El ENIGMA CUANTICO

 

Todo aquel al que la mecánica cuántica no le parezca insólita es que no la ha entendido

N.Bohr.

Estábamos en la casa de Lito, con Alfredo, el Dr. Leguizamón, era el día del amigo 20 07 16  e íbamos  festejarlo con unas pastas a la putanezca que preparó Walter, cuando Lito nos dijo;  ¨que me pueden decir de la mecánica cuántica, porque una vez le pregunte a un conocido y en realidad me quede con más interrogantes que respuestas¨. Lito eso no está mal, esta cita previa de alguna manera dice que estas encaminado, que no estás solo. La mecánica cuántica está llena de interrogantes, Einstein y Bohr no se pusieron de acuerdo durante toda su vida aun cuando compartían un piso común que les permitió debatir sin perder la amistad. Lo que vos sentiste aquella vez —la sensación de que todo se vuelve más extraño de lo esperado— es parte intrínseca del viaje.

Lo grande y su orden: el mundo clásico

G. Galilei, fue el  creador del método científico e Isaac Newton  formulo las bases profundas de la mecánica clásica, según decía; subiendo sobre los hombros de gigantes. Newton nos hizo pensar al universo como un relojito que el gran relojero dio cuerda, No tenemos dudas acerca de las innumerables aplicaciones cotidianas de la mecánica clásica, las que van desde tomar la presión arterial, usar nuestra bicicleta, viajar en avión o mandar gentes a la luna… Es sólida, eficaz, cotidiana. En ella existe la mente, la materia, y el observador es un espectador, nunca un protagonista.

Para la física clásica hay mente y hay materia, excluye al observador, y el libre albedrío queda a cargo  de la psicología, la filosofía, la teología…Pero un adagio dice: Hasta donde sabemos la teoría newtoniana es una aproximación, la mecánica cuántica es correcta

 

Lo muy pequeño donde comienza lo insólito

 

Cuando bajamos al nivel del átomo —y aún más abajo— las leyes de Newton dejan de funcionar y la lógica clásica se vuelve insuficiente. Allí rigen otros principios, tan contraintuitivos que parecen rozar lo absurdo: probabilidades puras, dualidades imposibles, resultados que dependen del acto mismo de medirlos.

Las  leyes que nos regaló Newton no se pueden aplicar, como tampoco tiene cabida la lógica clásica, sus principios son contraintuitivos, allí lo aleatorio y el ``absurdo`` son los personajes protagónicos.  Este lugar de lo aparentemente ilógico, de lo muy pequeño, es  también el de lo ¨muy preciso¨. Allí y así, es donde es reina la mecánica cuántica.

El libro  *El Enigma Cuántico* de Bruce Rosemblum y Fred Kuttner comienza con un comentario que les había hecho un colega acerca de su libro:

¨Aunque lo que dicen  es correcto, exponer este material a los no científicos es el equivalente intelectual de dejar que los niños jueguen con pistolas cargadas¨.

El libro se basa en la negación que hace la mecánica cuántica de la existencia de un mundo real independiente de su ¨observación¨, un principio difícil de digerir y asimilar, tanto que hasta A. Einstein se resistía a conceder ese poder a la ``observación¨ y lo expresaba palabras más palabras menos, diciendo:

Quiero que la luna este allí, aunque yo no la observe.

El problema es que la física cuántica no le dio ese gusto. Creo que con esto ya bastaría para dar tranquilidad a Lito y a muchos de nosotros. Pero algunos pueden seguir hasta que les den las neuronas. La teoría cuántica avanza más allá de lo meramente  físico como lo revela una de sus frases fundacionales; ^* La observación crea la realidad observada*. No es posible la realidad física independiente de la observación*. Pero, cualquier observador.

Podes no aceptar la propuesta, si no sabemos su historia todo tiene olor a cuento, no a ¨cuanto¨, pero se nos borra inmediatamente esta idea cuando nos advierten, que además de ser exitosa desde el punto de vista teórico, por su alto grado de precisión, más de un tercio de la economía mundial depende en la actualidad de la mecánica cuántica, y va por todo.

 

La visión del mundo que esta teoría nos aporta no solo es más extraña de lo que suponemos, sino de lo que podríamos suponer, este sería el lugar donde la física se encuentra con la conciencia, un encuentro que no tiene por qué convertirse en relación. ¿O sí?

