Decidir qué existe y en qué condiciones no es tan fácil como parece
La materia solo es la forma en que la realidad se dibuja a sí misma como finísima lluvia de puntitos localizados. Nunca es el origen de nada sino la consecuencia, y por eso no importa el indeterminismo y el caos que tanto perturba nuestra razón. Por Jesús García Merino (*)
El Universo, la Tierra, la casa que habitamos… ¿Quién pensaría que no existen? Decimos que son reales porque sí, porque los vemos a ellos y a las partes en que se dividen. Existen los ladrillos de nuestra casa y el cemento que los mantiene unidos, pero la física nos está diciendo que la división en partes tiene un límite, y al atravesarlo desaparece la realidad subjetiva que tiempo atrás no hacía falta definir con precisión. Ahora la realidad macroscópica no se puede entender de la misma forma que los estados de una partícula, hay categorías de realidad, mucha incertidumbre, y mucha expectación por descubrir a dónde conduce el laberinto de la razón.
Quizás estaremos de acuerdo en que “realidad” es el conjunto de todo lo que existe, pero decidir qué existe y en qué condiciones no es tan fácil como parece. Quizás estaremos de acuerdo en que realidad y materia se dan estrechamente la mano, así que vamos a investigar si las evidencias experimentales nos hablan fuerte y claro sobre una inquietud que nos pertenece a todos, comenzando con el viejo problema de medir magnitudes como longitud, tiempo y masa.
La falta de precisión en la medida siempre ha bloqueado el avance de la ciencia porque las teorías que no se pueden falsear se quedan en un limbo metafísico y no se desarrollan. Por ejemplo la supervivencia de la relatividad general de Einstein dependía de cuánto se desviaba la órbita de Mercurio, una variación angular tan pequeña que para medir una desviación de un solo grado necesitaríamos esperar 8372 años, eso es el equivalente a los famosos 43 segundos de arco por siglo que Einstein acertó a calcular con su propia teoría, y eso fue lo que se midió.
Se diría que alguna vez tendríamos que alcanzar la precisión absoluta, y entonces, por fin, quedarían al descubierto los secretos mejor guardados de la materia, una realidad tan objetiva y predecible como imaginaba Laplace en su “mecánica celeste”. Sin embargo, al dividir y dividir a la materia hasta llegar al submundo de las partículas, resulta que los fotones de la luz que se necesitan para “ver”, para medir, transportan tanta energía que al incidir sobre la partícula observada la sacan de cualquier límite de observación, y adiós medida.
Hay un límite allá en lo muy pequeño donde la precisión de medida se vuelve divergente y la realidad predecible se disuelve como si todo estuviera dominado por el caos. Pero si de verdad es el caos lo que domina la materia en su escala fundamental, ¿cómo es posible que surjan macrosistemas tan ordenados y coherentes como los seres vivos? ¿El orden puede surgir de un caos elemental, como si las partículas fueran piezas de un puzzle que se juntan correctamente por casualidad?
Existencia indeterminada
No existe ninguna tecnología de precisión en el mundo de las partículas y eso basta para cuestionar lo que siempre se había pensado de la realidad, pero el problema de la medida no se debe solamente a los errores propios de la tecnología, es que verdaderamente las partículas tienen una existencia indeterminada. Eso significa que no hay ninguna garantía de que sigan trayectorias continuas, porque ni siquiera se puede afirmar que existen en cualquier instante del tiempo.
Tal como sabemos por la física cuántica, el principio de indeterminación de Heisenberg está verificado experimentalmente, y nos dice que al multiplicar los errores de medida de dos magnitudes complementarias el resultado es una constante. Así por ejemplo si reducimos a cero el error de velocidad, entonces el error de posición se hace infinito y la partícula podría estar lo mismo aquí como en cualquier otro lugar del Universo. También es correcto decir que si una partícula virtual se desintegra en un tiempo muy pequeño, entonces tendrá una masa enorme. Por ejemplo el bosón W, una partícula que surge de la desintegración de un solo neutrón, es tan pesada como un átomo de hierro completo y eso incumple todos los principios de conservación de masa y energía. Una energía descomunal se oculta en el vacío más absoluto, y por alguna razón que nadie comprende, a veces presta un poco de su energía con la condición de que sea devuelta, a veces crea un “trocito de realidad” completamente nuevo a cambio de que solo exista durante un instante.
