El físico que no seguía caminos trillados

Cien años del nacimiento de Richard Feynman

Richard Feynman

Richard Phillips Feynman (1918-1988) fue ciertamente un personaje curioso, tal como él mismo subtituló sus libros de anécdotas (Feynman, 1985; Feynman, 1988). No solamente fue uno de los físicos más brillantes y originales del siglo xx, uno de los pocos científicos que abren nuevas y amplias vías en su disciplina. También fue experto en instrumentos de percusión, excelente divulgador, descifrador de jeroglíficos mayas, destripador de cajas fuertes, biólogo ocasional, iconoclasta compulsivo y muchas cosas más. Además de su simpatía personal, tenía una forma apasionada, y muy teatral, de transmitir la fascinación y deleite que sentía ante los fenómenos naturales. En sus biografías (Gleick, 1992; ­Mehra, 1994; Navarro, 2007; Sykes, 1994) se puede encontrar detallada información sobre su vida y obra. En este artículo comentaremos algunos de los rasgos más interesantes de este curioso personaje, de cuyo nacimiento este año celebramos el centenario.

«Richard Feynman adquirió fama de genio a principios de los años cuarenta, cuando fue reclutado para el proyecto Manhattan»

Una figura popular

Su popularidad, fuera de los ámbitos científicos, estalló a las pocas semanas del accidente del transbordador espacial Challenger, que explotó setenta y cinco segundos después de despegar, el 28 de enero de 1986. Feynman participó en la comisión presidencial encargada de investigar las causas del accidente. Siguiendo su costumbre, indagó por su cuenta y presentó sus conclusiones al margen de las de la comisión. El problema estaba relacionado con las juntas de goma que cerraban los depósitos de combustible. La anormal baja temperatura existente horas antes del lanzamiento afectó a las propiedades elásticas de las juntas. Y lo demostró en una reunión plenaria de la comisión con un experimento casero: un vaso de agua enfriada con hielo, una muestra de la goma de las juntas y un pinzador. En Estados Unidos las sesiones de estas comisiones son transmitidas en directo por las televisiones, y todo el país se enteró de la principal causa del accidente. Más de uno aprovechó la súbita popularidad de Feynman para hacer negocio, vendiendo camisetas impresas con su imagen y unos misteriosos jeroglíficos que los físicos llaman «diagramas de Feynman».

La electrodinámica cuántica nos muestra que el vacío no está realmente vacío. Los fotones de la radiación electromagnética pueden crear constantemente pares de partícula y antipartícula, que rápidamente se aniquilan para generar fotones. En la figura se muestran los primeros diagramas de Feynman que contribuyen a entender este fenómeno conocido como «polarización del vacío». Un fotón se representa con una línea ondulada; un electrón, con una línea continua con flecha hacia arriba y un positrón (o antielectrón) con una línea continua con flecha hacia abajo. Cada línea y cada vértice (empalme de dos o más líneas) se traduce en una expresión matemática precisa, y ello permite hacer los cálculos necesarios de forma sencilla y con la precisión deseada. / Fuente: Jesús Navarro

En el ámbito de la física hacía mucho tiempo que era bastante conocido. Adquirió fama de genio a principios de la década de los cuarenta cuando, haciendo aún su tesis doctoral, fue reclutado para el proyecto Manhattan, en la base secreta de Los Álamos. Como es sabido, el objetivo del proyecto era construir las primeras bombas atómicas en Estados Unidos antes de que lo hiciera la Alemania nazi. Se reunió un gran número de científicos de primer nivel, como Robert Oppenheimer, Enrico Fermi, Eugene Wigner, Hans Bethe o John von Neumann, por citar solo unos pocos. Pronto todos ellos se convencieron de las capacidades del chaval: conocimientos, intuición, agilidad mental y, sobre todo, desinhibición a la hora de debatir sobre cualquier tema de física. En toda discusión trataba de entender a fondo el problema que le exponían, haciendo las preguntas relevantes y destacando los puntos débiles. Niels Bohr, consultor externo del proyecto, era muy consciente de que Feynman era la única persona en Los Álamos que no se dejaba intimidar por la fama de su interlocutor. En sus visitas a la base siempre procuraba discutir sus ideas con Feynman, en privado, para estar seguro de sus argumentos en el momento de debatir con los otros «peces gordos» del proyecto.

