El físico carioca Luiz Davidovich, 55 años, recibió en marzo pasado, vía fax y “como una sorpresa”, la noticia de que había ganado el Premio de Física de 2001 de la Academia de Ciencias del Tercer Mundo. Antes de eso, solamente otros dos brasileños habían logrado esa distinción: Cesar Lattes y Jayme Tiomno. Por eso es natural que Davidovich se sienta “honrado por contar con esas compañías”. En términos materiales, el galardón consiste en una placa de recordación y 10 mil dólares que le serán entregados en una ocasión solemne: durante la VIII Conferencia General de la Academia, que se realizará en Nueva Delhi en el mes de octubre.
La razón del premio es el conjunto de los trabajos desarrollados por Davidovich en óptica cuántica, que representa, al decir de sus pares, una importante contribución para el desarrollo de la Física. En esta entrevista concedida a Pesquisa FAPESP, el brasileño habla de esos trabajos, en particular sobre sus propuestas teóricas sobre la transición de los fenómenos del mundo cuántico al mundo clásico, que involucran conceptos tan sofisticados y complicados para un lego como el de la superposición de dos estados de una partícula, o el de la interferencia, e incluso el del teletransporte, que para los oídos menos acostumbrados, es rayano con las fantasías de la ciencia ficción.
Pero Davidovich, retomando ideas que presentó en un artículo para Noticias FAPESP (la publicación que dio origen a Pesquisa FAPESP) en septiembre de 1999, comenta también en esta entrevista las tendencias del desarrollo y los retos que la Física enfrenta actualmente. Se refiere a las posibilidades fantásticas de sus aplicaciones prácticas. Aborda los avances y las dificultades de la Física en Brasil, se manifiesta en tono crítico con relación a la política científica brasileña y, por último, profiere una frase altamente elocuente sobre el placer implicado en el producir investigación científica: “La ciencia, para quienes están comprometidos con ella, es antes que nada una actividad lúdica”.
Profesor de la Pontificia Universidad Católica de Río de Janeiro (PUC-Rio) desde 1977 hasta 1994, y del Instituto de Física de la Universidad Federal de Río de Janeiro (UFRJ) desde entonces, con doctorado realizado en la Universidad de Rochester, estado de Nueva York, y con un posdoctorado en el Instituto Federal de Tecnología (ETH) de Zurich, Suiza, centrado en el mismo trabajo sobre la dinámica del decaimiento de un átomo que iniciara en su doctorado, Davidovich está casado con la psicóloga Solange Cantanhede y tiene dos hijos, más las dos hijas de su esposa (“es como si fueran cuatro hijos en realidad”, dice). Uno de sus hijos es ingeniero y el otro abogado; las hijas, una psicóloga yuna modelo (Isabel Ibsen). A continuación, los principales pasajes de la entrevista del laureado físico.
¿Cuál es la razón del premio?
– Ese premio me fue otorgado por un conjunto de trabajos sobre la teoría del láser y por propuestas de experimentos en el área de fundamentos de la mecánica cuántica, que vengo desarrollando desde hace 17 años.
En una revisión reciente de su área – la óptica cuántica -, usted presenta algunas cosas interesantes sobre la relación entre el mundo físico macroscópico y el mundo de la física cuántica, microscópico. ¿Podría hablarnos un poco sobre eso?
– Ésa es una de las líneas de investigación que han ocupado nuestro tiempo en los últimos años. La idea es la siguiente: en el mundo microscópico existen los fenómenos cuánticos, difíciles de alcanzar con nuestra intuición. Uno de éstos es el de la interferencia, percibido cuando, por ejemplo, hacemos un experimento… por cierto, es una experiencia clásica realizada en el siglo XIX: la experiencia de (Thomas) Young, un físico inglés que demostró que, cuando la luz pasa por un reparo que tiene dos hendiduras próximas, se produce en otro reparo una figura de franjas claras y oscuras. En otras palabras, luz más luz – porque la luz está pasando por dos hendiduras – puede dar como resultado sombra. Esa figura es denominada figura de interferencia, un fenómeno típicamente ondulatorio que podemos observar en un tanque de agua, cuando se producen olas con dos barras oscilantes, cercanas una de la otra. Esas olas interfieren entre sí. Existen regiones en las que la cresta de una de las olas se suma a la de la ola producida por la otra barra, hay un refuerzo en la amplitud de la ola. En otras regiones, la cresta de una se superpone al valle de la otra, y en este caso las olas se anulan. En un tanque de agua se puede ver que queda una raya plana en esos puntos en los cuales las amplitudes se anulan. Este fenómeno también se observa con las ondas de luz. Sucede que en el siglo XX se aprendió que la luz está constituida por corpúsculos, y por eso el conciliar ese comportamiento ondulatorio con la composición corpuscular se transformó en un gran reto para los físicos.