 

Se la concibió para explicar la mecánica que rige el comportamiento a nivel atómico, la energía cambia solo de manera discreta, a esto es lo que denomino cuantos. El ¨cuanto¨ salió a escena para buscar una explicación de la radiación de los cuerpos incandescentes, según el trabajo de  Max Planck.

 

Pero fue Niels Bohr quien reconoció que la física se había topado con el observador, y que la observación produce la propiedad observada .La palabra clave paso a ser ``observación``, y siempre que aludimos a la observación se hace presente la conciencia. ¿Cada vez más claro?

 

El origen del enigma

La historia comienza con Max Planck, quien descubrió que la energía no fluye de manera continua, sino en pequeños “paquetes”: los cuantos. Pero fue Bohr quien proporciono el giro más radical: donde hay observación, hay interacción, y donde hay interacción, hay creación de propiedades. Antes de ser observados, los sistemas microscópicos no tienen atributos definidos. No son partículas u ondas; son una superposición de posibilidades. Esto llevó a afirmaciones dramáticas: La observación crea la propiedad observada. No existe realidad física independiente de la observación. Él observador no puede ser eliminado de la teoría.

Pero la precisión de las predicciones cuánticas es absoluta. Y más de un tercio de la economía mundial depende de dispositivos basados en sus principios: láseres, chips, resonancias magnéticas, relojes atómicos, comunicaciones digitales. Uno puede no aceptar el misterio, pero no puede negar su éxito. Este es el punto donde la física toca la puerta de la filosofía, y detrás aparece la conciencia. Es un encuentro incómodo, casi un “secreto de familia”.

La interpretación de Copenhague según Bohr

La interpretación de Copenhague   afirma que la observación  produce las propiedades observadas, estableciendo:

*Que una observación tiene lugar allí donde un objeto microscópico a escala atómica interacciona con un objeto macroscópico*

Esta forma de interpretación es la más ortodoxa y pragmática a la hora de enseñar y aplicar la mecánica cuántica. Existen otras explicaciones que  están a tu disposición.  Un ejemplo hace las cosas un poco más fáciles de entender; si un fotón pega contra una película fotográfica, la película ha observado un fotón. De acuerdo con esta interpretación los objetos del dominio microscópico carecen de realidad hasta que se observan. Pero nos tira un salvavidas, no niega la realidad de  la luna, las sillas, los gatos… Con esto debería bastar, pero significo años de discusión entre Einstein  y Bohr.

 

Tengamos presente que según la teoría cuántica una partícula puede ser una onda extensa o una partícula concentrada, esta dualidad está respaldada por el principio de incertidumbre de Heisenberg que limita la precisión con la que se puede saber la posición y el movimiento simultáneamente.

El colapso de la función de onda es el momento en que se transforma abruptamente la onda de energía en partícula de energía, y se crea así la realidad al ser interpretada por nuestros sentidos.

Como corolario la mecánica cuántica al incluir al observador y la observación  nos llevó a enfrentarnos directamente con los dos enigmas de la humanidad más importantes;  el libre albedrio y la conciencia.

El desafío de la dualidad

Según la cuántica, una partícula puede comportarse como onda extensa o como punto concentrado. El principio de incertidumbre de Heisenberg nos dice que no podemos conocer simultáneamente posición y velocidad con precisión absoluta. No por ignorancia nuestra, sino porque la naturaleza no las posee al mismo tiempo de manera definida. Es un golpe a la intuición, al sentido común, a la idea de un mundo independiente. Y, sin embargo, funciona.

Los múltiples universos: 

Otra interpretación, tan contraintuitiva como la interpretación de Copenhague, es la que el físico Hugh Everett III publicó, y que Bryce DeWitt  rotulo con el nombre  "muchos mundos". Según esta teoría, en el momento mismo de la medición el universo se divide y se multiplica en varias copias, una por cada resultado posible.

Jorge Luis Borges ¨qué raro¨ , es el primero en formular esta alternativa al tiempo lineal, al menos es la más aproximada a la teoría de Everett. Hay también una cita de William James, a quien Borges leyó por influjo paterno:

"Las realidades parecen flotar en un mar de posibilidades más ancho que aquel de donde fueron escogidas, y en algún lugar, dice el indeterminismo, esas posibilidades existen y forman una parte de la verdad".

