Hace algo menos de un siglo, la humanidad entró en contacto con una nueva visión del mundo y del universo que nos rodea que fascinaría desde entonces a físicos y legos por igual, tanto por lo extraño de su propuesta como por lo novedoso de la tecnología que de ella se podía derivar. Hace poco menos de un siglo, la humanidad descubrió (quizás construyó sería una mejor palabra) la mecánica cuántica y, desde entonces, se han escrito millones de páginas sobre esta nueva teoría.
La mecánica cuántica es el nombre con el que los físicos denominamos a las leyes formales con las que describimos el comportamiento de los objetos a escalas inferiores a las de un átomo. Estas leyes, construidas por célebres figuras de la ciencia del Siglo XX como Bohr, Schrödinger, Heisenberg o Feynman, están apoyadas sobre dos postulados fundamentales que se suelen recoger en lo que se conoce como Interpretación de Copenhague: las leyes de la física sólo se pueden conocer de manera probabilística y todo proceso físico conserva estas probabilidades. Sin embargo, y pese a que es su nombre original, conceder el estatus de interpretación a estas leyes no hace justicia no sólo a su importancia si no tampoco a su carácter universal y ha permitido que, durante el siglo pasado, hayan surgido acérrimos defensores de nuestra supuesta ignorancia alrededor de lo que la mecánica cuántica significa. Defensores que, bajo la excusa de no comprender la nueva teoría, propusieron interpretaciones alternativas, como la Interpretación de los muchos mundos de Everett o la interpretación de Bohm. Sin embargo, y pese a que es un debate vivo en ciertos círculos epistemológicos y filosóficos, es un error presentar el problema de la interpretación de la mecánica cuántica como un problema físico. La física, como ciencia, se encarga de describir el mundo que nos rodea, no de interpretarlo. Es tan erróneo preguntarse qué significa el colapso de la función de onda como preguntarse si existe un dios. Si las examinamos detenidamente, las interpretaciones alternativas de la mecánica cuántica no son más que mecanismos de defensa psicológica creados ante la incógnita de aquello que no comprendemos.
Hacía finales del siglo XIX, la física y toda la ciencia conocida estaba construida sobre la idea del determinismo fuerte, el convencimiento de que si se conocen las condiciones iniciales de un sistema, las leyes de la física evolucionarán ese sistema de tal forma que, pasado un tiempo concreto, conozcamos su nuevo estado de manera inequívoca. Sin embargo, la mecánica cuántica venía a romper este esquema reduciéndolo al determinismo débil: lo máximo que podemos aspirar a conocer es en qué estados puede estar el sistema y como es de probable cada uno. Así, la evolución de un sistema cuántico está dictaminada también de manera inequívoca, pero el resultado de medir es aleatorio y escoge entre una serie de estados más o menos probables. Y, como podéis comprender, esto provocó más de un problema a los científicos de la época que, sorprendidos, descubrían este comportamiento. Incluso grandes figuras como Einstein dudaban de que esta nueva teoría pudiera ser un ingrediente fundamental del Universo. Y sin embargo, se equivocaban.
En su discurso del premio Nobel, Richard Feynman dijo “Puedo afirmar que nadie comprende la mecánica cuántica”. Esta es una frase que ha sido utilizada por muchos para aludir al hecho de que quizás hay que revisar las leyes fundamentales de la teoría cuántica. Al fin y al cabo, argumentos como “Feynman lo dijo” son usados cada vez más en ciertos círculos. Sin embargo, y a esto quiero hacer referencia con el título de este artículo, han pasado cincuenta años desde que a Feynman le fuese concedido el premio Nobel y casi cien desde que comenzamos a formular la mecánica cuántica. ¿Es razonable pensar que cincuenta años después aún no comprendemos esta nueva teoría? Afortunadamente, no.