De acuerdo con la visión clásica no se podía entender la superposición de los dos datos.
– Exactamente, porque nosotros esperamos que el corpúsculo pase por una hendidura o por la otra. Y en ese caso, éste jamás va a producir una figura de interferencia característica de una onda, que pasa por las dos hendiduras al mismo tiempo. La conciliación de ese carácter complementario de la luz fue efectuada por la mecánica cuántica. Por medio de la mecánica cuántica sabemos que, cuando hacemos un experimento con la luz, podemos hacer de hecho experimentos complementarios. Por ejemplo, podemos preguntarnos “¿por cuál hendidura pasó el corpúsculo?” Si colocamos aparatos atrás de las hendiduras descubriremos que pasó por una o por la otra. Pero al hacer esto eliminamos la figura de la interferencia. No es posible descubrir por cuál hendidura pasó el corpúsculo y, al mismo tiempo, conservar la figura de interferencia. Entonces apareció en el siglo XX el concepto de complementariedad, que pone en evidencia aspectos complementarios de la naturaleza. La luz puede comportarse como onda o como corpúsculo, dependiendo del experimento que se ejecute. El arreglo experimental pasó a constituir una parte importante del fenómeno observado, y ésa fue realmente una revolución conceptual enla física en la década de 1920.
Estamos hablando de una época inmediatamente posterior a Einstein.
– Exactamente. Y las contribuciones de Max Born, Niels Bohr y otros, permitieron entender la mecánica cuántica y los nuevos conceptos que ésta tan bien representaba. No obstante, cuando observamos el mundo macroscópico a nuestro alrededor, no vemos a una persona en una superposición de dos estados localizados.
Atravesando una puerta y…
– …y la otra al mismo tiempo. O una superposición de estados en la que ésta se encuentra simultáneamente localizada en una puerta y en otra contigua. Y por mucho tiempo, la gente preguntó cómo podíamos explicar eso, cómo explicar la transición del mundo cuántico al mundo clásico. De hecho, Einstein, en 1954, le escribió una carta a Born, diciéndole que consideraba extraño el hecho de que el mundo clásico aparentemente prohibiera la existencia de la mayoría de los estados permitidos por la física cuántica, que son esas superposiciones. La cuestión que Einstein situó era fundamental. “¿Por qué esa selección de estados en el mundo clásico?” Hubo varias explicaciones en el transcurso de los últimos años, y una que se afirmó es que necesariamente los cuerpos macroscópicos están interactuando con el resto del universo. Esa interacción destruye la posibilidad de realizar experimentos de interferencia que demuestren la superposición.
Eso significa que la posibilidad de superposición realmente existe en el mundo macroscópico, solo que no es observable.
– Exacto. Esta cuestión fue situada de manera sumamente dramática por el físico Erwin Schrödinger, que en un artículo de 1935, planteó la famosa paradoja del gato. Schrödinger decía lo siguiente: si ponemos un gato en una jaula herméticamente cerrada junto con un átomo que puede decaer, podemos suponer que ese átomo, al decaer, hace funcionar un mecanismo, un motorcito, que rompe una botella que contiene cianuro y que mata al gato. Por otra parte, si el átomo no decae, el gato permanece vivo. Ahora bien, el átomo está en un determinado instante en una superposición de dos estados, exactamente como la partícula que pasa por las hendiduras en la experiencia de Young. Entonces ese átomo sería descrito como la superposición de estados del átomo que decayó y del átomo que no decayó. Claro que, si esperamos por mucho tiempo, la componente que representa al átomo decaído se tornará mucho más importante que la otra, pero en un instante intermedio están ambas componentes… Ese átomo está en una superposición. El estado del gato depende del estado del átomo. Entonces, si el átomo está en una superposición, el gato también debería estar en una superposición. Muerto y no muerto. Schrödinger dice: “No vemos eso”. ¿Cómo explicar esta cuestión? Actualmente sabemos que un gato no puede ser aislado, ni un átomo. El sistema átomo-gato no puede ser aislado del resto del universo. La interacción con el resto del universo rápidamente destruye ese carácter de superposición.
Y en ese universo, ¿cuál es su foco de investigación?
– Años atrás, propusimos un experimento en colaboración con físicos de la École Normale Supérieure de París, para testear la idea de que el mundo cuántico se transforma en un mundo clásico rápidamente. El experimento fue realizado en París en 1996, y confirmó la teoría. Se produce en una cavidad formada por dos espejos paralelos – que no llega a ser una caja porque es abierta, y que logra almacenar fotones, por un tiempo muy largo – un campoelectromagnético, bastante próximo a un campo clásico, como si fuera una luz clásica, solo que en la región de microondas. Luego se hace pasar un átomo por la cavidad, y a través de una manipulación del átomo, se logra colocar ese campo en una superposición de dos estados, que corresponde a dos campos clásicos que difieren en la fase. Podemos decir que son dos campos que pueden ser diferenciados clásicamente.
