con los concep­ tos y métodos técnicos está señalado con (**)■ Las tres áreas principales que exploraremos en este libro son las concernientes al espacio y tiempo, a las teorías probabilísticas y esta­ dísticas de tipo «clásico», y a la mecánica cuántica. Esto nos permiti­ rá examinar muchas de las áreas problemáticas actuales más asom­ brosas y fundamentales en la filosofía de la física. Otra área principal será tratada sólo incidentalmente, aunque introduce de suyo muchas cuestiones sumamente interesantes que han sido sólo parcialmente exploradas. Se trata de la teoría general de la materia y su constitu­ ción tal y como es descrita por la física contemporánea. Las cuestio­ nes que derivan de la postulación del campo como un elemento bási­ co del mundo, de problemas en la teoría de la constitución de la materia a partir de sus microconstituyentes en una jerarquía descen­ dente que nos lleva a través de las moléculas y los átomos a las partí­ culas elementales (y quizá más allá), y de la teoría fundamental de las propias partículas elementales serán tocadas solamente de paso al ocuparnos de las tres áreas de problemas centrales mencionadas más arriba.

Capítulo 2 ESPACIO, TIEMPO, MOVIMIENTO

Problemas filosóficos tradicionales del espacio y el tiempo

Cuestiones acerca del conocimiento Los grandes filósofos de la Grecia Antigua confrontaron el problema de entender qué significa tener conocimiento del mundo. ¿Cuáles son los fundamentos, se preguntaron, y cuáles los límites de nuestra capacidad de conocer cómo es realmente el mundo que nos rodea? No es sorprendente que esta empresa, dirigida a intentar distinguir el conocimiento verdadero de la mera opinión, comenzase examinando las creencias ordinarias sobre aquello que, al entender de la persona racional corriente, podía constituir un conocimiento bien fundado. Había, claro está, muchas creencias particulares compartidas acerca de la existencia y de la naturaleza de los objetos individuales del mundo que hallamos en nuestra vida cotidiana. Pero, ¿había tam­ bién verdades sobre el m undo que pudieran asimismo ser conocidas, verdades sobre todos los objetos o características de un ti­ po dado? Algunas verdades generales parecía que podían ser establecidas por generalización de nuestra experiencia cotidiana. Así, parecía po­ der inferirse de la observación que las estaciones del año seguirían perpetuamente su curso habitual. Que las rocas caían, que el fuego

generales

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ascendía, que los seres vivos procreaban y después, tras un proceso de maduración, perecían, y muchas otras verdades generales forma­ ban parte de un haber común de creencias. Pero la reflexión crítica demostró que en la observación, expuesta como estaba a la ilusión y al error de percepción, no se podía con frecuencia confiar. Y con fre­ cuencia se halló que las creencias generales derivadas de la experien­ cia dejaban de ser válidas cuando se añadían nuevas experiencias. Además, las verdades derivadas parecían carecer de exactitud y pre­ cisión, salvo en esferas de la experiencia tan reducidas como la de la astronomía, donde se observaba una regularidad más perfecta y per­ manente que la hallada en la experiencia de las cosas terrenales ordi­ narias. No obstante, en su búsqueda en pos de las verdades generales acerca de la estructura fundamental del mundo, los griegos también contaron con las teorías de los primeros grandes filósofos especulati­ vos. Entre las muchas teorías generales principales que se propusie­ ron estaba que todas las cosas están formadas por un pequeño núme­ ro de sustancias básicas; que el cambio debe explicarse por el reordenamiento de los átomos invariables; que el m undo es funda­ mentalmente inmutable o, por el contrario, que está en flujo constan­ te. Pero, si bien estas teorías fundamentales del universo eran apasio­ nantes y profundas, parecían carecer de la clase de soporte evidencial que podría persuadir a un escéptico a aceptarlas como verdaderas. Sus proponentes, por supuesto, las defendieron, unas veces invocan­ do burdas verdades generales derivadas de la observación, otras afir­ mando abiertamente que podían llevar al convencimiento por el pro­ ceso del razonamiento puro. Pero ninguna doctrina gozó de aceptación universal, es decir, ninguna doctrina probó ser verdadera por una evidencia incuestionable. ¡Y entonces se hizo la geometría! Aquí uno parecía contar con un cuerpo de aserciones de significado completamente claro, aserciones sobre la naturaleza del m undo que eran exactas y precisas y de las que se podía saber si eran verdaderas con certeza. Ejemplos de esta clase de verdades son que al duplicar la longitud de un lado de un cuadrado su área queda multiplicada por cuatro, y que el cuadrado de la longitud de la hipotenusa de un triángulo rectángulo es la suma de los cuadrados de las longitudes de los otros dos lados. Éstas y otras afirmaciones de la geometría poseían una claridad y una certeza no presente en ningún otro tipo de enunciados sobre el mundo.

