El físic que no seguia camins batuts
Cent anys del naixement de Richard Feynman
Richard Phillips Feynman (1918-1988) va ser certament un personatge curiós, tal com ell mateix va subtitular els seus llibres d’anècdotes (Feynman, 1985; Feynman, 1988). No solament va ser un dels físics més brillants i originals del segle xx, un dels pocs científics que obren noves i amples vies en la seua disciplina. També va ser expert en instruments de percussió, excel·lent divulgador, desxifrador de jeroglífics maies, estripador de caixes fortes, biòleg ocasional, iconoclasta compulsiu i moltes coses més. A més de la seua simpatia personal, tenia una forma apassionada, i molt teatral, de transmetre la fascinació i goig que sentia davant els fenòmens naturals. En les seues biografies (Gleick, 1992; Mehra, 1994; Navarro, 2007; Sykes, 1994) es pot trobar detallada informació sobre la seua vida i obra. En aquest article comentarem alguns dels trets més interessants d’aquest curiós personatge, el centenari del naixement del qual celebrem enguany.
«Richard Feynman va adquirir fama de geni a començament dels anys quaranta quan va ser reclutat per al projecte Manhattan»
Una figura popular
La seua fama popular, fora dels àmbits científics, esclatà poques setmanes després de l’accident del transbordador espacial Challenger, que va explotar setanta-cinc segons després d’enlairar-se, el 28 de gener de 1986. Feynman va participar en la comissió presidencial encarregada d’investigar les causes de l’accident. Seguint el seu costum, indagà pel seu compte i presentà les seues conclusions al marge de les de la comissió. El problema estava relacionat amb les juntes de goma que tancaven els dipòsits de combustible. L’anormal baixa temperatura existent hores abans del llançament va afectar les propietats elàstiques de les juntes. I ho va mostrar en una reunió plenària de la comissió amb un experiment casolà: un got d’aigua refredada amb gel, una mostra de la goma de les juntes i un pinçador. Als Estats Units les sessions d’aquestes comissions són transmeses en directe per les televisions, i tot el país es va assabentar de la principal causa de l’accident. Més d’un va aprofitar la sobtada popularitat de Feynman per a fer negoci, venent samarretes impreses amb la seua imatge i uns misteriosos jeroglífics que els físics anomenen «diagrames de Feynman».
L’electrodinàmica quàntica ens mostra que el buit no està realment buit. Els fotons de la radiació electromagnètica poden crear constantment parells de partícula i antipartícula, que ràpidament s’aniquilen per a generar fotons. En la figura es mostren els primers diagrames de Feynman que contribueixen a entendre aquest fenomen conegut com «polarització del buit». Un fotó es representa amb una línia ondulada; un electró, amb una línia contínua amb fletxa cap a dalt i un positró (o antielectró), amb una línia contínua amb fletxa cap avall. Cada línia i cada vèrtex (junció de dues o més línies) es tradueix en una expressió matemàtica precisa, i tot plegat es poden fer els càlculs necessaris de manera senzilla amb la precisió desitjada. / Font: Jesús Navarro
En l’àmbit de la física feia molt de temps que era ben conegut. Va adquirir fama de geni a començament de la dècada dels quaranta quan, fent encara la seua tesi doctoral, va ser reclutat per al projecte Manhattan, a la base secreta de Los Alamos. Com és sabut, l’objectiu del projecte era construir les primeres bombes atòmiques als Estats Units abans que no ho fera l’Alemanya nazi. S’hi va aplegar un gran nombre de científics de primer nivell, com ara Robert Oppenheimer, Enrico Fermi, Eugene Wigner, Hans Bethe o John von Neumann, per citar-ne només uns pocs. Aviat tots ells es van convèncer de les capacitats del jovenet: coneixements, intuïció, agilitat mental i, sobretot, desinhibició a l’hora de debatre sobre qualsevol tema de física. En tota discussió tractava d’entendre a fons el problema que li exposaven, fent les preguntes rellevants i destacant-ne els punts febles. Niels Bohr, consultor extern del projecte, era ben conscient que Feynman era l’única persona a Los Alamos que no es deixava intimidar per la fama del seu interlocutor. En les seues visites a la base sempre procurava discutir les seues idees amb Feynman, en privat, per estar segur dels seus arguments en el moment de debatre amb els altres «peixos grossos» del projecte.
