La mecánica cuántica es brillante a la hora de predecir el comportamiento de partículas diminutas. Pero también sugiere que la propia realidad podría ser mucho más extraña de lo que nunca imaginamos, con partículas que existen en múltiples estados posibles a la vez hasta que la medición parece forzar lo que se conoce como colapso de la función de onda cuántica.
Según el libro What Is Real? de Adam Becker, este rompecabezas ha llevado a los físicos a desarrollar explicaciones muy diferentes de lo que realmente ocurre. Cada interpretación suena extraña a su manera, pero una de ellas podría describir la verdadera naturaleza de nuestro universo. Siga leyendo para conocer estos enfoques para resolver el misterio.
Índice
¿Qué causa el colapso de la función de onda cuántica?
Becker explica que el teorema de Bell obligó a los físicos a tomar una decisión: Abandonar el principio de localidad (y aceptar la idea de conexiones instantáneas a través del espacio), abandonar el realismo (y aceptar que las propiedades no existen antes de la medición) o abandonar la idea de que la mecánica cuántica es completa.
Tres interpretaciones alternativas representan diferentes respuestas a esta elección. Todas ellas giran en torno a la cuestión de qué causa el colapso de la función de ondacuántica :el momento en que la "onda de probabilidad" de la ubicación potencial y el momento de una partícula cuántica "colapsa" en las características específicas que adopta cuando se observa y mide.
#1: Muchos-Mundos-Preservar todo multiplicando los universos
La interpretación de muchos mundos ofrece una vía de escape: Los físicos podrían preservar tanto la localidad como el realismo abandonando la suposición de que sólo se produce un resultado. Becker explica que, desde este punto de vista, las funciones de onda nunca se colapsan. En su lugar, todos los resultados posibles de las mediciones se producen en ramas paralelas de la realidad. Esto disuelve el dilema de Bell al negar que haya un único resultado definitivo que correlacionar a través del espacio. Cuando se mide una partícula entrelazada, no se obtiene un único resultado, sino que se experimentan todos los resultados posibles. La aparente no localidad se debe a la perspectiva limitada de los observadores: Sólo vemos una rama de la realidad y desconocemos otras innumerables.
Becker señala que, según esta interpretación, el gato de Schrödinger está vivo y muerto, pero en ramas separadas de la realidad. El problema de la medición desaparece porque las mediciones no obligan a elegir, simplemente revelan qué rama de la función de onda universal estamos experimentando.
| Many-Worlds Goes Hollywood La película Todo en todas partes a la vez dramatiza la idea del universo multiplicador eimagina cómo tomar conciencia de estos mundos múltiples puede resultar liberador o devastador. En la película, Evelyn, propietaria de una lavandería, descubre que puede acceder a recuerdos y habilidades de versiones alternativas de sí misma en el multiverso: versiones en las que se convirtió en estrella de cine, chef o incluso un ser con dedos de perrito caliente. Su hija Joy, empujada demasiado lejos en la conciencia del multiverso, experimenta todas las versiones posibles de sí misma simultáneamente. Esta perspectiva abrumadora lleva a Joy a la conclusión de que nada importa, ya que todos los resultados posibles ocurren en algún lugar, lo que la conduce a la autodestrucción nihilista. Esta representación de Joy es paralela a la trayectoria en la vida real del físico de muchos mundos Hugh Everett III. Tras desarrollar su interpretación de la mecánica cuántica, Everett abandonó la ciencia académica, se convirtió en un contratista de defensa alcohólico que trabajaba en escenarios de guerra nuclear y murió a los 51 años, dejando instrucciones para que sus cenizas fueran arrojadas a la basura. Al igual que Joy, Everett parecía aplastado por las implicaciones de su descubrimiento. La película ofrece a Evelyn un camino diferente, cuando aprende a aceptar la multiplicidad de su existencia a través de la compasión, lo que algunos críticos ven como un guiño a la filosofía budista. De hecho, el budismo coincide con lo que algunos físicos creen que significa realmente la interpretación de los muchos mundos: Argumentan que el multiverso no se divide continuamente en nuevos universos. En su lugar, todos los universos posibles ya existen en una "función de onda universal". En lugar de crear infinitas realidades nuevas con cada movimiento que hacemos, siempre hemos formado parte de esta realidad infinita. Esto refleja la idea de los budistas de que nuestra sensación de ser individuos separados es una ilusión, y que en realidad formamos parte de un todo vasto e interconectado. La película sugiere que reconocer esta inmensidad no tiene por qué llevarnos al nihilismo, sino que puede inspirarnos a comprometernos plenamente con cualquier rama de la existencia en la que nos encontremos. |
#2: Teoría de las ondas piloto: aceptar la no localidad y restaurar la realidad objetiva
La interpretación de la onda piloto adopta un enfoque diferente: Acepta la prueba de Bell de la no localidad al tiempo que restaura la realidad objetiva que buscaba Einstein. Becker señala que, según este punto de vista, las partículas siempre tienen posiciones y propiedades definidas, y están guiadas por "ondas piloto" que pueden influir instantáneamente en partículas distantes. Esto elimina el problema de la medición al suprimir la necesidad de colapsar la función de onda. Las partículas siguen trayectorias definidas determinadas por ondas, y las mediciones revelan dónde se encuentran las partículas. Obtener resultados definidos no tiene ningún misterio: Las partículas detectadas en cualquier experimento existían en estados definidos desde el principio; sólo que no sabíamos cuáles eran hasta que las medimos.