Entre otras cosas, gracias al formalismo desarrollado por el propio Feynman, a día de hoy comprendemos de manera perfecta la mecánica cuántica y somos capaces de enmarcarla de manera continuista con la mecánica clásica previa al siglo XX. Realmente no existe esta distinción entre física clásica y cuántica de la que a veces hablamos, sólo existe una física, la cuántica si queréis, y sólo dejamos de observar sus efectos en nuestro día a día por el mero hecho de que somos demasiado grandes. Los efectos cuánticos siempre están presentes, pero son demasiado pequeños para ser observados a nuestras escalas humanas. Pese a quien pese, la naturaleza es probabilística y quien crea o quiera argumentar que esto es más o menos natural que el determinismo fuerte, es víctima de un sesgo personal. No existe ninguna razón por la que la naturaleza no pueda ser probabilística más allá de nuestros prejuicios.
En este contexto, las interpretaciones alternativas de la mecánica cuántica no son, pues, más que salvaguardas de estos prejuicios. Todas ellas comparten el contenido físico de la Interpretación de Copenhague: el resultado de una medida escoge al azar entre una serie de estados posibles. Decir que este hecho es debido a que se multiplican los universos y caemos en uno de ellos al azar (Interpretación de los muchos universos) no es más que un mecanismo de defensa para que algunos se queden más tranquilos. La naturaleza no es probabilística, es que hemos seguido este Universo en lugar de otro… vale, aceptamos pulpo como animal de compañía, pero no una interpretación como un hecho científico si no es testable.
En ciencia el pragmatismo debe estar siempre vigente. El formalismo cuántico no sólo funciona, si no que es comprendido mejor o peor por los millones de licenciados en física que se licencian cada año alrededor del mundo. Es cierto que es una actitud razonable el preguntarse si la mecánica cuántica es fundamental o si puede ser englobada en un marco mucho más general; al fin y al cabo, ninguna teoría hasta el momento ha demostrado no poder ser extendida. Sin embargo, añadir disquisiciones filosóficas sobre el significado de medir no lo es. Al menos no en ciencia.
Este post ha sido realizado por Mario Herrero-Valea (@Fooly_Cooly) y es una colaboración de Naukas con la Cátedra de Cultura Científica de la UPV/EHU.
Hay vida después de Bohr
[…] Hay vida después de Bohr […]
Daniel Manzano Diosdado
Comentarios ligeros a la espera de tener tiempo para responder más adecuadamente.
1. A día de hoy sólo los Bohmianos tienen problemas con la probabilidad, el resto de estudios sobre fundamentos de la física cuántica van por otros derroteros.
2. La interpretación de Everett es eso, una interpretación. De hecho no aporta mucho ya que cambia el proceso de la medida (aleatorio) por el hecho de aparecer uno en uno u otro universo (igualmente aleatorio).
3. Aunque los bohmianos han evolucionado a intentar acoplar sus ideas a la física cuántica, la teoría de Bohm y la cuántica son diferentes. No se puede considerar una interpretación ya que postula la existencia de variables ocultas que permitirían calcular más de lo que la cuántica permite. Esas variables existirán o no existirán, no es cuestión de interpretación.
4. Dices que «Es tan erróneo preguntarse qué significa el colapso de la función de onda como preguntarse si existe un dios», sin embargo hay experimentos y propuestas experimentales sobre el colapso de la función de onda continuamente. Si me puedes indicar dónde hay experimentos sobre la existencia de Dios te lo agradeceré.
(Ej reciente: http://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.112.210404)
5. Indicas continuamente que el universo es probabilístico nos guste o no (cuestión en la que coincido), pero no indicas cómo hemos llegado a esa conclusión. ¿Es eso algo demostrado? ¿Es tu opinión? ¿Es simplemente un consenso?
Pepe
Daniel Manzano Diosdado,
la respuesta al punto 4 la encontraras en tu corazón. La interpretación de Everett, de mi punto de vista, es la más acertada.
Con respecto al punto 5, está claro que no pasa de una opinión personal del autor,ya que ni siquiera se molesto en mostrar por qué es así.