Las contribuciones a la física

Feynman recibió el Premio Nobel de Física de 1965, compartido con Julian Schwinger y Sin-Itiro Tomonaga, por sus contribuciones al desarrollo y aplicación de lo que se conoce como «electrodinámica cuántica»: la descripción cuántica de las interacciones entre luz y cargas eléctricas, entre fotones, electrones y positrones. Pero el método de Feynman ilustra muy bien su talante. Mientras que sus dos colegas escribían largas fórmulas matemáticas, él dibujaba esquemas de los procesos físicos que quería estudiar. A partir de estos dibujos, y siguiendo unas reglas muy precisas, los cálculos se pueden hacer fácilmente. De hecho, actualmente, los diagramas de Feynman son el procedimiento estándar para estudiar sistemas que involucran la presencia de partículas e interacciones.

«Feynman estableció las bases para explicar la superfluidez del helio líquido, es decir, su capacidad para fluir sin viscosidad»

Pero Feynman también hizo contribuciones importantes en campos muy diversos de la física, de las que destacaremos cuatro. Quizá la más importante es la nueva formulación de la mecánica cuántica, basada en las llamadas «integrales de camino». Fue el tema de su tesis, presentada en junio de 1942. La idea es muy original y sorprendente: cuando una partícula viaja de un punto a otro, pasa al mismo tiempo por todos los caminos posibles entre estos puntos, por absurdos que puedan parecer, con una cierta probabilidad para cada uno de los caminos. Esta formulación permite abordar situaciones demasiado complicadas como para hacerlo con las usuales descripciones ondulatoria o matricial, aun siendo las tres matemáticamente equivalentes.

La segunda contribución estuvo relacionada con el helio, la única sustancia que continúa en estado líquido al cero absoluto de temperatura. Feynman estableció las bases rigurosas para explicar la superfluidez del helio líquido, es decir, su capacidad para fluir sin viscosidad.

Las dos últimas contribuciones que destacamos aquí se refieren a partículas e interacciones fundamentales. Por una parte, basándose en argumentos de simetría, estableció la conocida como «teoría V-A», que da la forma general de las interacciones débiles que intervienen, por ejemplo, en la desintegración beta de los núcleos. Por otro lado estableció la llamada «teoría de partones», que explica cómo detectar una estructura interna de las partículas que son hadrones (como el protón y el neutrón), sin hacer ninguna hipótesis sobre sus posibles constituyentes, los partones. Esta teoría situó la idea de los quarks en una perspectiva adecuada para que se pudiera verificar en los experimentos.

La popularidad de Richard Feynman, fuera de los ámbitos científicos, estalló a las pocas semanas del accidente del transbordador espacial Challenger en enero de 1986. Feynman explicó las causas del accidente durante una reunión plenaria de la comisión de investigación mediante un experimento casero. / © NASA

Visionario y precursor

Feynman tuvo un papel de precursor en dos campos que han ganado importancia en los últimos años. En diciembre de 1959, en el congreso anual de la Sociedad Americana de Física, Feynman dio una charla con el título There’s plenty of room at the bottom (“Hay mucho sitio al fondo”), en la que se refirió a la posibilidad de hacer y controlar cosas muy, muy pequeñas. ¿Cómo escribir toda la Encyclopaedia Britannica en la cabeza de un alfiler? Se trata de un problema puramente tecnológico porque, como Feynman insistía en decir, ninguna ley física prohíbe manipular los átomos de uno en uno. Él se preguntaba si sería posible construir circuitos eléctricos con solo unos pocos átomos. La única diferencia con los circuitos usuales sería la necesidad de utilizar la mecánica cuántica para describir las propiedades de los circuitos de dimensiones atómicas. La misma pregunta se puede hacer sobre dispositivos a escala nanométrica, como motores o robots. Feynman habría estado muy complacido –y también sorprendido– de haber conocido los dispositivos a escala del nanómetro que se hacen en la actualidad, justamente manipulando átomos de uno en uno. Aunque se haya creado el mito de Feynman como padre de la nanotecnología, lo cierto es que su charla de 1959 se consideró como una curiosidad, sin ninguna consecuencia, y hubo que esperar a la década de los años noventa para que fuese redescubierta, cuando algunos expertos en nanociencia buscaban posibles antecedentes. Como tantos visionarios, Feynman se había avanzado a su tiempo.

