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Wolfgang Pauli, el brillante físico a quien Einstein describió como su sucesor intelectual

Dalia Ventura - BBC News Mundo | Sábado 27 enero, 2024


Wolfgang Pauli
CERN
El físico Wolfgang Pauli (1900-1958), Nobel de Física por su descubrimiento del Principio de exclusión, hizo importantes contribuciones a la teoría cuántica y planteó con éxito la hipótesis de la existencia del neutrino.

Wolfgang Pauli es uno de los más fascinantes titanes de la física del siglo XX, aunque no sea tan conocido fuera del ámbito de esa ciencia como otros con los que comparte el panteón.

Que era brillante, como dice el título, es difícil de refutar así sólo tomes en cuenta la razón por la que le otorgaron el premio Nobel en 1945: nada menos que su descubrimiento de una nueva ley de la naturaleza.

Sus mordaces críticas a los estudios y teorías de sus pares, que estos agradecían y temían en igual medida, y por las que lo llamaban "la consciencia de la física", se siguen citando.

Además, predijo la existencia de la elusiva partícula neutrino décadas antes de que se confirmara, y dijo: "He hecho algo terrible. He postulado una partícula que no se puede detectar".

Se pudo, pero sólo 25 años después, y siguen siendo como unos fantasmas notoriamente difíciles de detectar, a pesar de ser increíblemente abundantes en el universo.

También se le recuerda por una superstición que sus colegas nombraron "el efecto Pauli": al parecer, cuando él estaba en la vecindad, ocurría algún desastre.

Durante años circularon anécdotas sobre fallas en equipos experimentales supuestamente provocadas por su desafortunada presencia que para la mayoría de sus colegas eran una diversión, aunque algunos le vetaron la entrada a sus laboratorios.

Pero él creía que era cierto, y una broma que quisieron jugarle cuando asistió a una conferencia internacional en Bruselas en 1948 lo convenció aún más.

El físico italiano Beppo Occhialini conectó un mecanismo para que cuando él entrara en su laboratorio cayera estrepitosamente una lámpara del techo, obedeciendo el efecto Pauli... pero el mecanismo falló, como solía ocurrir con los aparatos cuando él estaba cerca.

Por otro lado, Pauli hizo una larga exploración de la naturaleza de la realidad con el influyente psiquiatra suizo Carl Jung, y además dejó un copioso legado de correspondencia con científicos que sigue siendo fuente de conocimiento.

Pero vamos al principio.

Apuesta atinada

Pauli de 20 meses con su madre.
CERN
Pauli de 20 meses con su madre. (© L Grillich, Wien)

Pauli nació en Viena en 1900, cuando la capital austriaca era un epicentro de creatividad cultural y científica.

Sus padres eran judíos seculares convertidos al catolicismo por el creciente antisemitismo en Europa, lo que más tarde lo obligaría a exiliarse en Estados Unidos, por el riesgo de que los nazis no repararan en detalles.

Además de sus aptitudes naturales, todo a su alrededor alimentó su intelecto: su padre era un respetado profesor universitario de química médica y su madre, Bertha Camilla Schütz, una prominente escritora, pacifista, socialista y feminista.

Su círculo social incluía personalidades como el físico y filósofo Ernst Mach, aquel a quien Albert Einstein reconoció como el precursor de su teoría de la relatividad.

Mach fue su padrino y, años después, Pauli diría que tuvo tal influencia en su vida que fue bautizado no tanto como católico sino como antimetafísico, una línea de razonamiento que permaneció durante el resto de su carrera, le contó a la BBC el físico de partículas Frank Close, profesor emérito de la Universidad de Oxford.

En la escuela, Pauli se destacaba por su excelencia en matemáticas y física, no tanto en otras materias, y a los 18 años se fue a la Universidad de Múnich a estudiar con el físico teórico Arnold Sommerfeld, el mentor soñado: entre sus pupilos se cuentan 6 premios Nobel.

Wolfgang Pauli y Arnold Sommerfeld caminando
Getty Images
Pauli en la década de 1940 con el científico pionero en física atómica y cuántica Arnold Sommerfeld (1868-1951), quien había sido su profesor dos décadas antes.

A Sommerfeld le impresionó tanto la habilidad matemática de Pauli que cuando Einstein rechazó la invitación para escribir un artículo sobre teoría de la relatividad para la prestigiosa Enciclopedia de Ciencias Matemáticas, le pidió que lo hiciera.