Muy bien, ya sabemos que por mucho que se afine la medida de magnitudes físicas, nunca servirán para darnos una imagen clara de la realidad primitiva que lo gobierna todo, son meros condicionantes históricos y culturales que reflejan la forma en que los antiguos humanos “pensaban” la realidad. Si las magnitudes como longitud, masa y tiempo son tan viejas como sabemos, y es evidente que los antiguos humanos no acertaron ni de lejos a describir lo que ahora sabemos de la materia, ¿no es evidente que si ha cambiado la forma de pensar la realidad, también deberían cambiar las magnitudes con que se mide?
Quizás estaremos de acuerdo en que “realidad” es el conjunto de todo lo que existe, pero decidir qué existe y en qué condiciones no es tan fácil como parece. Quizás estaremos de acuerdo en que realidad y materia se dan estrechamente la mano, así que vamos a investigar si las evidencias experimentales nos hablan fuerte y claro sobre una inquietud que nos pertenece a todos, comenzando con el viejo problema de medir magnitudes como longitud, tiempo y masa.
La falta de precisión en la medida siempre ha bloqueado el avance de la ciencia porque las teorías que no se pueden falsear se quedan en un limbo metafísico y no se desarrollan. Por ejemplo la supervivencia de la relatividad general de Einstein dependía de cuánto se desviaba la órbita de Mercurio, una variación angular tan pequeña que para medir una desviación de un solo grado necesitaríamos esperar 8372 años, eso es el equivalente a los famosos 43 segundos de arco por siglo que Einstein acertó a calcular con su propia teoría, y eso fue lo que se midió.
Se diría que alguna vez tendríamos que alcanzar la precisión absoluta, y entonces, por fin, quedarían al descubierto los secretos mejor guardados de la materia, una realidad tan objetiva y predecible como imaginaba Laplace en su “mecánica celeste”. Sin embargo, al dividir y dividir a la materia hasta llegar al submundo de las partículas, resulta que los fotones de la luz que se necesitan para “ver”, para medir, transportan tanta energía que al incidir sobre la partícula observada la sacan de cualquier límite de observación, y adiós medida.
Hay un límite allá en lo muy pequeño donde la precisión de medida se vuelve divergente y la realidad predecible se disuelve como si todo estuviera dominado por el caos. Pero si de verdad es el caos lo que domina la materia en su escala fundamental, ¿cómo es posible que surjan macrosistemas tan ordenados y coherentes como los seres vivos? ¿El orden puede surgir de un caos elemental, como si las partículas fueran piezas de un puzzle que se juntan correctamente por casualidad?
Existencia indeterminada
No existe ninguna tecnología de precisión en el mundo de las partículas y eso basta para cuestionar lo que siempre se había pensado de la realidad, pero el problema de la medida no se debe solamente a los errores propios de la tecnología, es que verdaderamente las partículas tienen una existencia indeterminada. Eso significa que no hay ninguna garantía de que sigan trayectorias continuas, porque ni siquiera se puede afirmar que existen en cualquier instante del tiempo.
Tal como sabemos por la física cuántica, el principio de indeterminación de Heisenberg está verificado experimentalmente, y nos dice que al multiplicar los errores de medida de dos magnitudes complementarias el resultado es una constante. Así por ejemplo si reducimos a cero el error de velocidad, entonces el error de posición se hace infinito y la partícula podría estar lo mismo aquí como en cualquier otro lugar del Universo. También es correcto decir que si una partícula virtual se desintegra en un tiempo muy pequeño, entonces tendrá una masa enorme. Por ejemplo el bosón W, una partícula que surge de la desintegración de un solo neutrón, es tan pesada como un átomo de hierro completo y eso incumple todos los principios de conservación de masa y energía. Una energía descomunal se oculta en el vacío más absoluto, y por alguna razón que nadie comprende, a veces presta un poco de su energía con la condición de que sea devuelta, a veces crea un “trocito de realidad” completamente nuevo a cambio de que solo exista durante un instante.