Muy diferente es lo que ocurrió con su incursión en el campo de los ordenadores, actividad que ocupó los últimos años de su vida. En 1981, en su universidad de Caltech, Feyn­man dio un curso sobre teoría del cálculo y ordenadores electrónicos, y él mismo se convirtió en un experto en el tema. Se preguntaba si un ordenador puede simular un sistema físico, y mostró la necesidad de ordenadores cuánticos para llegar a simular procesos cuánticos reales. Ciertamente, no fue el primero en plantear estos temas, pero su claridad al averiguar las soluciones lo han convertido en un precursor. Sus artículos «Simulating physics with computers», publicado en 1982, y «Quantum-mechanical computers», de 1986, son una referencia obligatoria en materia de ordenadores cuánticos y de computación cuántica.

«Feynman participó en la comisión presidencial encargada de investigar el accidente del transbordador espacial ‘Challenger’»

La vertiente divulgativa y didáctica

La originalidad de Feynman se hace patente tanto a la hora de hacer física como en la manera de explicarla a un público no experto. Sus libros y sus charlas de divulgación mantienen aún la frescura, a pesar de la necesidad de actualización en algunos de los temas tratados. Con su estilo pragmático, entra directamente en el corazón de la cuestión, sin muchos preámbulos. Un buen ejemplo es su manera de explicar la física cuántica, en la que toda la dificultad conceptual se puede resumir en la dualidad onda-partícula y el experimento de la doble rendija. Feynman lo hace con una sencillez y profundidad que, a mi modesto parecer, no han sido superadas (Feynman, 1965).

Richard Feynman

Feynman en el Instituto Tecnológico de California en 1963. / © Departamento de Energía de Estados Unidos

En las universidades americanas los investigadores famosos suelen ocuparse solo de los cursos superiores y de los másters. Feynman fue una sonada excepción, cuando aceptó el reto de impartir, entre 1961 y 1963, un curso de física para estudiantes de primero y segundo año, que después seguirían especialidades diversas. Las clases, que fueron grabadas y filmadas, se convirtieron en uno de los cursos más famosos en esta materia. Se publicaron en tres volúmenes con el título The Feynman lectures on physics, que hoy en día se continúan editando y traduciendo. No es, cabe decir, la mejor manera de iniciarse en la física. Aunque Feynman hizo un gran esfuerzo para encontrar explicaciones sencillas y claras para los estudiantes, esperaba de ellos un nivel y un interés mayor del que tenían. Los más beneficiados fueron los doctorandos, profesores y científicos que asistieron a su curso –es decir, los que ya sabían física–, porque constituye una forma brillante de ilustrar con el ejemplo cómo hay que pensar y razonar en física. La lectura de este curso continúa siendo una experiencia muy estimulante en el momento de reflexionar sobre algún tema básico de la física.

En realidad, Feynman no escribió ningún libro: él tan solo escribía artículos relacionados con su investigación. Sus libros publicados recogen las notas que otros tomaban de sus cursos, o las transcripciones de grabaciones de clases y conferencias, incluyendo el mencionado curso de física. Lo que él quería era charlar, debatir, hacer un espectáculo de sus lecciones, cursos o conferencias, muchas de las cuales fueron filmadas y se pueden encontrar en YouTube. También le gustaba mucho contar historias divertidas, en las que él hacía el papel protagonista. Son anécdotas basadas en hechos reales, pero con el tiempo Feynman fue puliéndolas hasta llegar a la forma que consideraba mejor, la que provocaba la carcajada en el momento justo. Su amigo Ralph Leighton registró y transcribió muchas de las que le contaba durante las reuniones semanales que ambos dedicaban a los instrumentos de percusión. En definitiva, las recopilaciones publicadas dan una idea del personaje y de su visión del mundo.