Les contribucions a la física
Feynman va rebre el Premi Nobel de Física de 1965, compartit amb Julian Schwinger i Sin-itiro Tomonaga, per llurs contribucions al desenvolupament i aplicacions del que es coneix com a «electrodinàmica quàntica»: la descripció quàntica de les interaccions entre llum i càrregues elèctriques, entre fotons, electrons i positrons. Però el mètode de Feynman il·lustra molt bé el seu tarannà. Mentre que els seus dos col·legues escrivien llargues fórmules matemàtiques, ell dibuixava esquemes dels processos físics que volia estudiar. A partir d’aquests dibuixos, i seguint unes regles molt precises, els càlculs es poden fer fàcilment. De fet, actualment, els diagrames de Feynman són el procediment estàndard per a estudiar sistemes que involucren la presència de partícules i interaccions.
«Feynman va establir les bases per explicar la superfluïdesa de l’heli líquid, és a dir, la capacitat que té per fluir sense viscositat»
Però Feynman també va fer contribucions importants en camps molt diversos de la física, quatre de les quals destacarem. Potser la més important és la nova formulació de la mecànica quàntica, basada en el que se’n diu «integrals de camí». Va ser el tema de la seua tesi, presentada el juny de 1942. La idea és molt original i sorprenent: quan una partícula viatja d’un punt a un altre, passa alhora per tots els camins possibles entre aquests punts, per absurds que puguen semblar, amb una certa probabilitat per a cadascun dels camins. Aquesta formulació permet abordar situacions massa complicades per fer-ho amb les usuals descripcions ondulatòria o matricial, tot i ser totes tres matemàticament equivalents.
La segona contribució va ser pel que fa a l’heli, l’única substància que roman en estat líquid al zero absolut de temperatura. Feynman va establir les bases rigoroses per explicar la superfluïdesa de l’heli líquid, és a dir, la capacitat que té per a fluir sense viscositat.
Les dues últimes contribucions que destaquem ací es refereixen a partícules i interaccions fonamentals. D’una banda, basant-se en arguments de simetria, va establir la coneguda com a «teoria V-A», que dóna la forma general de les interaccions febles que intervenen, per exemple, en la desintegració beta dels nuclis. D’altra banda, va establir l’anomenada «teoria de partons», que explica com detectar una estructura interna de les partícules que són hadrons (com ara el protó i el neutró), sense fer cap hipòtesi sobre els seus possibles constituents, els partons. Aquesta teoria va situar la idea dels quarks en una perspectiva adequada perquè es poguera verificar en els experiments.