Muy bien, ya sabemos que por mucho que se afine la medida de magnitudes físicas, nunca servirán para darnos una imagen clara de la realidad primitiva que lo gobierna todo, son meros condicionantes históricos y culturales que reflejan la forma en que los antiguos humanos “pensaban” la realidad. Si las magnitudes como longitud, masa y tiempo son tan viejas como sabemos, y es evidente que los antiguos humanos no acertaron ni de lejos a describir lo que ahora sabemos de la materia, ¿no es evidente que si ha cambiado la forma de pensar la realidad, también deberían cambiar las magnitudes con que se mide?
Paradojas y no localidad
No me extrañan en absoluto las incontables paradojas que arrastra la física moderna, ni los casi ridículos parches con los que se tapan tantos agujeros de ignorancia. Defendemos que la ciencia es inflexible y rigurosa… ¿utilizando magnitudes que se derriten como la mantequilla? Por muy avanzada que sea la tecnología del metro, del kilogramo y del segundo, nada sirve para medir algo que puede ocultarse en el vacío y aparecer en otra posición y en otro tiempo. Definitivamente, la realidad no es algo que se divide hasta llegar a unos trocitos indivisibles, es algo que se funde con el vacío cuando parece que estamos cerca de alcanzar esos trocitos indivisibles, que no existen.
El problema de la medida es desconcertante pero el experimento del que hablaremos ahora es, a juicio de muchos, la implicación más profunda de la física. Si tuviera que mencionar solo tres verdades universales no tendría duda en decir que la Tierra no es plana, que la Tierra no es el centro del Universo, y que la realidad es una telaraña de vínculos no locales que interconectan todo. John S. Bell publicó en 1964 un texto que pronto se conocería como el teorema de Bell, o desigualdades de Bell, y Alain Aspect, en su tesis doctoral de 1983, describió por primera vez un experimento que haría posible su verificación. Unos años más tarde se realizó con éxito el experimento y desde entonces ya sabemos que un principio de no localidad ha marcado para siempre a lo que llamamos realidad.
Todo comenzó al comprobar que la luz se podía comportar como partículas y que las partículas se podían comportar como las ondas, siendo Einstein el primero en acuñar el concepto de la “dualidad onda-corpúsculo” como dos formas diferentes de ver una misma realidad. No comprendía el por qué de tan extrañas manifestaciones de la luz y la materia, pero creía en causas ocultas que algún día se revelarían evidentes.
Por muy extraño que resulte, la luz y la materia responden a probabilidades que se propagan como las ondas, se difractan y se interfieren, se suman y se complementan como si fueran dos partes en que se divide la nada. Allí donde la probabilidad es alta, una masa puntual aparece y reacciona como si fuera un proyectil, y si dos posiciones que distan años luz tienen alguna probabilidad asociada, en cualquiera de las dos puede aparecer la partícula de forma instantánea, como si estuviera en las dos a la vez y en ninguna.
Allí donde se coloca un punto de observación, la partícula esconde su comportamiento ondulatorio como si fuera consciente de ser observada, nunca se despista y siempre acierta nuestras intenciones aunque para ello tenga que adivinar todas las trampas aleatorias que pongamos en su camino. Sí, sí, como si de verdad hubiera visitado el futuro y siempre supiera en qué momento debe sonreír a nuestra cámara como una partícula que se burla de nuestra lógica.
Tres conceptos
Esos y muchos otros son los desafíos de la materia a los que Einstein prefería buscar causas que la mecánica cuántica no reconoce. Efectivamente, ha existido una rivalidad en contra y a favor de las causas ocultas desde los comienzos de la mecánica cuántica, y cualquiera que se ha visto implicado ha tenido que adoptar una postura incondicional en esa guerra de la razón. La polémica se resume con tres conceptos que se describirán seguidamente: Entrelazamiento cuántico, localidad y realismo.
El entrelazamiento cuántico sería un efecto fantasmal si tuviera lugar a nivel macroscópico. Dos o más partículas pueden quedar ligadas de tal forma que su estudio por separado es imposible, pero lo extraño es que al separarse a grandes distancias, incluso de kilómetros, siguen compartiendo propiedades que cambian a la vez. Por ejemplo, al observar el spin en una de ellas, la otra partícula tendrá con toda seguridad el spin opuesto, lo que parece significar que el efecto de una medición se transmite de forma instantánea entre dos partículas entrelazadas.