Ten en cuenta que la teoría de la relatividad no sólo fue revolucionaria, sino que aún era muy nueva; en esa época ni siquiera la mayoría de los físicos la conocían bien.

Confiarle a un estudiante recién salido de secundaria la tarea de componer una revisión crítica era imprudente, como subraya el físico Hans von Baeyer en Metanexus.

La apuesta de Sommerfeld resultó atinada.

La reseña de Pauli de más de 200 páginas fue aplaudida por los grandes matemáticos de la época.

"Más allá de escribir un simple estudio de la teoría, señaló los problemas abiertos en las teorías de la relatividad", le dijo a la BBC la profesora de filosofía de la ciencia de la Universidad de Edimburgo Michela Massimi.

"Impresionó a todos y lo puso firmemente en la escena internacional", agregó.

El mismo Einstein lo aplaudió.

"Nadie que estudie esta obra madura y grandiosamente concebida creería que el autor es un hombre de 21 años", comentó el autor de la teoría de la relatividad.

La reseña se convirtió instantáneamente en un clásico y sigue siendo una obra de referencia estándar.

A los ojos de los expertos en su campo, el joven estudiante prometía... mucho.

Y no defraudó.

Exclusividad a los 24 años

Albert Einstein y Wolfgang Pauli
Getty Images
Einstein y Pauli se admiraban mutuamente. (Foto de la década de 1930).

Tras recibir su doctorado, Pauli trabajó como asistente del matemático y físico alemán Max Born (Nobel 1954) en la Universidad de Göttingen.

Al año siguiente, Niels Bohr (Nobel 1922), el físico danés que revolucionó la comprensión del átomo, lo invitó a trabajar con él en Copenhague, Dinamarca.

Pero fue cuando se mudó a Alemania, cargando conocimientos e incógnitas, para enseñar en la Universidad de Hamburgo que propuso dos ideas radicales que resolvieron problemas fundamentales de la estructura del átomo.

Una de ellas fue la que lo haría merecedor del premio Nobel: el principio de exclusión o el principio Pauli.

Entenderlo bien es algo complicado, pero vale la pena intentarlo de la mano del físico Close, quien le explicó a la BBC de qué se trata y por qué es tan fundamental.

En esa época ya se sabía que los átomos tenían un núcleo, de carga positiva, y que los electrones giraban a su alrededor en órbitas elípticas, separadas como los peldaños en una escalera.

En cada peldaño, o estado cuántico, puede haber un número específico de electrones: en el más bajo, sólo puede haber dos, por ejemplo.

Y eso define qué son: el hidrógeno tiene un sólo electrón en su peldaño más bajo; si hay dos electrones, es helio. El siguiente elemento es litio, pero como tiene tres electrones, ocupan el siguiente peldaño, y así.

El principio, señaló Close, dice que "si ya tienes un electrón ocupando uno de esos estados cuánticos, no puedes poner otro electrón allí: está excluido".

Para ilustrarlo, dio un ejemplo: "si golpeo la mesa, mi mano no pasa a través de la mesa porque los electrones en el borde exterior de mi nudillo están tratando de ocupar un estado que ya está ocupado por un electrón en la madera de la mesa".

"El hecho de que los electrones no puedan ir a cualquier parte, que tengas que ponerlos en lugares especiales porque los estados ocupados ya están excluidos, da lugar a las diferentes naturalezas químicas de los átomos".

La consecuencia de eso, dijo, es que tú y yo, el universo y todo exista.

Si el principio de exclusión no obligara a los electrones a estar en distintos lugares del rompecabezas y construir estructuras, estarían flotando por ahí y no formarían átomos, ni sólidos, ni cristales... nada.

"Incluso en el cosmos, la muerte de las estrellas está relacionada con el principio de exclusión. A medida que la estrella colapsa, sus constituyentes tratan de comprimirse cada vez más hasta que no pueden porque están excluidos".

Pauli en el Congreso Internacional de Física Nuclear, Basilea, 1949.
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Pauli se convirtió en un físico muy respetado. (Aquí en el Congreso Internacional de Física Nuclear, Basilea, 1949).

Como ves, es enormemente significativo, y los eruditos no tardaron en reconocerlo.

"La noticia se difundió muy rápidamente", cuenta Massimi.

"Pauli anunció la regla de exclusión -y subrayo que la llamó regla, no principio, porque en ese momento era solo una humilde regla empírica- en una carta a Alfred Landé, un destacado físico experimental, a finales de 1924.