En el experimento de la doble rendija, por ejemplo, cada electrón toma un camino definido a través de una u otra rendija, pero las ondas piloto atraviesan ambas rendijas y crean los patrones de interferencia que guían dónde pueden posarse los electrones en la pantalla de detección. Esto explica los resultados ondulatorios sin necesidad de que las partículas atraviesen de algún modo varias rendijas simultáneamente. Becker explica que el precio es la no localidad explícita: Las ondas piloto que conectan las partículas enredadas proporcionan la "espeluznante acción a distancia" que Bell demostró que era inevitable. A muchos físicos esto les parece inquietante, pero la interpretación al menos hace explícitas las conexiones no locales en lugar de ocultarlas en el propio proceso de medición.
| Conexiones invisibles a través de enormes distancias La teoría de las ondas piloto puede sonar imposiblemente extraña, pero la naturaleza ya nos muestra cómo las ondas invisibles pueden transportar información a través de enormes distancias. Los cantos de las ballenas jorobadas , grabados por primera vez frente a las costas orientales de Australia, aparecen más tarde entre las poblaciones de ballenas de la Polinesia Francesa y luego de Ecuador, atravesando vastas extensiones del Océano Pacífico. Las canciones viajan a través de "canales de sonido" oceánicos creados por gradientes de temperatura y presión que permiten a las ondas sonoras rebotar hacia arriba y hacia abajo a través de miles de kilómetros sin perder energía. Al igual que la "espeluznante acción a distancia" que une partículas enredadas a través del espacio, las canciones de las ballenas transportan información cultural entre cetáceos que quizá nunca se encuentren. Si los cantos de las ballenas viajaran a la velocidad de las "ondas piloto" que conectan las partículas enredadas, una ballena cantando en Australia podría ser escuchada instantáneamente por las ballenas en Ecuador, influyendo en su comportamiento de la misma manera que las partículas cuánticas no locales se afectan instantáneamente entre sí. |
#3: Colapso espontáneo-Modifica las matemáticas
Las teorías del colapso espontáneo adoptan un tercer enfoque: . Modifican la mecánica cuántica para hacer del colapso de la función de onda un proceso físico natural en lugar de algo misterioso provocado por la medición. Estas teorías proponen que las funciones de onda colapsen aleatoriamente por sí solas, y que los objetos más grandes colapsen con mucha más frecuencia que las partículas individuales. Becker explica que esto preserva tanto la localidad como la realidad objetiva al hacer que el colapso se produzca aleatoriamente y no a través de interacciones de medición no locales. Las partículas individuales pueden permanecer en superposición durante miles de millones de años, pero los objetos macroscópicos que contienen innumerables partículas se resuelven en estados definidos casi instantáneamente a medida que se acumulan los acontecimientos aleatorios.
Según Becker, este enfoque resuelve el problema de la medición al eliminar la necesidad de procesos de medición especiales: el colapso se produce de forma natural a través de la dinámica modificada de la teoría. El gato de Schrödinger no permanecería en un estado de superposición "vivo y muerto a la vez" más de una fracción de segundo porque el colapso aleatorio de la función de onda forzaría rápidamente un resultado definitivo.
| Por qué "arreglar" la mecánica cuántica añadiendo aleatoriedad podría no funcionar Como explica Becker, las teorías del colapso espontáneo hacen del colapso de la función de onda un proceso natural, pero los experimentos han asestado golpes a estas teorías. El problema es que si el colapso espontáneo se produce realmente, el proceso de colapso aleatorio debería hacer que las partículas cargadas se agitaran constantemente, emitiendo radiación de rayos X detectable. Pero los detectores ultrasensibles de los laboratorios subterráneos diseñados para la investigación de neutrinos no han encontrado pruebas de ello. La ironía es que estas teorías se diseñaron para eliminar los aspectos extraños de la mecánica cuántica, pero lo hacen añadiendo aleatoriedad fundamental a las leyes básicas del universo, lo que demuestra que a veces la solución teórica más "limpia" crea más problemas de los que resuelve. |
Ejercicio: ¿Qué hay de real en la física cuántica?
Becker explica que la mecánica cuántica funciona perfectamente para predecir el comportamiento de las partículas microscópicas, pero parece describir una realidad imposible en la que las partículas existen en múltiples estados simultáneamente. Esto nos obliga a elegir entre visiones fundamentalmente distintas de lo que existe y de cómo la ciencia debe entender el mundo. Los principales enfoques ofrecen imágenes radicalmente distintas de la realidad:
Múltiples mundos: todos los resultados posibles ocurren realmente, sólo que en universos paralelos diferentes que no podemos ver.
Teoría de las ondas piloto: Las partículas siempre tienen ubicaciones definidas, pero unas "ondas piloto" invisibles las guían y conectan partículas distantes al instante.
Colapso espontáneo: Las funciones de onda "eligen" aleatoriamente resultados definidos por sí mismas, y los objetos grandes eligen mucho más rápido que las partículas diminutas.
- ¿Qué enfoque de la realidad cuántica le parece más razonable? ¿Qué lo hace más atractivo que las alternativas?
- La interpretación que usted elija requiere aceptar que hay algo extraño en el mundo: universos paralelos, conexiones invisibles más rápidas que la luz o aleatoriedad fundamental. ¿Cuál le parece menos inquietante y por qué?
Más información
Para saber más sobre las cuestiones más generales que rodean al colapso de la función de onda cuántica, lea la guía de Shortform sobre ¿Qué es real? de Adam Becker.