El concepto de localidad es de origen relativista, según el cuál no existe nada más rápido que la luz. En consecuencia, los efectos de una medición local tendrán una velocidad de propagación finita y no podrán afectar al resultado de otra medición si ésta tiene lugar a distancia y en el mismo instante.
El concepto de realismo implica reconocer que los estados físicos existen antes de ser medidos, y por lo tanto existirá alguna teoría de variables ocultas que pueda explicar dichos estados. Puesto que la mecánica cuántica no puede hacer eso, debería ser una teoría incompleta. Al contrario, si la teoría de variables ocultas no existiera, la mecánica cuántica sería completa y la realidad no existiría hasta el momento de ser observada.
Localidad y realismo fueron las razones mejor fundamentadas en contra de la mecánica cuántica. La no localidad significaba aceptar efectos fantasmales y el no realismo significaba negar la realidad física. Así era la síntesis de la paradoja EPR planteada por Albert Einstein, Boris Podolsky y Nathan Rosen, una victoria que parecía evidente, pero sin apoyo experimental hasta que los físicos John Bell y Alain Aspect diseñaron el experimento definitivo.
Al determinar los estados de una propiedad en dos partículas entrelazadas, es posible reducir el intervalo de tiempo entre las medidas de forma que la luz no tenga tiempo para recorrer la distancia entre las dos partículas. Si en esas condiciones suponemos localidad y realismo de los estados físicos, la correlación entre medidas simultáneas debería ser una prueba a favor o en contra del realismo y localidad que la teoría cuántica no reconoce.
Una teoría local podría suponer que las dos partículas ya son emitidas con estados contrarios de la propiedad a medir y su predicción coincidiría con la mecánica cuántica, pero Aspect diseñó el experimento añadiendo un factor aleatorio cuando dos fotones ya estaban en vuelo, viajando en sentidos opuestos a la velocidad de la luz. En esas condiciones una teoría local diría que era imposible la comunicación entre los fotones, y la correlación esperada con el factor aleatorio sería del 50%, pero según la mecánica cuántica sería del 70,7%. El experimento con fotones utilizaba filtros polarizadores que podían cambiar o no su dirección, y así cada fotón pasaría o sería capturado de forma independiente, siendo la coincidencia tan probable como la discrepancia (de ahí el 50% indicado antes).
Test de Bell de "dos canales
"
No me extrañan en absoluto las incontables paradojas que arrastra la física moderna, ni los casi ridículos parches con los que se tapan tantos agujeros de ignorancia. Defendemos que la ciencia es inflexible y rigurosa… ¿utilizando magnitudes que se derriten como la mantequilla? Por muy avanzada que sea la tecnología del metro, del kilogramo y del segundo, nada sirve para medir algo que puede ocultarse en el vacío y aparecer en otra posición y en otro tiempo. Definitivamente, la realidad no es algo que se divide hasta llegar a unos trocitos indivisibles, es algo que se funde con el vacío cuando parece que estamos cerca de alcanzar esos trocitos indivisibles, que no existen.
El problema de la medida es desconcertante pero el experimento del que hablaremos ahora es, a juicio de muchos, la implicación más profunda de la física. Si tuviera que mencionar solo tres verdades universales no tendría duda en decir que la Tierra no es plana, que la Tierra no es el centro del Universo, y que la realidad es una telaraña de vínculos no locales que interconectan todo. John S. Bell publicó en 1964 un texto que pronto se conocería como el teorema de Bell, o desigualdades de Bell, y Alain Aspect, en su tesis doctoral de 1983, describió por primera vez un experimento que haría posible su verificación. Unos años más tarde se realizó con éxito el experimento y desde entonces ya sabemos que un principio de no localidad ha marcado para siempre a lo que llamamos realidad.
Todo comenzó al comprobar que la luz se podía comportar como partículas y que las partículas se podían comportar como las ondas, siendo Einstein el primero en acuñar el concepto de la “dualidad onda-corpúsculo” como dos formas diferentes de ver una misma realidad. No comprendía el por qué de tan extrañas manifestaciones de la luz y la materia, pero creía en causas ocultas que algún día se revelarían evidentes.
