Observación cuántica[1]
Advertencia: este viaje es largo y te llevará a lugares inesperados.
Aunque quizás quieras tener en cuenta que la mecánica cuántica es a menudo descrita como la teoría más exitosa jamás formulada.
La filósofa de física Eleanor Knox dice: «Si quieres ser científicamente realista, si piensas que hay un mundo fuera de nosotros que la ciencia está describiendo con precisión, tendrás que aceptar que hay múltiples universos paralelos».
Imagina un bosque lleno de árboles, algunos de ellos de cientos de años. Uno de ellos, el mayor, ha estado muerto por un tiempo y con el viento empieza a astillarse y en poco tiempo cae.
Observación cuántica ¿Hay ruido al caer, si nadie está ahí para oírlo?
Es una pregunta simple y engañosa, que ha desconcertado a los grandes pensadores durante siglos.
La pregunta nos hace pensar en la relación con el mundo exterior frente a lo que ocurre en nuestras mentes.
Stefan Bleek, experto en sico-acústica del Instituto de investigación de sonido y vibración en la Universidad de Southampton, sugiere que aclaremos algo fundamental.
Si el árbol cae en el bosque, lo que produce es una ola de partículas, que vibran en el aire.
«Si no hay nadie que lo escuche, no hay sonido, como lo concebimos, pero eso no significa que no haya ondas sonoras o acústicas con efecto sobre el medio ambiente».
Lo que sucede dentro de nuestras cabezas es privado y subjetivo
Escucha el siguiente audio y trata de encontrar el momento en el que la nota musical llega a su frecuencia más alta.
Ilusión auditiva Shepard-Risset Glissando
En este sonido la nota musical parece estar aumentando en tono, eternamente…
Eso es así, porque cualquier cosa que percibamos como sonido estimula células en el oído interior, que fluye a través de una estructura en forma de espiral llamada cóclea.
Cuando las vibraciones agitan el líquido coclear se desencadenan diminutos impulsos nerviosos, pequeños picos de electricidad que viajan al cerebro
«Una vez que el sonido oscila en el cerebro, lo que se percibe depende de la interpretación.
«En ese momento deja de ser sonido para ser una traducción. Esta demostración hace evidente que lo que escuchas, no puede ser verdad».
Según Bleek, el sonido es creado por picos de electricidad en nuestro cerebro; fuera de ese contexto, no son más que partículas vibratorias.
Observación cuántica. La Escalera de Penrose
El efecto sonoro es como la famosa Escalera de Penrose, que da la sensación de que los escalones constantemente suben (o bajan, dependiendo de la dirección), cuando de hecho estás dando vueltas, en círculo.
Conocida también como «escalera infinita» o «imposible», es una ilusión óptica descrita por los matemáticos ingleses Lionel Penrose y su hijo Roger Penrose en 1958. Las escaleras que cambian su dirección 90º cuatro veces dando la sensación de que suben o bajan a la vez, sea la dirección que sea.
«El cerebro crea la ilusión óptica, una historia a partir de un complejo conjunto de estímulos, no conectada con percepción visual. Es muy difícil identificar lo que realmente sucede».
¿Nada existe?
Esta pregunta experimental de pensamiento filosófico, está asociada con el obispo irlandés George Berkeley, siglo XVII, quien de esta manera planteó la inexistencia de los árboles.
Berkeley desarrolló el inmaterialismo o idealismo subjetivo, una teoría que las cosas no pueden existir sin ser percibidas. Él tenía una posición extrema sobre la naturaleza de la realidad.
«Era un idealista que pensaba que, en última instancia, si el árbol cae en el bosque si no hay alguien que lo observe, no produce ningún sonido puesto que no hay árboles sin observadores», explicó Eleanor Knox, filósofa de física de Kings College de Londres.
“Según su teoría, las cosas realmente no existen en absoluto sin la presencia de una mente. Para él, eran construcciones ideales que dependen de la mente».
¿Existen los colores?
«Él partió de la idea de que había un mundo fuera con las propiedades percibidas por el observador. Desde esta perspectiva la hierba es verde y el cielo es azul.
«Pero entonces hubo unos descubrimientos curiosos: empezamos a entender, por ejemplo, que los colores son realmente propiedades de la luz, no de los objetos que nos rodean. Así, comenzaron a acumularse pruebas de una desconexión entre nosotros y la realidad del mundo exterior.
«Eso llevó a algunos a pensar que, en primer lugar, no puede haber un mundo externo en el sentido en que lo percibimos y, en segundo lugar, que de alguna manera el mundo que percibimos es una construcción nuestra», señala Knox.
«Si los colores no están realmente en el árbol, ¿dónde están? ¿En mi mente? Y si los colores están ahí ¿cuánto más hay en mi mente?
¿El mundo exterior realmente existe?
¿Alguna vez te ha asaltado la duda de si todo lo que crees es efectivamente real?
«El debate sobre si hay un mundo externo es antiguo», dice Bryan Roberts, filósofo de la física de London School of Economics.