Espacio, tiempo, movimiento

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Esta certeza existía porque las proposiciones de la geometría po­ dían ser un hecho que había sido descubierto por los griegos poco antes de la gran era de la filosofía griega clásica. Las proposiciones podían ser derivadas por razonamiento puramenteTógico a partir de primeros principios, axiomas o postulados, que pare­ cían verdaderos en sí mismos a la mente razonable. El razonamiento utilizado procedía seguro intuitivamente de no llevar de una verdad a una falsedad. Uno partía de verdades tan obvias como que dos puntos fijos determinaban una, y solo una, recta que contenía a los dos y que iguales sumados a iguales daban iguales. Entonces, por una cadena de razonamientos en la que cada paso era una transición de una proposición a otra proposición que conducía a uno de‘ manera autoevidefite de una verdad a otra, se podía finalmente alcanzar una conclusión cuya verdad quedaba entonces garantizada con seguridad. Éstas eran las verdades acerca d^ la compleja estructura geométrica del mundo. Tan asombrosa es esta característica de la geometría, su capaci­ dad de aportarnos un conocimiento sobre la estructura del m undo avalado por una inferencia incuestionable a partir de verdades bási­ cas, simples e incuestionables, que todo otro tipo de conocimiento putativo les pareció a los filósofos a lo más un tipo de conocimiento de segunda clase. El conocimiento fundado en los sentidos estaba su­ jeto a los familiares tipos de errores sensoriales — percepción errónea e ilusión. Y el conocimiento que surgía por vía de generalización a partir de los datos concretos de la sensación contaba con un doble inconveniente, la posibilidad de error sensorial y la posibilidad de que nuestras inferencias generalizadoras pudieran de suyo conducir­ nos de la verdad a la falsedad. Mientras la preservación de la verdad de las inferencias puramente lógicas que nos conducían de los postu­ lados básicos a los teoremas geométricos parecía estar garantizada por la intuición, las reglas para trascender la experiencia de los senti­ dos y pasar a afirmaciones generales sobre la naturaleza parecían ca­ recer de dicha garantía avalada por la intuición. Para muchos, la creencia fundada en la observación sensorial y en la inferencia a partir de ésta se convirtió simplemente en un preli­ minar al establecimiento de un conocimiento auténtico por el méto­ do «geométrico». Los filósofos insistieron durante mucho tiempo en el ideal de que, sólo con ser lo suficientemente inteligentes, podría­ mos algún día construir un edificio de conocimiento que compren-