Richard Feynman

Las conferencias de Richard Feynman eran un reclamo para la comu­nidad científica. Feynman en el CERN en 1965. / © CERN

Una mente unidimensional

En su etapa escolar y universitaria, Feynman solo se interesaba por las matemáticas y la física, dejando aparte su interés por las chicas. A las asignaturas de humanidades y sociales solo les dedicaba el mínimo esfuerzo para superarlas. Aparte de temas científicos, sus aficiones eran tocar los bongos, buscar compañías femeninas, ir a Las Vegas cuando no estaba casado o poner a prueba sus posibilidades intelectuales. Durante muchos años no leyó ningún libro ni diario, ni tampoco escuchaba la radio. Descubrió por casualidad los jeroglíficos mayas, y vio en ellos un reto para su imaginación. Se convirtió en un experto, pero no mostró demasiado interés por la cultura maya en sí. Mantuvo toda la vida esta actitud unidimensional: «Tengo una mente limitada y la utilizo en una dirección concreta», decía en su madurez.

A finales de los años cincuenta fue requerido para dar charlas sobre temas no estrictamente científicos. Incluso siendo consciente de sus limitaciones («Creo que un científico que considera problemas no científicos es tan tonto como el que más, y cuando habla de un tema no científico parecerá tan ingenuo como cualquier inexperto en la materia»), no siempre actuaba en consecuencia. Le gustaba decir que, en cuestiones relacionadas con la naturaleza, los científicos son exploradores y los filósofos turistas. Pero a menudo él iba de turista en temas no estrictamente científicos, como religión, pseudociencias, historia de la ciencia o el papel de la ciencia en la sociedad. En muchas ocasiones, sus opiniones adolecían de un exceso de ingenuidad y superficialidad. Hay que decir a su favor que daba simplemente su opinión y nunca mostró una actitud autosuficiente y pedante. Era consecuente con su rechazo de la pomposidad, con su iconoclasia inherente.

«La originalidad de Feynman se hace patente tanto a la hora de hacer física como en la manera de explicarla a un público no experto»

En la madurez su mente se abrió a otras cosas. Un amigo pintor le interesó por el arte y le enseñó a hacer dibujo artístico. El amigo le decía que los científicos no pueden apreciar la belleza de una flor, porque la reducen a los átomos que la forman. Recordemos que también Keats reprochó a Newton haber destruido la poesía del arco iris, al reducirlo a los colores de la luz que atraviesa un prisma. Feynman respondía a su amigo que él también podía ver la belleza de la flor, igual que cualquier persona, y además sus conocimientos científicos le permitían entender el porqué de sus colores, su interior, su papel en la naturaleza, su evolución en el universo. «¿Pero veo menos o más? […] No hace daño al misterio saber un poco acerca de todo eso.»

Feynman, R. P. (1965). The character of physical law. Cambridge, MA: MIT Press.

Feynman, R. P. (1985). Surely you’re joking, Mr Feynman! Adventures of a curious character. Nueva York: Norton.

Feynman, R. P. (1988). What do you care what other people think? Further adventures of a curious character. Nueva York: Norton.

Gleick, J. (1992). Genius. Richard Feynman and modern physics. Londres: Abacus.

Mehra, J. (1994). The beat of a different drum. The life and science of Richard Feynman. Nueva York: Norton.

Navarro, J. (2007). Feynman. Los caminos cuánticos. Madrid: Nivola.

Sykes, C. (1994). No ordinary genius. The illustrated Richard Feynman. Nueva York: Norton.

© Mètode 2018 - 97. #Biotec - Primavera 2018

Professor d’Investigació de l’Institut de Física Corpuscular (CSIC-Universitat de València).

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