Daniel Manzano Diosdado
De hecho, ese punto precisamente sí que se puede argumentar. Lo que ocurre es que eso requiere más esfuerzo que simplemente decirlo y esperar que la gente lo crea. Por otro lado, pienso que es más productivo argumentar y dar referencias que simplemente usar argumentos de autoridad.
A día de hoy sabemos que una de estas tres afirmaciones no puede ser correcta.
– El entrelazamiento cuántico es real (más bien la violación de las desigualdades de Bell, pero tampoco quiero ir al detalle).
– El universo es determinista.
– No se puede enviar información a velocidades superiores a la de la luz.
Como los experimentos muestran cada vez más que el entrelazamiento es real, y que la información viaje a velocidad superior a la de la luz da lugar a un sinfín de paradojas, lo más sensato es pensar que el mundo no es determinista. De ahí que el consenso se haya dirigido en la dirección de que la naturaleza es no-determinista. Ahora bien, todavía hay físicos, bohmianos, que buscan defectos a los experimentos sobre entrelazamiento para poder así alegar que todavía hay posibilidad de que haya una teoría determinista que explique los fenómenos cuánticos. En su defensa diré que el experimento perfecto aún no se ha realizado, así que todavía pueden soñar.
Referencias:
http://entangledapples.blogspot.com/2010/12/efectos-cuanticos-ii-el-entanglement.html
http://es.wikipedia.org/wiki/Teorema_de_Bell#Desigualdades_de_Bell
http://www.drchinese.com/David/Bell_Compact.pdf
Daniel Manzano Diosdado
6. Dices al final que «añadir disquisiciones filosóficas sobre el significado de medir no lo es». Cuando la gente habla del «problema de la medida» no se refiere ni a la aleatoriedad, que está bien aceptada, ni al hecho de preguntarse qué es medir. Viene del hecho de que la física cuántica tiene dos postulados diferente sobre la evolución de un sistema. Uno dice que la evolución es unitaria, y otro dice qué sale al medir algo. Sin embargo, cuando una interacción entre dos sistemas es una medida o no es algo complicado de determinar.
7. Dices que «sólo dejamos de observar sus efectos en nuestro día a día por el mero hecho de que somos demasiado grandes». Eso es, simplemente, incorrecto. Al aumentar el tamaño de los sistemas (o hacer la constante de Planck cero, que matemáticamente es equivalente) las ecuaciones de movimiento de la cuántica tienden a las clásicas. Eso es cierto y es un ingrediente importante de la transición cuántico-clásica. Sin embargo, la cuántica tiene más que las ecuaciones de movimiento. El primer postulado, que es el que permite que haya superposiciones, sigue vigente igual. Nada impide en principio que haya superposiciones macroscópicas. El entrelazamiento, que es una propiedad puramente cuántica, no tiende a cero con la constante de planck tendiendo a cero. De hecho, hay un campo de investigación muy fructífero sobre la transición cuántico-clasica (con publicaciones en revistas científicas, no filosóficas).
Lecturas recomendadas:
http://phys.org/news114087870.html
http://www.amazon.com/Decoherence-Classical-Transition-Frontiers-Collection/dp/3540357734
También hay una investigación muy fructífera, y experimental, en la creación de estados cuánticos macroscópicos, que no podrían existir de ser cierto lo que afirmas.
