La observación en la palabra. La función de los experimentos imaginarios en el desarrollo de la física cuántica. 1927-1936

Abstract

La presente investigación aborda la función de los experimentos imaginarios en la física cuántica entre los años de 1927 y 1936. Dos han sido los objetivos principales: (1) la realización de una detallada historiografía crítica de todos los experimentos imaginarios que pertenecen al periodo en cuestión y (2) la implicación directa de los experimentos imaginarios en la formulación del concepto de entrelazamiento (entanglement), acuñado en 1935 por el físico austriaco Erwin Schrödinger. Mediante la revisión de los documentos originales en que los experimentos imaginarios fueron apareciendo, se establecen las conexiones existentes entre ellos y su repercusión en el devenir de la física. Al final, además de los resultados ya mencionados, se ofrece una descripción de los experimentos imaginarios como herramienta científica, sus características y sus peculiaridades con respecto al contexto histórico en que se sitúa esta investigación. Se estudian aquí las conexiones entre científicos, las comunicaciones que hicieron que dichos experimentos imaginarios recorrieran buena parte de la comunidad científica del momento, y las particularidades de su aparición pública y privada. Se analiza con detalle cada uno de los experimentos imaginarios para encontrar las conexiones teóricas que los unen y seguir el rastro del concepto de entrelazamiento. Se abordan cuestiones como la estandarización en los experimentos imaginarios, la comunicación en los círculos científicos, la inmediatez en las respuestas, la corrección en los argumentos, la configuración experimental y el papel del lenguaje en la ciencia. El Capítulo I Introducción. Experimentos imaginarios en la física cuántica: un principio para la discusión, aborda el estado de la discusión en torno a los experimentos imaginarios, así como su definición, la etimología del término Gedankenexperiment y las características principales. Se establece el marco teórico de la discusión así como la justificación del periodo y de los experimentos imaginarios que se estudian. En el Capítulo II 1924-1930. Los experimentos imaginarios para un público privado: del microscopio de Heisenberg al fotón y la caja de Einstein, se trata el Efecto Compton como un elemento fundamental en la formulación de los experimentos imaginarios y como principal causa de las discusiones iniciales. Los primeros experimentos imaginarios que se abordan pertenecen al texto de 1927, en el que Heisenberg consigna el experimento del microscopio de rayos gamma. Las conferencias de Solvay de 1927 y 1930 son también objeto de estudio, así como el papel de Paul Ehrenfest en las discusiones entre Bohr y Einstein. En el Capítulo III. 1931-1935. Discusión abierta: el caso del experimento imaginario de Einstein, Podolsky & Rosen, se tratan los experimentos imaginarios publicados antes del artículo de EPR así como el propio artículo de los tres autores. El Capítulo IV. Epílogo de una polémica: reacciones posteriores a EPR. El caso del gato de Schrödinger, aborda todas las respuestas a EPR, la correspondencia de Einstein posterior a la publicación del artículo y las dos comunicaciones de Schrödinger en 1935, en una de las cuales se expone el experimento imaginario del gato y se habla del concepto de entrelazamiento. En el Capítulo V. Conclusiones. Reflexiones finales en torno al papel de los experimentos imaginarios en la física cuántica se ofrecen las consideraciones finales de la investigación, así como la propuesta de una posible investigación posterior. Al final se agrega un Anexo en el cual se ofrece una tabla con todos los experimentos imaginarios revisados en el trabajo, su autor, y la referencia de su aparición pública.

This dissertation deals with the function of thought experiments in quantum physics between 1927 and 1936. Two have been the main objectives: (1) the making of a detailed critical historiography of all thought experiments in this particular period, and (2) the direct implication of thought experiments in the development of the concept of entanglement, coined by Erwin Schrödinger in 1935. By the study of original documents in which thought experiments were published, connections are made between them and their repercussion in the development of physics. At the end, besides the already mentioned results, a description of thought experiments as a scientific tool, its characteristics and its peculiarities among the specified historical context is offered. Also, a study is made about connections between scientists, as well as the public and private communications by which these thought experiments traveled around the scientific community. Every detail of each thought experiment is analyzed in order to find the theoretical connection between them and to follow the trace of the concept of entanglement. Issues like thought experiments’ standardization, communication among scientific circles, immediacy of the replica, re-elaboration of arguments, experimental configuration and the role of language in science are taken into account. In Chapter I Introduction: Thought Experiments in Quantum Physics: a beginning for the discussion, the state of affairs of the discussion on thought experiments is the central issue, as well as its definition, the etymology of the German term Gedankenexperiment and the main characteristics of the topic. A theoretical frame of the discussion is established, as well as the justification of the chosen historical period and the thought experiments that are about to be studied. In Chapter II 1924-1930: Thought experiments for a private public: from Heisenberg’s microscope to Einstein’s photon in a box, the Compton Effect is treated as a fundamental element in the formulation of though experiments, and as a main cause of the initial controversies. The firsts thought experiments were published in the 1927 document by Heisenberg, where the gamma rays microscope is described. The 1927 and 1930 Solvay Conferences are also under consideration here, as well as the role of Paul Ehrenfest in the discussions between Bohr and Einstein. In Chapter III 1931-1935: Open discussion: the Einstein, Podolsky & Rosen’s thought experiment, all thought experiments published before EPR as well as EPR itself are under examination. Chapter IV Epilogue for a controversy: later reactions to EPR. The case of Schrödinger’s cat, deals with all the answers to the EPR thought experiment, as well as Einstein’s correspondence after the publication of the article. Schrödinger’s 1935 two papers, one of them containing the cat’s thought experiment and the thesis of entanglement, are also under consideration here. In Chapter V Conclusions: Final remarks on the role of thought experiments in quantum physics, the the results of the dissertation are shown as a way of closure. Also, some possible ways for future investigations are pointed out. At the end of the document an Appendix is posted, in which all thought experiments that where studied in the precedent chapters are listed along with their authors, year and references of their public appearance.