Si se conoce con absoluta precisión la velocidad de una partícula ¿Significa que la posición de la partícula podría ser en la galaxia de Andrómeda,...

Imagine que usted tiene una linterna. Ahora la enciende y lanza un pulso de luz cargado de energía. Ese haz choca contra algo. ¿Qué ha sido? Una partícula. La luz ha rebotado sobre ella y ha vuelto a usted. El tiempo que ha tardado en viajar hasta ahí y volver le dice exactamente dónde se encontraba la partícula cuando se produjo el impacto.

Cuando usted ha detectado la partícula, la partícula pierde todos sus atributos de onda cuántica. De todas las posibles posiciones que conservaba simultáneamente, una de ellas fue elegida por el acto de usar su linterna. Este proceso irreversible se denomina colapso de la función de onda cuántica.

Cuando se produce el colapso, usted sabe dónde se encuentra la partícula con un nivel de precisión equivalente al de la longitud de onda. Pero usted quiere saber lo rápido que la partícula se movía en el instante del impacto.

No va a ser tan fácil. En realidad usted no podrá responder a esa pregunta con certeza, nunca. Cuanto más corta sea la longitud de onda, más energética será la luz a la que corresponde. Así cuanto más precisa sea la posición que usted obtenga, más energía debe tener la luz que usó con su linterna, con más fuerza tuvo que impactar la partícula y, por tanto, menos sabrá acerca de su velocidad.

En nuestro mundo esto es una afirmación trivial, sin duda. Sin embargo, en el mundo cuántico esto no es tan sólo una incertidumbre trivial, es una propiedad fundamental de la naturaleza. No se puede saber al mismo tiempo dónde está una partícula y a qué velocidad se mueve. Esta regla se llama principio de incertidumbre de Heisenberg, que pocos entienden, pues contradice nuestro sentido común.

El principio de incertidumbre convierte de inmediato el mundo cuántico en otro muy diferente a nuestro mundo.

Usted sabe perfectamente dónde se encuentra la pantalla donde está leyendo esto y a qué velocidad se está moviendo (si es que lo está), por tanto conoce perfectamente su posición y su velocidad con un nivel de precisión aceptable. Sin embargo sigue habiendo una incertidumbre con respecto a su posición y velocidad, demasiado pequeña para que usted pueda percibirla, y por esa razón es una incertidumbre irrelevante.

Pero en el mundo de lo microscópico, de lo muy pequeño, no sería usted capaz de leer ni teclear siquiera ni sostener una linterna en sus manos. Si usted supiera exactamente dónde se halla una mini copia de su pantalla, la incertidumbre sobre su velocidad sería gigantesca, pues estaría disparándole multitud de partículas para saber dónde está, y nunca sería capaz de mirarla. Por el contrario, si usted supiera con toda precisión la velocidad a la que se mueve, no habría forma de que pudiera ser capaz de saber dónde está, lo que dificultaría mucho la lectura de esto ¿o no?

En lo muy pequeño, la posición y la velocidad confluyen en un concepto difuso, como en el efecto Casimir, a medida que la tecnología se hace cada vez más pequeña, los ingenieros tendrán que enfrentarse a este problema. Otro problema más como si ya no tuviéramos bastante.

El principio de incertidumbre no es ningún misterio, es un hecho. Ni siquiera es una incertidumbre; tan sólo dice que nuestras nociones clásicas de posición y velocidad no son aplicables a lo diminuto. A esa escala la naturaleza funciona de manera diferente y contamos con teorías que la describen y predicen: la física cuántica.

Y esos extraños efectos sí que tienen efecto a nuestra escala, lo que sucede es que no estamos diseñados (hechos) para percibirlos. Se truecan insignificantes cuando hay demasiadas partículas implicadas. Y esto sí es un hecho bien sabido.

¿Dónde está el misterio, si es que lo hay? Pues sí que lo hay, pues lo que ocurre es que nos saltamos a la torera, en las mediciones que practicamos algo fundamental: el colapso de la función de onda. Ni más ni menos. Y esto sí que es un misterio desconcertante.

Cuando las partícula están a su aire (o a su bola como hoy dicen algunos), las partículas cuánticas se comportan como imágenes múltiples de sí mismas (en realidad, como ondas) que se mueven simultáneamente a través de todos los caminos posibles en el espacio y en el tiempo.

¿Por qué no detectamos esa multitud a nuestro alrededor? ¿Es debido a que andamos sondeando cosas continuamente? ¿Porque todos los experimentos que implican la posición de una partícula hacen que esta se encuentre de repente en una parte en vez de en todas partes?