Más lecturas:
http://www.nature.com/nphoton/journal/v8/n5/abs/nphoton.2014.81.html
http://www.sciencemag.org/content/338/6107/640.abstract
Diego
Interesante el comentario sin embargo aún tengo mis dudas respecto a la mecánica cuántica y sus principios. Me pregunto cómo es posible que un sistema macroscópico como el nuestro pueda estar construido sobre algo aparentemente aleatorio, puede el caos engendrar el orden? Otro punto que cuestiono es cuál es la verdadera causa de este extraño comportamiento de las partículas, es debido al instrumento de medición (utilizar fotones para medir) o es intrínseco al sistema (es aleatorio porque es aleatorio). Si suponemos que utilizamos un tipo de onda (no fotones) que no perturbe a las partículas, se seguirá manteniendo el principio de incertidumbre? Y finalmente, concluyo con un experimento mental: supongamos que existe un ser infinitamente grande respecto al hombre, es decir, en la misma proporción de la que nosotros nos encontramos de una partícula, ese «super hombre», mediría nuestros estados como aleatorios? Es decir, si yo lanzo una bola, yo conocería su posición y velocidad por las leyes de Newton, pero ese ser gigantesco, me vería como vemos a un sistema cuántico? No será que la mecánica cuántica es simplemente el límite de nuestro instrumental tecnológico, donde las incertidumbres de los sistemas de medición ya no son despreciables? Algo para pensar, saludos!
Jesus Zamora Bonilla
Diego, «aleatorio» no es lo mismo que «caótico» (y de hecho, «caótico» no significa técnicamente lo que parece que piensas tú, o sea, «sin orden»). P.ej., las trayectorias de los cuerpos que giran alrededor de una estrella en el inicio de un sistema estelar son aleatorias, y puedes imaginar que hay un bombo determinando aleatoriamente la posición y velocidad inicial de cada una; pero las leyes de la física clásica, newtoniana, de toda la vida, hacen que, al cabo de cierto tiempo, ciertas órbitas sean estables y otras no, de modo que, tras varios cientos de millones de años, han aparecido planetas que obedecen majestuosamente las leyes de Kepler, de Laplace y de otros genios de la ciencia. Las leyes naturales implican orden a partir del desorden, aunque sean leyes estadísticas en alguno de sus aspectos fundamentales.
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[…] Niels Bohr Hace algo menos de un siglo, la humanidad entró en contacto con una nueva visión del mundo y del universo que nos rodea que fascinaría desde entonces a físicos y legos por igual, tanto por lo extraño de su propuesta como por lo […]
Luis Montalvo
“Es tan erróneo preguntarse qué significa el colapso de la función de onda como preguntarse si existe un dios”.
Me parece que preguntarse qué significan los fenómenos físicos, en general, es muy pretencioso. El Universo es, existe, y ya está, es como es sin ningún significado. El significado o el objetivo de las cosas naturales es una necesidad humana.
Excelente artículo.
Tom Wood Gonzalez
Millones de licenciados en física, ja, ja, ja…; tienes graves problemas con las medidas pragmáticas.
Don Luis
Interesante post, gracias por compartir tus conocimientos con nosotros
Tom Wood Gonzalez
El problema es que mezclar realidad física, con física didactizada; aunque es más fértil teóricamente y facilita engordar la perspectiva del ego curricular, es un disparate total. Los humanos tienen debilidad por esas ideas que les programa hollywood desde chiquitos y si hay un mercado; pues siempre aparecerá quien no se resista a la tentación de manipularlo para su beneficio temporal. Así que al populacho científico, lo que es del populacho científico. Y por otro lado, a río revuelto, ganancia del pescador. Que manera gustarle a los teóricos enredar las cosas, que para muchos físicos estan muy claras. Señores, desde que el primer científico, se creó el primer Dios; hasta la síntesis de Aristóteles; y desde Aristóteles a la síntesis física de Galileo y de ahí a los 400 anos de física moderna, es nada! Y cincuenta años, pues claro; nada, de nada.
La mecánica cuántica didactizada, teoría, solo resume matemáticamente los resultados de múltiples experimentos individuales. Es decir, gracias a la promiscuidad de la lógica formal (matemática), es una solución orgánica de muchas mediciones separadas.
Si entiendes eso, si sabes separar la didactica fisica que te dan en el colegio o encuentras en los libros; pues ya no tienes ningun problema interpretativo. Ahora, si por ignorancia, programación escolar o conveniencias, para hacer infinitas publicaciones, mezclas dos cosas sin relación alguna, nunca entenderás nada y viviras con las ambivalencias cotidianas de los metafísicos-matemáticos que han estancado la física en los últimos 100 anos, al hacerles perder el tiempo en tonterías.
