¿Puede algo ser y no ser al mismo tiempo?¿Y estar aquí y en otro lugar?¿Puede el futuro influir en el pasado?¿Es posible que la realidad no exista hasta que nosotros no la creamos con nuestra mente? Esto que parece ciencia ficción o magia son en realidad las indudables conclusiones de la física cuántica. Si, es ciencia.

¿Podemos comprender la física cuántica? “Si crees que entiendes la física cuántica, en realidad no entiendes la física cuántica”. Son palabras de Richard Feynman, Premio Nobel de Física por sus contribuciones a la electrodinámica cuántica y uno de los mayores científicos del siglo XX. Detrás de esta afirmación está la creencia, de muchos expertos, de que no tiene sentido buscarle una explicación a lo que resulta inexplicable, sino que lo que hay que hacer simplemente es sumergirse en ello y aceptarlo.

Como vimos en el anterior artículo “¿Qué lugar ocupamos en el Universo?”, el mundo de lo muy pequeño es abrumadoramente complejo y mucho más vasto que el de lo que consideramos grande. La física cuántica estudia las leyes que gobiernan ese mundo que no percibimos con nuestros sentidos, de las partículas y las interacciones a las que están expuestas las estructuras atómicas y subatómicas, de las que todos y todo estamos formados. No lo vemos pero toda la tecnología que nos rodea actualmente funciona gracias a los avances en la física cuántica.

Sin embargo, lo que la hace tan interesante es que la mayor parte de estas reglas son radicalmente diferentes a las leyes a las que estamos acostumbrados en el mundo que nosotros percibimos, el mundo macroscópico; hasta el punto de resultar totalmente contraintuitivas e inexplicables, enfrentándonos directamente con la concepción de la realidad que todos tenemos. Se trata de una de las grandes revoluciones científicas del último siglo, que sumerge a quien se acerca a estudiarla en un nuevo paradigma del mismo universo, mucho más insondable y misterioso, si cabe, que aquel que creíamos conocer.

Ya vimos en el artículo anterior que el átomo está formado básicamente de un núcleo denso que contiene el 99% de la materia y de electrones que “orbitan” a su alrededor a una enorme distancia en un espacio vacío. Los electrones tienden a formar un cierto tipo de onda estacionaria alrededor del núcleo atómico.

Las ondas son un patrón de movimiento que transfiere energía de un lugar a otro sin transferir materia. Existen diferentes tipos de ondas. Las ondas sonoras viajan por el aire y nos permiten escuchar el sonido. Las ondas de agua se mueven sobre el agua. Las ondas de luz se mueven en línea recta a través del espacio.

Hemos visto como una partícula cuántica, en este caso un electrón, se comporta como una onda, que no es posible determinar un punto concreto del espacio donde estará. A esto se contrapone el concepto de partícula que, en el caso de aquel ejemplo, sería la piedra que tiramos al lago. La partícula tiene una ubicación definida en el espacio-tiempo y podemos, en definitiva, saber dónde "está". Bien, en el mundo que nosotros percibimos está claro que la piedra se comporta como “partícula” y el agua, en este caso, como “onda”. Pero, ¿sería posible que algo pudiera actuar como onda y como partícula?

Superposición y colapso

A la pregunta de si una partícula cuántica puede comportarse como onda y viceversa, la desconcertante respuesta es que si no medimos por dónde pasa, se comporta como una onda y pasa por todos los caminos a la vez (superposición de todos los caminos). Sin embargo, si observamos por dónde va, la partícula colapsa su función de onda y sólo pasará por uno de los dos caminos. Es como decir que si miramos una piedra que lanzamos ésta llegará a un punto concreto, pero si no lo hacemos llegará a todos los puntos posibles a la vez.

Es más, si medimos la partícula cuando ya ha tomado un camino o todos a la vez, aun después de haberlo ya “decidido”, ésta colapsa su función de onda. Si en un experimento hacemos que un fotón pueda pasar por varios caminos posibles a priori y no medimos por donde ha pasado, éste pasará por todos a la vez, y si lo medimos sólo lo hará por uno. Pero si lo medimos a mitad de esos caminos, donde el fotón ha debido ya “decidir” por dónde pasa, resulta que también pasará solo por uno.

Es totalmente incomprensible. Si un acontecimiento como es la medición influye en algo que ya ha pasado, como es la decisión de una partícula de ir por una ruta o por varias, es que de alguna manera el futuro influye en el pasado.