Nadie lo sabe.

Antes de que usted sondee la partícula, esta es una onda de posibilidades. Después de sondearla, está en un lugar y, consecuentemente, está allí para siempre, en vez de regresar a estar de nuevo en todas partes.

¡Qué cosa tan rara!

No hay nada en todas las leyes de la física cuántica que permita un colapso así. Es un misterio experimental y teórico.

La física cuántica predica que siempre y cuando haya algo ahí, puede transformarse en algo diferente. Por supuesto que sí, pero no puede desaparecer. Y como la física cuántica permite multitud de posibilidades simultáneas, estas deberían continuar existiendo incluso después de realizar una medición. Pero no lo hacen. Desaparecen todas las posibilidades menos una. No vemos ninguna de las demás a nuestro alrededor. Vivimos en un mundo clásico, donde todo está basado en las leyes cuánticas, pero nada se parece al mundo cuántico.

La cuestión es la siguiente: ¿cómo podemos hacer que los efectos cuánticos aparezcan a escala humana, de forma que podamos sondearlos y ver el colapso, si es que se produce, con nuestros propios ojos? ¿Es posible? Y si pudieran verse esos efectos, ¿qué es lo que esperaríamos ver?

En el año 1935, Erwin Schródinger ingenió un experimento mental que trasladaba los efectos cuánticos a nuestra escala. Sí, ya lo sabe usted, el famoso gato y la caja con un veneno. Aunque se trataba de un experimento teórico. no hay científico que haya dejado de preguntarse desde entonces si el gato está vivo o está muerto. Le confieso que yo tampoco lo sé.

Pues le invito a hacer un experimento similar, o. quizá, el mismo experimento.

Elija un gatito mono, que sea de esos atigrados y tenga a mano una buena caja de cartón grueso y que la pueda sellar, de forma que una vez sellada no haya forma de saber nada desde el exterior de lo que pueda estar pasando dentro de la caja. ¡Ah! se me olvidaba: usted debe hacerse con alguna sustancia radiactiva, una que sea conocida y que tenga un 50% de probabilidades de emitir algo de radiación. Tenga en cuenta que los materiales radiactivos son impredecibles; no hay forma de saber con antelación si se van a desintegrar y si van a emitir radiación o no. Sólo existe una probabilidad, en el caso de esta sustancia, una entre dos.

También necesitará tres objetos: un detector de radiación, un martillo y una ampolla que contenga un veneno letal.

Usted lo monta todo, de tal forma que si el detector capta la radiación emitida por la sustancia radiactiva, el martillo romperá la ampolla y dejará verter el veneno. En principio, todo eso debería ser inofensivo, de no ser porque usted ha colocado todos esos chismes y el brebaje con el gato, dentro de la caja y lo ha sellado todo.

¡Espere!

¿Y después qué?

Evidentemente hay un 50% de probabilidades de que el gato se envenene. Todo depende de la desintegración radiactiva.

Estoy de acuerdo, es un experimento retorcido, por lo que le ruego rechace mi invitación anterior. Pero sigamos aunque sea con la imaginación.

Pero… : ¿el gato está muerto?

Como queríamos, aquí se están produciendo efectos cuánticos, y el resultado es macroscópico, tanto y tan grande que podemos verlo.

Pero si usted no abre la caja no tendrá forma humana de saber qué ha pasado, así que no podrá determinar si la ampolla está rota y, en consecuencia, si el gato está vivo o muerto.

En la vida real uno espera que el gato esté vivo o muerto. Pues ambas respuestas serían incorrectas, pues en el mundo cuántico, lo que puede suceder sucede. Es decir, la desintegración y la no desintegración de la sustancia radiactiva, la que provoca todo lo demás, tienen ambas las mismas probabilidades de suceder, así que suceden ambas.

Volvamos a nuestras partículas. De la misma forma que una partícula puede viajar a la derecha y a la izquierda de un poste sólido simultáneamente, la desintegración radiactiva también sucede y no sucede a la vez, siempre y cuando nadie esté mirando.

Verdaderamente la mayor parte del tiempo no nos percatamos de esa superposición de posibilidades porque, por alguna razón, nunca sucede a nuestra escala. No obstante nuestro experimento se ha configurado de manera que podamos verlo; la simultaneidad de dos posibilidades cuánticas (desintegración y no desintegración) está directamente relacionada con el hecho triste de la muerte o la supervivencia del gatito.