J.L. Borges propone en El jardín de los senderos que se bifurcan, un laberinto temporal en el que, cada vez que uno se enfrenta con varias alternativas, en vez de optar por una y eliminar otras, "opta simultáneamente– por todas. Crea así diversos porvenires, diversos tiempos, que también proliferan y se bifurcan". La literatura de Borges había llegado mucho antes.

Según A. Rojo, las correspondencias entre el cuento de Borges y el trabajo de Everett hacen que, si uno pone los párrafos lado a lado, en el de Everett la ciencia suena a ficción y, en el de Borges, la ficción se lee como ciencia.

 

… A diferencia  de Newton y de Schopenhauer, su antepasado no creía en un tiempo uniforme, absoluto. Creía en infinitas series de tiempo, en una red creciente y vertiginosa de tiempos divergentes, convergentes y paralelos. Esa trama de tiempos que se aproximan, se bifurcan, se cortan o secularmente se ignoran, abarca todas las posibilidades. No existimos en la mayoría de estos ejemplos, en algunos existe usted, en otros, yo, no usted, en otros, los dos…

 

"Cuando escribo no pienso en términos de enseñar. Pienso que mis historias, de algún modo, me son dadas y mi tarea es narrarlas. Tampoco busco connotaciones implícitas ni parto de ideas abstractas. No soy un cazador de símbolos". Fíjese qué curioso, porque lo único que yo sé de física viene de mi padre, que me enseñó cómo funcionaba el barómetro"." ¡Qué imaginativos son los físicos! JL Borges:

Adenda:

La decoherencia cuántica es la interacción del mundo cuántico indeterminado con el clásico determinado, es la responsable de todo lo que pasa en el universo, Pero la consecuencia es inquietante: De este lado del mundo el macroscópico, las cosas existen independientemente de que las miremos: la luna, las sillas, los gatos. Del otro lado el cuántico, la realidad no está definida hasta que algo o alguien la observa. El puente entre ambos mundos es la decoherencia, el mecanismo que hace que lo cuántico se vuelva clásico sin que el universo se vuelva un caos de posibilidades superpuestas.

Epílogo

Es el concepto más difícil de digerir en mecánica cuántica es, sin duda, la inclusión del observador (y la conciencia) como un elemento activo en la creación de la realidad. La frase fundacional destacada —"La observación crea la realidad observada"— es el núcleo del enigma y el origen del famoso desacuerdo entre Einstein y Bohr. La resistencia de Einstein ("Quiero que la Luna esté allí, aunque yo no la observe") resume perfectamente la colisión entre el sentido común filosófico y los resultados experimentales.

Si entre el  50–70% de la economía mundial moderna depende, directa o indirectamente, de la mecánica cuántica. No por “gatos de Schrödinger”, sino por semiconductores, láseres, resonancia magnética, GPS, telecomunicaciones y electrónica…, todos fundamentados en fenómenos cuánticos cuya base filosófica es que la realidad no está definida hasta ser medida (un ¨cuanto, de energía¨, un colapso de la función de onda), entonces no podemos descartarla como "cuento" o simple especulación. El éxito tecnológico es la prueba de su precisión. La pregunta no es si es correcta, sino qué implicaciones tiene para nuestra comprensión de la existencia identifica correctamente el momento en que la física "toca la puerta de la filosofía" para enfrentarse a los dos enigmas humanos fundamentales: el libre albedrío y la conciencia.

El concepto de decoherencia cuántica es crucial, es la respuesta técnica a cómo el mundo borroso de las probabilidades cuánticas se convierte en el mundo sólido y determinado que experimentamos. La interacción constante de un sistema cuántico con su vasto entorno (el mundo clásico) destruye rápidamente la superposición, fijando la realidad que medimos. En el fondo, lo que Lito preguntó aquella tarde —entre pastas, amigos y risas— no era qué es la mecánica cuántica, sino cómo es posible que un mundo tan sólido como el nuestro dependa de algo tan esquivo como la observación. No hay respuestas simples. Pero sí hay una certeza:

Lo muy raro no espera, ya estamos dentro de él