"Un mes después, Niels Bohr le escribió desde Copenhague diciendo: 'todos estamos muy emocionados por las muchas cosas hermosas que has descubierto y no tengo que ocultar ninguna crítica porque tú mismo lo has descrito todo como una locura'", agregó la académica.

"La realidad es que se estaban rascando la cabeza tratando de entender la regla de exclusión.

"Pero lo visionario de Pauli fue introducir en 1924, antes de que se sentaran realmente las bases de la mecánica cuántica, una regla que finalmente dio una solución a un problema que había acosado a los físicos durante décadas", concluyó.

Más tarde la regla se confirmaría como principio y, como dijo el profesor I. Waller, miembro del Comité Nobel de Física, al otorgarle el galardón, pasó a caracterizarse como una ley fundamental de la naturaleza.

"El principio, descubierto por primera vez para los electrones, ha demostrado ser válido para los núcleos de hidrógeno, llamados protones , y también para los neutrones que se forman en muchas reacciones nucleares", indicó.

Eso a pesar de que, como dice Von Baeyer, introdujo esa regla por decreto.

"No propuso ninguna fuerza nueva entre los electrones, ningún mecanismo, ni siquiera lógica, que respaldara este mandato.

"Era simplemente una regla, imperiosa por su carácter perentorio y diferente a cualquier otra cosa en todo el ámbito de la física moderna.

"Los electrones evitan los números cuánticos privados de cada uno sin más razón que 'por miedo a Pauli', como dijo un físico (Paul Ehrenfest, 1931)".

Ni siquiera es falso

Telegrama anunciando el premio
CERN
Telegrama anunciándole a Pauli que "La Real Academia Sueca de Ciencias le concedió el premio nobel de física 1945"; no pudo ir a recibirlo pero lo festejaron en Princeton.

Pauli hizo todos sus descubrimientos y deducciones analizando profundamente los conocimientos experimentales y teóricos de la física atómica de la época, y valiéndose de sus asombrosas habilidades matemáticas.

Eso lo convirtió también en un fuerte crítico del trabajo de los demás.

Su opinión sobre nuevas ideas era tan importante para su aceptación o rechazo por parte de la comunidad física que lo consideraban la "conciencia de la física".

"Ninguna forma de aprobación podía ser más valiosa para los físicos, sin excluir a Bohr, que un gesto benévolo de Pauli", señaló el físico belga Leon Rosenfeld.

Por ese rol, dejó un curioso legado de frases que se siguen citando.

La más famosa de ellas es devastadora.

Según escribió en su memoria biográfica de Pauli el físico Rudolph Peierls, "un amigo le mostró el artículo de un joven físico que sospechaba que no era de gran valor pero sobre el cual quería conocer la opinión de Pauli.

"Pauli comentó con tristeza: 'Ni siquiera es falso'".

Otras fuentes reportan que su respuesta fue: "No solo no es correcto, ni siquiera es falso", pero el caso es que la frase se adoptó para descartar argumentos tan especulativos que no califican para el principio de falsabilidad, del filósofo Karl Popper.

Al poner a prueba una hipótesis errónea, dijo Popper, aprendes algo en el proceso, y eso alimenta la ciencia, pero si ni siquiera es falsa, pierdes el tiempo.

Así, quedaron en la memoria varias de sus críticas pues, aunque mordaces, eran graciosas y generalmente bienvenidas.

Sin embargo, algunos se ofendían y hay quienes se preguntan si esa fue la razón por la que el Comité Nobel tardó tanto en otorgarle el premio, a pesar de que desde 1933 hasta 1944 fue nominado 20 veces por grandes científicos.

Pero nadie sabe realmente por qué se lo otorgaron en 1945, 20 años después de que formulara su principio de exclusividad.

Ese año, uno de los tres que lo nominaron fue Einstein, quien estuvo presente en la ceremonia organizada para celebrar al nuevo Nobel en la Universidad de Princeton, donde trabajaba Pauli desde que dejó Europa por la Segunda Guerra Mundial.

Como cuenta el sitio web de CERN, después de que varios invitados distinguidos hablaran, Einstein se levantó y pronunció un discurso improvisado, refiriéndose a Pauli como su sucesor intelectual.

Pauli quedó profundamente conmovido, lo recordó en una carta a Max Born diez años más tarde, días después de que la muerte de Einstein, y lamentó que, como el discurso había sido espontáneo, no quedó constancia de él.

No tuvo tiempo de establecerse como su sucesor intelectual: Pauli falleció tres años después en Zurich, la ciudad en la que pasó la mayor parte de su vida profesional.

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