Por muy extraño que resulte, la luz y la materia responden a probabilidades que se propagan como las ondas, se difractan y se interfieren, se suman y se complementan como si fueran dos partes en que se divide la nada. Allí donde la probabilidad es alta, una masa puntual aparece y reacciona como si fuera un proyectil, y si dos posiciones que distan años luz tienen alguna probabilidad asociada, en cualquiera de las dos puede aparecer la partícula de forma instantánea, como si estuviera en las dos a la vez y en ninguna.
Allí donde se coloca un punto de observación, la partícula esconde su comportamiento ondulatorio como si fuera consciente de ser observada, nunca se despista y siempre acierta nuestras intenciones aunque para ello tenga que adivinar todas las trampas aleatorias que pongamos en su camino. Sí, sí, como si de verdad hubiera visitado el futuro y siempre supiera en qué momento debe sonreír a nuestra cámara como una partícula que se burla de nuestra lógica.
Tres conceptos
Esos y muchos otros son los desafíos de la materia a los que Einstein prefería buscar causas que la mecánica cuántica no reconoce. Efectivamente, ha existido una rivalidad en contra y a favor de las causas ocultas desde los comienzos de la mecánica cuántica, y cualquiera que se ha visto implicado ha tenido que adoptar una postura incondicional en esa guerra de la razón. La polémica se resume con tres conceptos que se describirán seguidamente: Entrelazamiento cuántico, localidad y realismo.
El entrelazamiento cuántico sería un efecto fantasmal si tuviera lugar a nivel macroscópico. Dos o más partículas pueden quedar ligadas de tal forma que su estudio por separado es imposible, pero lo extraño es que al separarse a grandes distancias, incluso de kilómetros, siguen compartiendo propiedades que cambian a la vez. Por ejemplo, al observar el spin en una de ellas, la otra partícula tendrá con toda seguridad el spin opuesto, lo que parece significar que el efecto de una medición se transmite de forma instantánea entre dos partículas entrelazadas.
El concepto de localidad es de origen relativista, según el cuál no existe nada más rápido que la luz. En consecuencia, los efectos de una medición local tendrán una velocidad de propagación finita y no podrán afectar al resultado de otra medición si ésta tiene lugar a distancia y en el mismo instante.
El concepto de realismo implica reconocer que los estados físicos existen antes de ser medidos, y por lo tanto existirá alguna teoría de variables ocultas que pueda explicar dichos estados. Puesto que la mecánica cuántica no puede hacer eso, debería ser una teoría incompleta. Al contrario, si la teoría de variables ocultas no existiera, la mecánica cuántica sería completa y la realidad no existiría hasta el momento de ser observada.
Localidad y realismo fueron las razones mejor fundamentadas en contra de la mecánica cuántica. La no localidad significaba aceptar efectos fantasmales y el no realismo significaba negar la realidad física. Así era la síntesis de la paradoja EPR planteada por Albert Einstein, Boris Podolsky y Nathan Rosen, una victoria que parecía evidente, pero sin apoyo experimental hasta que los físicos John Bell y Alain Aspect diseñaron el experimento definitivo.
Al determinar los estados de una propiedad en dos partículas entrelazadas, es posible reducir el intervalo de tiempo entre las medidas de forma que la luz no tenga tiempo para recorrer la distancia entre las dos partículas. Si en esas condiciones suponemos localidad y realismo de los estados físicos, la correlación entre medidas simultáneas debería ser una prueba a favor o en contra del realismo y localidad que la teoría cuántica no reconoce.
Una teoría local podría suponer que las dos partículas ya son emitidas con estados contrarios de la propiedad a medir y su predicción coincidiría con la mecánica cuántica, pero Aspect diseñó el experimento añadiendo un factor aleatorio cuando dos fotones ya estaban en vuelo, viajando en sentidos opuestos a la velocidad de la luz. En esas condiciones una teoría local diría que era imposible la comunicación entre los fotones, y la correlación esperada con el factor aleatorio sería del 50%, pero según la mecánica cuántica sería del 70,7%. El experimento con fotones utilizaba filtros polarizadores que podían cambiar o no su dirección, y así cada fotón pasaría o sería capturado de forma independiente, siendo la coincidencia tan probable como la discrepancia (de ahí el 50% indicado antes).