Si mides un fotón “abajo”; es porque salio “abajo”, desde antes de medirlo. Y si mides uno “arriba” (otro experimento), es porque salio “arriba” desde su creación. La tarea futura será saber, porque se emite bajo, y porque se emite arriba, con ciertas probabilidades; bajo ciertas condiciones. Y eso solo es posible; cuando descubras cual es la estructura interna; que adopta el fotón cuando se confina, para formar un electrón.
Ahora, en una ecuación diferencial mecánico cuántico (matemática); toca la casualidad, tocó la casualidad lógica, que puedes recoger, optimizar, las soluciones matemáticas de múltiples experimentos, o múltiples ensembles cuánticos. Y esa es la causa de tanta verborrea metafísica-matemática; en la que las personas serias no deben caer.
Tom Wood Gonzalez
http://esmateria.com/2014/06/16/investigadores-espanoles-inventan-un-simulador-cuantico-que-permite-viajes-en-el-tiempo/
El físico y eurodiputado Pablo Echenique-Robba no es un negacionista de la cuántica | Ciencia | La Ciencia de la Mula Francis
[…] La interpretación de Copenhague, formulada por Niels Bohr, Max Born, Werner Heisenberg y otros pioneros alrededor de 1927, no gusta a muchos filósofos porque elude el problema de la “realidad” subyacente a los sistemas cuánticos y coloca en un lugar destacado al “observador” consciente. Sin embargo, esta interpretación no es mejor que ninguna otra. Su importancia es histórica, pues fue la primera en ser formulada. Para ver lo que opina un físico en activo al respecto, recomiendo leer a Mario Herrero-Valea, “Hay vida después de Bohr,” Cuaderno de Cultura Científica, 30 May 2014. […]
Hitos en la red #19 | Naukas
[…] Si algo ha caracterizado esta semana que termina en los medios de comunicación españoles ha sido el impacto de los resultados que el nuevo partido político Podemos ha obtenido en las elecciones al parlamento europeo del pasado domingo. Esto en principio no tendría nada que ver con la ciencia si no fuera porque su quinto eurodiputado electo es un físico en activo sobre el que ya se difunden rumores y maledicencias de toda especie. Francisco R Villatoro aborda la cuestión en un artículo muy interesante que, sin entrar en opiniones políticas, nos permite conocer algo mejor la blogosfera de los físicos, a Pablo Echenique-Robba y la relación entre física cuántica y sus fundamentos filosóficos: El físico y eurodiputado Pablo Echenique-Robba no es un negacionista de la cuántica. Sobre este último aspecto es interesante también leer la opinión de Mario Herrero-Valea en Hay vida después de Bohr. […]
Daniel Manzano Diosdado
Ya he escrito algo bastante más extenso:
http://entangledapples.blogspot.co.at/2014/06/falacias-cuanticas.html
Néstor Toledo
Creo que el autor confunde escribir un artículo de divulgación con explayarse sobre el fastidio que le producen las «interpretaciones alternativas la mecánica cuántica». Bastante de lo que ofrece a guisa de argumentos parecieran no ser más que opiniones personales acerca de los «prejuicios» de aquellos físicos que no aceptan de forma taxativa la «interpretación» de Copenhague. Es una teoría, y como cualquier otro constructo de la ciencia, tiene sus luces y sus sombras y es lógico y saludable que existan otros cuerpos de hipótesis que intenten explicar de diferente manera los mismos fenómenos. Con respecto al último punto, creo que la discusión (filosófica si se quiere) acerca de si vivimos en un universo determinístico, probabilístico o de otro tipo, es válida, necesaria y fructífera. El que no le guste la filosofía de la ciencia, que no se interne en ese camino, simplemente eso…