Y ustedes lograron confirmar eso observando únicamente la luz en la frecuencia de microondas.
– Sí. Pero la pregunta que surgió después fue: “¿Cómo medir eso?”. Y la idea fue mandar un segundo átomo, sensible a ese estado del campo, hacia dentro de la cavidad. Sería análogo a mandar, en el caso del gato de Schrödinger, un ratón para que pasara por la cavidad, es sensible al estado del gato e indica que existe una superposición de dos estados que da origen a la interferencia. Y más aún: si yo atraso un poco el envío del ratoncito, dejo tiempo para que la superposición cuántica se transforme en una alternativa clásica, como el gato muerto o vivo. Es decir: mandando un átomo en diferentes tiempos, puedo seguir el proceso por el cual la superposición cuántica se transforma en una alternativa clásica. Sugerimos la medida con un segundo átomo en 1993, en un artículo conjunto con la gente de la École Normale. En 1996, publicamos un artículo más detallado sobre la propuesta de la experiencia, que fue concretada por ellos y publicada en Physical Review Letters. Mi trabajo consistió en la elaboración teórica.
¿Y después?
– Empezamos a pensar en cómo medir completamente el estado del campo en la cavidad. Para una partícula clásica, el estado es dado por su posición y su velocidad, y esto la caracteriza completamente. Para los sistemas cuánticos, la situación es más complicada, pero es posible. Y nuestra propuesta fue implementada en la École Normale en julio de 2001 por el grupo coordinado por Serge Haroche. Ahora ellos obtuvieron nuevos resultados y los están enviando para su publicación.
Ese es el desdoblamiento más reciente de las propuestas teóricas…
– Son dos desdoblamientos. El otro fue publicado el año pasado en Physical Newsletters. Es un trabajo de nuestro grupo, con la participación de dos estudiantes: André Carvalho y Pérola Milman, y un posdoctorando, Ruynet Matos Filho, que propone una manera de proteger a los estados de esta interacción con el resto del universo. La idea es que éstos puedan guardar su carácter cuántico por un mayor lapso de tiempo, es decir, impedir que ese estado se transforme en una alternativa clásica o desaparezca. Nuestro planteo se refiere al aprisionamiento de átomos con cargas, y actualmente no existe ningún grupo en Brasil que haga eso. Otro desdoblamiento es la idea de medir estados cuánticos de moléculas, en un trabajo en colaboración con el profesor Nicim Zagury, de nuestro grupo. Nuevamente queremos lograr una caracterización completa de un estado cuántico vibracional de una molécula. En esa línea, en el límite clásico-cuántico, eso es más o menos lo que se ha hecho.
¿Y las experiencias de teletransportación?
– Publicamos un trabajo planteando un experimento que recuerda a la ciencia ficción, para producir la teletransportación del estado de un átomo a otro átomo. Esa idea de teletransporte ya había sido propuesta inicialmente en junio de 1993 por un grupo de investigadores que incluía a Charles Bennett, de IBM. Ellos demostraron que era posible, en principio, hacer una especie de fax cuántico, transfiriendo información de un sistema a otro.
Pero, ¿en términos reales, se transfiere eso a partir de qué impulso?
– Se requiere de un par de partículas, que es compartido por la persona que desea transferir la información y por la que va a recibirla. Ese par tiene una propiedad especial, de hecho, ésta propiedad ya ha sido considerada como la más extraña de la física cuántica: ambas partículas están en un estado que se denomina estado enmarañado, lo que significa que sus propiedades están correlacionadas de una manera mucho más fuerte de lo que cualquier teoría clásica podría prever. Es una correlación cuántica. Al medir una de las partículas, se determina el resultado de la medida sobre la otra partícula. Y ese sistema de esas dos partículas en estado enmarañado, una con una persona y la otra con la otra persona es aquello que podríamos denominar como máquina de teletransporte. Si esa persona, que podría llamarse Alicia, quiere enviar la información a otra, que es Bob, Alicia hace que su partícula, de cuyo estado ella quiere informar a Bob, interactúe con la otra partícula del par que está con ella. Luego Alicia efectúa las medidas sobre esas dos partículas e le informa el resultado de las dos mediciones que hizo a Bob. Y solamente con el resultado de esas dos medidas, Bob puede reconstituir el estado original de la partícula de Alicia. El artículo que publicamos fue el primero con una propuesta de realización experimental de esa teletransportación, que hasta hoy no ha sido realizada. Es una experiencia difícil.