La seua popularitat, fora dels àmbits científics, esclatà poques setmanes després de l’accident del transbordador espacial Challenger, en gener de 1986. Feynman va explicar les causes de l’accident durant una reunió plenària de la comissió d’investigació mitjançant un experiment casolà. / © NASA
Visionari i precursor
Feynman va tenir un paper de precursor en dos camps que han esdevingut importants als darrers anys. El desembre de 1959, al congrés anual de la Societat Americana de Física, Feynman va fer una xerrada amb el títol There’s plenty of room at the bottom (“Hi ha molt de lloc al fons”), en la qual es va referir a la possibilitat de fer i controlar coses molt, molt petites. Com escriure tota l’Encyclopaedia Britannica en el cap d’una agulla? Es tracta d’un problema purament tecnològic perquè, com Feynman va insistir a dir, cap llei física prohibeix manipular els àtoms d’un en un. Ell es preguntava si seria possible construir circuits elèctrics amb només uns pocs àtoms. L’única diferència amb els circuits usuals seria la necessitat d’utilitzar la mecànica quàntica per a descriure les propietats dels circuits de dimensions atòmiques. La mateixa pregunta es pot fer sobre dispositius a escala nanomètrica, com ara motors o robots. Feynman hauria estat molt complagut –i també sorprès– si hagués conegut els dispositius a escala del nanòmetre que es fan en l’actualitat, justament manipulant àtoms d’un en un. Val a dir que s’ha creat el mite de Feynman, pare de la nanotecnologia. Però el ben cert és que la seua xarrada de 1959 es va considerar com una curiositat, sense cap conseqüència, i només va ser descoberta a la dècada dels anys noranta, quan alguns experts en nanociència buscaven possibles antecedents. Com tants visionaris, Feynman s’havia avançat al seu temps.
Ben diferent és el que va ocórrer amb la seua incursió en el camp dels ordinadors, activitat que va ocupar els darrers anys de la seua vida. El 1981, a la seua universitat de Caltech, Feynman va fer un curs sobre teoria del càlcul i ordinadors electrònics, i ell mateix es va convertir en un expert en el tema. Es preguntava si un ordinador pot simular un sistema físic, i mostrà la necessitat d’ordinadors quàntics per arribar a simular processos quàntics reals. Certament, no va ser el primer a plantejar aquests temes, però la seua claredat a l’hora d’esbrinar les solucions l’han convertit en un precursor. Els seus articles «Simulating physics with computers», publicat en 1982, i «Quantum-mechanical computers», de 1986, han esdevingut una referència obligatòria pel que fa als ordinadors quàntics i a la computació quàntica.
«Feynman va participar en la comissió presidencial encarregada d’investigar l’accident del transbordador espacial ‘Challenger’»
El vessant divulgatiu i didàctic
L’originalitat de Feynman es fa palesa tant a l’hora de fer física com en la manera d’explicar-la a un públic no expert. Els seus llibres i les seues xarrades de divulgació mantenen encara la frescor, malgrat la necessitat d’actualització en alguns dels temes tractats. Amb el seu estil pragmàtic, entra directament en el cor de la qüestió, sense massa preàmbuls. Un bon exemple és la seua manera d’explicar la física quàntica, on tota la dificultat conceptual es pot resumir en la dualitat ona-partícula i l’experiment de la doble escletxa. Feynman ho fa amb una senzillesa i profunditat que, al meu modest parer, no han estat superades (Feynman, 1965).
Feynman a l’Institut Tecnològic de Califòrnia en 1963. / © Departament d’Energia dels Estats Units
A les universitats americanes els investigadors famosos solen ocupar-se només dels cursos superiors i dels màsters. Feynman va ser una sonada excepció quan va acceptar el repte de fer, entre 1961 i 1963, un curs de física per a estudiants de primer i segon any, que després seguirien especialitats diverses. Les classes, que foren gravades i filmades, es convertiren en un dels més famosos cursos en aquesta matèria. Foren publicades en tres volums amb el títol The Feynman lectures on physics, que avui dia es continua editant i traduint. No és, tot s’ha de dir, la millor manera d’iniciar-se a la física. Encara que Feynman va fer un gran esforç per trobar explicacions senzilles i clares per als estudiants, esperava d’ells un nivell i un interès major del que tenien. Els més beneficiats van ser els doctorands, professors i científics que van assistir al seu curs –és a dir, els que ja sabien física–, perquè constitueix una manera brillant d’il·lustrar amb l’exemple com cal pensar i raonar en física. La lectura d’aquest curs continua sent una experiència molt estimulant en el moment de reflexionar sobre algun tema bàsic de la física.