Test de Bell de "dos canales
"
La fuente SOURCE produce pares de fotones que son enviados en sentidos opuestos hacia un polarizador de dos canales, cuya orientación (a o b) pueda ser ajustada por el experimentador. Las señales emergentes de cada canal son detectadas y las coincidencias de cuatro tipos (++, −−, +− y −+) son contadas por el monitor de coincidencias.
¿Y qué sucedió? Pues lo que tenía que suceder, que una y otra vez los resultados fueron favorables a la mecánica cuántica, que es falso el principio de localidad con partículas entrelazadas, pero este resultado pide a gritos una interminable lista de aclaraciones en las que no es fácil ponerse de acuerdo. ¿Sucede lo mismo en escalas macroscópicas? ¿Es cierto que todo surge de un caos indeterminista y una realidad estricta no existe? ¿Es verdad que ha muerto el determinismo para siempre? ¿Hay que reconocer que la materia se crea como resultado de observaciones conscientes? ¿Y qué pasa cuando nadie observa? ¿A qué debemos llamar observador y a qué no? ¿Hay algo más rápido que la luz o lo que llamamos distancia es irreal? Si las distancias fueran una ilusión, ¿cuál sería el verdadero aspecto y naturaleza de las cosas? Si fuera cierto que la realidad surge de ondas y no de partículas, ¿qué serían esas ondas? ¿Tendríamos que hablar de algo espiritual, de otras dimensiones, o simplemente de azar probabilístico? ¿Es posible realmente que algo aparezca de la nada porque simplemente existe una posibilidad estadística, una “fluctuación cuántica”? Y esas fluctuaciones cuánticas que surgen de la nada, ¿son reales, o son la tontería soberana más grande que se haya inventado en nombre de la ciencia?
Decoherencia y determinismo
Todavía encontramos por ahí el término “decoherencia cuántica” para referirse al tránsito desde un estado indeterminista y caótico de las partículas hacia un estado coherente y razonable del mundo macroscópico. Realmente se ha intentado vender que son dos mundos desconectados, y se ha utilizado como argumento para desacreditar a todos los incautos que se han atrevido a extrapolar, utilizando la mecánica cuántica para justificar extrañas filosofías de la realidad. Pues muy bonito, a lo mejor es cierto que no faltan charlatanes aprovechados, pero también es cierto que no han faltado físicos materialistas con evidencias delante de sus narices que se niegan a reconocer. Es verdad que los fenómenos cuánticos no son fáciles de ver a escala macroscópica, pero existen, y tienen potencial más que suficiente para que sea científico investigar extrañas filosofías de la realidad.
Indeterminismo en las partículas de materia y realidad no local, son más que suficiente para decir que las cosas ya no son el resultado de sumar los efectos de cada una de sus partes, y eso es evidente por dos razones: En primer lugar porque no es lógico esperar que surja un orden de donde no lo hay, y en segundo lugar porque al hacer medidas más y más sensibles, más nos damos cuenta de que todo está entrelazado y que no hay forma de dividirlo en partes. Si el materialismo equivale a pensar que todo surge de trocitos de materia y sus conexiones (incluso la inteligencia y la consciencia humanas), entonces lo que han matado las evidencias científicas ha sido el materialismo, no la realidad.
Son las partículas de “materia” (y sus consecuencias) las que tienen una realidad más que dudosa, pero el vacío del que todo se proyecta como gotitas de materia está repleto de variables ocultas que los físicos cuánticos no quieren reconocer. Lo llaman “ondas de probabilidad” o campo cuántico, pero lo llamen como lo llamen, es una realidad oculta, indivisible y ordenada, que se proyecta de forma temblorosa y caótica como partículas de materia. ¿Qué es entonces la materia? Yo diría que solo es la forma en que la realidad se dibuja a sí misma como finísima lluvia de puntitos localizados. Nunca es el origen de nada sino la consecuencia, y por eso no importa el indeterminismo y el caos que tanto perturba nuestra razón.
(*) Jesús García Merino es ingeniero.
No hay comentarios:
Publicar un comentario
Nota: solo los miembros de este blog pueden publicar comentarios.