Entrelazamiento

Ya sabemos que en los estados de superposición hay una partícula que interfiere consigo misma cuando tiene dos posibles caminos indistinguibles. ¿Qué son estados entrelazados? Son estados de superposición que involucran a dos o más partículas. Veamos: si en unas gafas polarizadas la dirección que puede tomar un fotón de luz que las atraviese se divide en dos y una sale verticalmente a la otra, en principio si no lo observamos no hay manera de saber cuál fotón de los dos resultantes saldrá en una dirección y cuál en la otra.

Ahora bien, al medir la polarización de uno de los fotones, mido también la del otro, por muy lejos que estén ya entre sí, aunque fuera a años-luz. Es decir, la medición de uno afectará instantáneamente al otro, aunque se efectúe estando el otro a una distancia tan grande que ni a la velocidad de la luz pudiera ya "informarse" al otro fotón. El entrelazamiento está por encima del espacio-tiempo. De alguna manera se viola el Principio de Localidad de Einstein, según el cual nada viaja más rápido que la luz.

Desigualdad de Bell

¿Desconcertante? Pues atentos a lo siguiente. Si bien los valores de las magnitudes que usamos en nuestro día a día cumplen una desigualdad (lo que conlleva que podríamos llegar a saber el resultado de un dado al aire si se analizaran todos los factores: peso del dado, velocidad del lanzamiento, fuerza con la que se lanza, inclinación del terreno en el que cae, etc; sí, es extremadamente difícil, pero teóricamente con un superordenador que reuniera todos los datos podría calcularse), resulta que en la mecánica cuántica es intrínsecamente imposible saber el resultado que se va a obtener (simplemente porque no existen datos que puedan introducirse en ese supuesto superordenador).

Un fotón tiene la misma probabilidad de atravesar un espejo semirreflector que de reflejarse en él. No se trata de que no conozcamos el valor de la magnitud. La mecánica cuántica afirma algo más radical: que no tiene un valor definido hasta que no la midamos.

Pensemos un momento: esto es tanto como decir que la realidad no existe hasta que no la observamos. Mientras no lo hagamos está en un estado de indefinición, es decir, sin valores definidos. Pues esta es la evidencia. Y la conclusión inmediata es que la conciencia crea la realidad, o sea, el observador. Mientras nadie vea un árbol, ese árbol no existe, pues únicamente se "realiza" al observarlo.

¿Es de locos? Einstein se negaba a aceptar la radical indeterminación de las magnitudes cuánticas antes de ser observadas. Se preguntaba si realmente la luna sólo existía si la miramos. Pensaba que debía haber otra explicación.

En 1964 John Bell publicó un trabajo en el que estableció la famosa desigualdad. La conclusión fue que las magnitudes no tienen valores definidos antes de que se midan. Y cuando se miden tiene que haber algún tipo de comunicación más rápida que la luz que explique las intensas correlaciones de las medidas (la medida de la polarización de un fotón afecta a la medida de la polarización de otro distante). La conclusión indudable es que se viola la desigualdad. Las magnitudes cuánticas están de tal modo ligadas que no cumplen la desigualdad de las magnitudes “normales”.

Por lo tanto no puede sostenerse la idea de un mundo completamente determinado. No podemos saber que la realidad exista ahí afuera cuando no la observamos. Las magnitudes permanecen en estado de indefinición hasta que las observamos, las medimos. Es decir, si bien nosotros a escala macroscópica observamos un mundo donde aparentemente todo está definido ahí afuera, aunque no lo estemos mirando, es innegable que lo que forma y constituye ese mundo que vemos, es decir, el mundo microscópico, no existe hasta que alguien o algo lo observa.

En segundo lugar hay que aceptar la “acción fantasmal a distancia”: lo que hagamos en una parte del sistema afecta instantáneamente a la otra parte del mismo, aunque ésta esté a años - luz de la primera (eso significa que hay algún tipo de comunicación más rápida que la luz entre los fotones entrelazados). Teóricamente yo puedo mirar un árbol y éste materializarse a una velocidad superior a la de la luz, con lo que sería incapaz de percibir que antes no estaba.

Decoherencia es el nombre que recibe la pérdida de la superposición por el acoplamiento con un entorno con muchos grados de libertad. La decoherencia hace que el mundo que observamos sea clásico. Los estados de superposición de átomos se mantienen, por lo general, pequeñísimas fracciones de segundo, aunque en casos excepcionales pueden durar hasta unos pocos segundos: el átomo interactúa rápidamente con su entorno y la superposición se pierde. Es como si el propio entorno estuviera haciendo continuamente medidas y eso obliga al sistema a proyectarse a uno de los estados “clásicos”, perdiendo así su naturaleza cuántica. Las interacciones en el mundo son tan innumerables que la suma de ellas provocan una pérdida casi inmediata de la indefinición de los sistemas cuánticos.

La interpretación de los muchos mundos