Publicamos en Noticias FAPESP, en septiembre de 1999, un artículo suyo, con este título instigador: “¿La Física se ha agotado?”, en el cual usted se refería a las perspectivas de la Física. Volviendo a ese artículo: ¿seguimos sin contar con una teoría que permita entender el espectro de masas y de cargas de las partículas elementales?
– Sí, y ése es un gran desafío para el siglo XXI. Sería bueno hallar una teoría unificadora, que permitiera extraer los valores de las masas y de las cargas. Ésa es una cuestión que posiblemente está vinculada a otra, la de la unificación de la gravitación con la física cuántica.
¿Cuáles son sus expectativas actuales con relación a las aplicaciones prácticas de la Física?
– Cuando vemos el desarrollo de la ciencia y de la tecnología en los años 20, observamos que la física cuántica comenzó con un grupo de jóvenes entusiastas, de veintitantos años (Schrödinger y Max Born eran mayores), cuya única preocupación era entender la naturaleza. Jamás se imaginarían que sus descubrimientos producirían una revolución conceptual en la manera de entender la naturaleza. Mucho menos que cambiarían el cotidiano de las personas, con la invención del transistor, que hizo posible la informática. La física cuántica resultó en el láser, que trajo también aparejada una revolución en la medicina y en las comunicaciones -e incluso en la estética. La ciencia es desarrollada por gente que trabaja impulsada por la emoción de profundizar su conocimiento sobre la naturaleza, y actualmente sabemos que esa emoción y ese interés sirven a la sociedad.
¿Y cuál es la situación de la Física en Brasil?
– En los últimos 30 años, pasó por un desarrollo extraordinario. En sus orígenes era muy teórica, incluso por la falta de oportunidades para la compra de equipos. Luego otras áreas avanzaron, como la física de la materia condensada, y surgieron grupos experimentales sumamente competentes. En las regiones en las que la física fue apoyada de manera continua, hubo una ramificación tecnológica de las investigaciones realizadas en las universidades. Ése es el caso de los polo de alta Tecnología de São Carlos y de Campinas, que fueron posibles gracias al apoyo brindado a la ciencia en el estado de São Paulo. Ahora deberíamos ver todo esto también con espíritu crítico, no quedarnos solamente en los elogios y preguntarnos qué puede hacerse para mejorar la física brasileña.
¿En dónde se ubican los puntos débiles?
– Un serio problema es la necesidad de federalizar la física en Brasil. Lo que se hizo en el estado de São Paulo es un ejemplo para el resto del país. Mientras ese ejemplo no sea seguido, habrá una discrepancia muy grande entre lo que se hace en São Paulo y lo que se hace en el resto del país. Esto no es bueno para la física brasileña y, en particular, para la física paulista, pues reduce las oportunidades de trabajo para los estudiantes que se reciben y las posibles interacciones.
Pero eso implica la necesidad de un apoyo permanente en el ámbito estadual.
– También. Las fundaciones estaduales deben ser incentivadas. La Faperj tuvo un desarrollo importante en los últimos años; eso debe ser reconocido. Por otra parte, hay estados que no tienen fundaciones de apoyo y no van a crearlas de un día para el otro. De nada sirve que el gobierno federal insista ante los gobernadores, porque no es del interés político de éstos el privilegiar el área científica. Por lo tanto, ese apoyo a la investigación es una obligación también del gobierno federal, que tiene mecanismos para hacer eso. Hay programas que están proponiéndose, como los fondos sectoriales, que funcionan, pero es necesario contar con recursos para la investigación espontánea. Sin ello no existe el desarrollo creativo, porque las nuevas ideas frecuentemente salen del investigador aislado.
¿Y las sombras de la ciencia?
– Siempre existió, entre diversos grupos de la población, un sentimiento, por así decirlo, anticiencia, que resalta los maleficios de la ciencia contra la humanidad. Por ejemplo: las explosiones de Hiroshima y Nagasaki, los peligros nucleares, la contaminación radioactiva y ahora los efectos de la guerra biológica. El sentimiento anticiencia implica una gran confusión entre actividad científica y control democrático de la utilización de la ciencia. Evidentemente, la utilización de la ciencia no es un tema solamente de los científicos: debe ser objeto de una amplia discusión en el seno de la sociedad. Para ello, ésta debe que estar informada, y en ese punto la divulgación científica tiene un rol importantísimo.
Su relación con la ciencia es apasionada?
– Ciertamente. La ciencia, para quien está metido con ella, es antes que nada una actividad lúdica. Y no será bueno el científico que no sienta ese carácter en la investigación. Deberíamos recordar todos los días, al ir a la universidad, lo siguiente: “Hago investigación en un país que es uno de los campeones mundiales de la desigualdad social. Tengo ese privilegio y esa responsabilidad”. Por eso creo que, antes que nada, es importante que trabajemos bien.