Pero ¿qué dicen las leyes del mundo cuántico? Dicen que, al estar la desintegración y la no desintegración relacionadas con el veneno, el gato, mientras no se abra la caja, no debería estar ni vivo ni muerto, sino ambas cosas a la vez.

Antes de que usted abra la caja, la desintegración se ha producido y no se ha producido, de tal modo que el veneno ha sido vertido y no vertido.

Así que su gato está muerto y no muerto. Muerto y vivo.

Usted ya no puede aguantar más, porque es amante de los animales. Así que usted abre la caja para comprobar todo lo que le he contado. ¡Sorpresa! El gato da un brinco y sale como alma que lleva el diablo corriendo a ese rincón de su casa, que cuando es invierno está cálido, pero cuando es verano está fresco. Y el gato lo sabe, ¡cómo lo sabe! Y ahora más.

Usted ahora se estará rascando la cabeza, perplejo.

¿Lo hemos entendido mal? ¿Yo no he sabido explicarme bien?

Veamos.

Cuando usted ha abierto la caja, usted ha interferido con el experimento, ¿a que sí? Y miró. Pero ya le conté que la naturaleza tiene que elegir. Así que la elección, el colapso, si es real, tiene que haber sucedido, dejando al gato con vida (aunque también podría haber estado muerto, pero sería un final triste).

Pero ¿el destino del gato quedó congelado antes de que usted abriera la caja? Volvemos al principio: ¿se produjo un colapso?

Años más tarde de este experimento de Schrödinger, el físico francés Serge Haroche y el estadounidense David Wineland diseñaron un experimento real capaz de detectar la superposiciones que se suponían debían colapsarse. Pero no se asuste, no usaron un gato, utilizaron átomos y luz.

Pudieron comprobar que la superposiciones cuánticas son más que reales, que cualquier partícula cuántica puede existir simultáneamente en estados diferentes, exclusivos y mutuos. Esta es la razón por la que hoy se anda detrás de los ordenadores cuánticos, usando esa capacidad de las partículas para estar al mismo tiempo en diferentes estados; esos ordenadores podrían ser exponencialmente más potentes que los que tenemos ahora y así poder realizar simultáneamente computaciones en paralelo.

Haroche y Wineland demostraron que el gato realmente estuvo muerto y vivo a la vez, simultáneamente, en un punto o momento del experimento.

Bien y ¿qué con todo esto? Cuando usted abrió la caja, cuando se produjo el colapso y el gato saltó como un cohete, vivo y coleando, ¿a dónde fueron a parar las posibilidades que usted no vio? Si debió de haber sido real en un determinado momento, ¿a dónde se fue el gato muerto?

Ese es el misterio

Pero según el famoso físico teórico Hugh Everett, un tipo extraño, con tres carreras, tesis doctoral bajo la tutela, nada menos, que de John Archibald Wheeler, bebedor de whisky empedernido y fumador como un carretero de los antiguos, decía, respecto a la visión personal al respecto de todo esto: <>.

Según Everett, ‘estamos rodeados de historias paralelas’.

La visión de Everett de la física cuántica dice que si dejas de lado el egoísmo nunca estarás triste. Cuando a uno le pasa algo malo aquí, en la Tierra, un número infinito de “yo” en un infinito número de universos paralelos, no sufren esa mala noticia y continúan tan felices.

Según Everett la naturaleza nunca realiza una elección real, todas las posibilidades suceden. Sólo que uno no es consciente de ello.

Claro, después de esas ideas, aunque con gran disgusto de su mentor Wheeler, Everett abandonó la física.

Estas ideas nos hacen pensar, a mí al menos (y me consta que a muchos). Aunque no haya una confirmación o un rechazo de estas ideas, la afirmación de Everett ofrece una razón atractiva de por qué la realidad en la que vivimos no es una superposición de posibilidades cuánticas: las posibilidades que no experimentamos son reales, pero están en otra parte.

En resumen, las reglas cuánticas son diferentes de las que estamos acostumbrados en nuestro día a día. La teoría de la relatividad general y la teoría de campos cuánticos no sólo no se llevan bien, sino que las leyes cuánticas no parecen regir nuestro devenir diario por motivos que van hasta el punto de implicar la existencia de mundos paralelos.

Un consejo: no pierda el tiempo tratando de ver, siquiera una partícula, sea la que sea y de la masa que tenga. Jamás la verá.

Saludos.