En realitat, Feynman no va escriure cap llibre: ell només escrivia articles relacionats amb la seua recerca. Els seus llibres publicats recullen les notes que altres prenien dels seus cursos, o les transcripcions de gravacions de classes i conferències, incloent-hi l’esmentat curs de física. El que ell volia era xarrar, debatre, fer un espectacle de les seues lliçons, cursos o conferències, moltes de les quals foren filmades i es poden trobar en YouTube. També li agradava molt contar històries divertides, en les quals ell feia el paper protagonista. Són anècdotes basades en fets reals, però amb el temps Feynman va anar polint-les fins a arribar a la forma que considerava millor, la que provocava la riallada en el moment just. El seu amic Ralph Leighton va enregistrar i transcriure moltes de les que li contava durant les reunions setmanals que tots dos dedicaven als instruments de percussió. Tot plegat, els reculls publicats donen una idea del personatge i de la seua visió del món.
Les conferències de Richard Feynman eren un reclam per a la comunitat científica. Feynman al CERN en 1965. / © CERN
Una ment unidimensional
En la seua etapa escolar i universitària només s’interessava per les matemàtiques i la física, deixant a banda el seu interès per les xiques. En les assignatures d’humanitats i socials feia només el mínim esforç per a superar-les. A banda de temes científics, les seues afeccions eren tocar els bongos, buscar companyies femenines, anar a Las Vegas quan no era casat o posar a prova les seues possibilitats intel·lectuals. Durant molts anys no va llegir cap llibre ni diari, ni tampoc sentia la ràdio. Va descobrir per casualitat els jeroglífics maies, i hi va veure un repte per a la seua imaginació. Es va convertir en un expert, però no mostrà massa interès per la cultura maia en si. Mantingué tota la vida aquesta actitud unidimensional: «Tinc una ment limitada i la utilitze en una direcció concreta», deia en la seua maduresa.
A finals dels anys cinquanta va ser requerit per fer xarrades sobre temes no estrictament científics. Tot i ser conscient de les seues limitacions («Crec que un científic que considera problemes no científics és tan ximple com el que més, i quan parla d’un tema no científic pareixerà tan ingenu com qualsevol inexpert en la matèria»), no sempre actuava en conseqüència. Li agradava dir que, en qüestions relacionades amb la naturalesa, els científics són exploradors i els filòsofs turistes. Però sovint ell anava de turista en temes no estrictament científics, com religió, pseudociències, història de la ciència o el paper de la ciència en la societat. En moltes ocasions, les seues opinions pecaven d’un excés d’ingenuïtat i superficialitat. S’ha de dir a favor d’ell que donava simplement la seua opinió i mai no va mostrar una actitud autosuficient i pedant. Era conseqüent amb el seu rebuig de la pompositat, amb la seua iconoclàstia inherent.
«Feynman tenia una forma apassionada i molt teatral de transmetre la seua fascinació davant els fenòmens naturals»
En la maduresa la seua ment es va obrir a altres coses. Un amic pintor el va interessar per l’art i li va ensenyar a fer dibuix artístic. L’amic li deia que els científics no poden apreciar la bellesa d’una flor, perquè la redueixen als àtoms que la formen. Recordem que també Keats va retreure a Newton haver destruït la poesia de l’arc de Sant Martí, en reduir-lo als colors de la llum que travessa un prisma. Feynman responia al seu amic que ell també podia veure la bellesa de la flor, igual com qualsevol persona, i a més a més els seus coneixements científics li permetien entendre el perquè dels seus colors, el seu interior, el seu paper en la naturalesa, la seua evolució a l’univers. «Però veig menys o més? […] No fa mal al misteri saber una mica sobre tot això.»
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. Nova York: Norton.
Feynman, R. P. (1988). What do you care what other people think? Further adventures of a curious character. Nova 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. Nova York: Norton.
Navarro, J. (2007). Feynman. Los caminos cuánticos. Madrid: Nivola.
Sykes, C. (1994). No ordinary genius. The illustrated Richard Feynman. Nova York: Norton.