demostradas,

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diese todos los campos de investigación, la física de la naturaleza, la psicología de la mente, incluso los principios básicos de la moral que rigen las verdades de lo bueno y lo malo, así como de lo correcto y lo incorrecto, al descubrir en todos estos campos sus primeros princi­ pios, verdaderos en sí mismos, análogos a los axiomas de la geome­ tría. Podríamos entonces derivar a partir de estos primeros principios el conjunto entero de verdades en cada área, de la misma forma que los teoremas de la geometría se siguen por la lógica solamente de los postulados geométricos básicos. Con la creciente influencia de la observación y del experimento en la fundamentación de la ciencia que surgió tras la revolución científica, y dada la incapacidad para formular una «geometría» de la naturaleza y la moral, la gente se volvió escéptica respecto a la conve­ niencia del modelo geométrico para la estructura del conocimiento científico. En su lugar, los modelos del conocimiento basados en la observación y la generalización a partir de ésta se hicieron más atrac­ tivos, al menos para la mayoría de los filósofos. David Hume sugirió que, de hecho, no podía existir un conoci­ miento auténtico del mundo fundado en la autoevidencia intuitiva y la inferencia lógica. Dicho conocimiento infalible, sugirió, sólo podía ser conocimiento de proposiciones «vacías», proposiciones verdade­ ras sólo en virtud de la definición de sus términos (tal como la pro­ posición de que ningún soltero está casado). Toda proposición verda­ dera, llena de contenido, podía conocerse, si es que podía, sólo con dependencia de los sentidos y por la generalización de los mismos que nos condujo a las creencias en las relaciones causales en el m un­ do. En particular, Hume negó toda posibilidad a la metafísica, la ra­ ma de la filosofía que se ocupa de establecer verdades profundas y generales acerca de la naturaleza del mundo sobre la base del razona­ miento puro únicamente. La respuesta de Immanuel Kant a Hum e fue especialmente im ­ portante.. Pese a coincidir con Hum e en el rechazo escéptico de la mayor parte de la metafísica tradicional, Kant reservó una pequeña parte de ésta como constituida por aserciones verdaderamente llenas de contenido, establecidas sin referencia alguna a la observación o al experimento. Que semejantes verdades llenas de contenido pudieran ser conocidas por la razón pura, argumentaba, quedaba demostrado por la existencia de las dos ramas de la verdad matemática pura, la geometría y la aritmética. Estas dos disciplinas consistían en verdades

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de las que ninguna persona racional podía dudar y que habían sido establecidas por medio de la razón pura únicamente. Pero las verda­ des de estas disciplinas, pensó, no eran del tipo «vacío» evidentemen­ te. No forma parte del significado de «triángulo» que los ángulos in­ teriores de un triángulo sumen 180° en el mismo sentido que forma parte del significado de «soltero» que un soltero no esté casado. Kant sostenía que semejantes verdades llenas de contenido, que podían ser establecidas por la razón, existían porque reflejaban la es­ tructura del aparato perceptivo y cognitivo de nuestras mentes con el que aprehendíamos la naturaleza del mundo. Decía que una porción limitada de la metafísica tradicional, la cual incluía aserciones tales como «todo suceso tiene una. causa», compartía con la geometría y con la aritmética la cualidad de poseer un contenido verdadero y, pe­ se a ello, ser cognoscible con independencia de la observación y del experimento. Lo importante acerca de estas afirmaciones generales para nuestros propósitos es el papel que en ellas juega la geometría. Aun cuando la esperanza en una física, una psicología o una ética fundada en la razón pura sea vana, ¿no persiste la teoría del espacio — la geometría— , junto a la aritmética, como un cuerpo de conoci­ miento que no se funda en una generalización de los hechos concre­ tos observados que nos proporcionan los sentidos? Muchos intentaron en los años posteriores a Kant justificar el pa­ recer de Hum e de que sólo podía demostrarse que las aserciones que contenían enunciados verdaderamente informativos sobre el mundo fuesen correctas mediante su confrontación con los datos de la experiencia observacional. El estatus problemático de la geometría y la aritmética recibió una gran dosis de atención, pues, si Hum e te­ nía razón, las disciplinas matemáticas podrían versar sobre el mundo o podrían ser conocidas por la razón pura, pero nunca ambas cosas a la vez. Algunos intentaron mostrar que esas disciplinas podían rete­ ner su estatus de cognoscibilidad con independencia de la experien­ cia observacional, pero sólo porque estaban libres de un contenido verdaderamente informativo. Varias tentativas de mostrar que la ver­ dad matemática era el resultado de la lógica pura, combinada con la definición de los términos matemáticos en el vocabulario puramente lógico, se vieron suscitadas de esta forma. Otros buscaron, por el contrario, preservar el contenido verdade­ ramente informativo de las ciencias matemáticas, pero rechazar la pretensión kantiana de que pudieran ser establecidas por cualquier

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