«Al tratar este problema en ‘Meditaciones metafísicas’ en 1641, Rene Descartes usó el lenguaje del miedo, describiendo lo que sería darse cuenta, de repente, de que estás errado y todo es un sueño, y habló del terror de comprender que la realidad no es como pensabas que era».
Observación cuántica. The matrix
Hay un popular experimento filosófico- mental conocido como «el cerebro en una cubeta».
«The Matrix» es una de varias obras de ficción que juegan con las dudas sobre la realidad. Su premisa es que toda la raza humana ha sido colocada en cubas gigantes y alimentada con una realidad virtual de la mano de una inteligencia artificial maligna.
La idea es que un ingenioso científico (benévolo o maligno) ha tomado tu cerebro y lo tiene suspendido en una cubeta llena de un líquido que lo mantiene vivo en un laboratorio.
Lo tiene conectado a un sofisticado programa de computadora que puede simular perfectamente tus experiencias del mundo exterior.
En el escepticismo cartesiano presenta este argumento: «La duda es precursora de la creencia, que duda de cada idea, la cual puede ser dudada y dicta que solo se puede decir que existe, aquello que pueda ser probado».
Si no puedes estar seguro de que tu cerebro está en una cubeta (así sea metafóricamente), no puedes descartar la posibilidad de que tus creencias sobre el mundo externo sean falsas.
«Dudar seriamente de que el mundo externo existe, te produce un sentimiento que es el miedo a la psicosis; de hecho, está muy cerca de la experiencia del desapego de la realidad», señala Roberts.
¿Nos puede rescatar la filosofía?
El gran filósofo escocés David Hume tenía una respuesta: ¡Qué alivio!
Para él, la principal y más reveladora objeción al escepticismo excesivo es que ningún bien duradero puede resultar de él.
Si, de verdad, nos entregáramos a la posibilidad de que somos ‘un cerebro en una cubeta’, nos costaría existir.
Ante ese nivel de escepticismo, la primera respuesta debería ser ¿realmente nos lleva a una buena vida morar en esa pregunta?», responde el filósofo.
¡Suena como rendirse en vez de intentar resolver las dudas!
Básicamente, la idea es que como no podemos probar con absoluta certeza que el mundo externo es real, no deberíamos seguir insistiendo; así que es mejor asumir que el mundo existe.
Con una pequeña salvedad: espero que los filósofos sigan enamorándose de esa gran pregunta pues, al responderla, cada vez se avanza más en ese camino, confirma Roberts.
«Además, el solo hecho de hacerse la pregunta es hermoso, difícil y humano».
Para no enloquecer
Ahora sabemos que hay cosas que sólo existen en nuestras mentes. No obstante, asumamos que el mundo externo existe.
Recuerda que lo que escuchamos en la ilusión de Shepard-Risset Glissando es producto de un estímulo exterior mezclado con nuestras propias interpretaciones y expectativas, así que, no siempre podemos confiar en nuestros sentidos para tener una imagen precisa del mundo externo.
Por suerte, podemos confiar en la ciencia… después de todo, tiene un excelente historial en lo que se refiere a probar, incluso a anticipar, que las cosas existen, aunque nadie las haya visto o escuchado.
Por ejemplo: El planeta Neptuno fue descubierto, teóricamente, por tres astrónomos valiéndose de las leyes de física y matemáticas, como explicación a la inusual órbita de Urano, antes de que su existencia fuera confirmada con la ayuda de un telescopio, en la región predicha.
Observación cuántica. La materia oscura
«En la cosmología una de las cosas no directamente observable es la energía oscura, esa sustancia que se afirma existe en todo el Universo y que tiene un efecto en su conjunto y en su expansión, pero que no podemos detectar porque es demasiado delgada y sutil».
«Lo mismo sucede con los quarks individuales, o con el futuro… o incluso con la experiencia de otra persona».
¿Por qué aceptamos que existen?
«Es una pregunta crucial, y una de las principales explicaciones que los filósofos han identificado. – Creo que los científicos tienen algo que ver con el éxito de la ciencia, que predice, explica, disipa mitos y valora», indica Bryan Roberts.
«¡Qué amiga tan increíble es la ciencia!«, exclama el filósofo, con razón: A lo largo de los siglos nos ha dado multitud de pruebas para que confiemos en ella.
Sin embargo, si eres de los que lo hacen, puedes terminar en algunos lugares muy extraños…
Observación cuántica. La Mecánica Cuántica
Amárrate el cinturón
«En el siglo XX, la filosofía recibió una especie de cachetada de la física en la forma de la mecánica cuántica, que puso de cabeza a la filosofía y a la física” nos cuenta Eleanor Knox..
«Uno pensaría que algunas de las personas más realistas -en el sentido de que creen que hay un mundo externo, que existe sin nosotros- serían los científicos.
«Pero cuando llegó la mecánica cuántica, empezó a mostrar que, al hacer experimentos, el observador tenía influencia en él».
La física cuántica es la teoría de como los átomos y los electrones, partículas realmente pequeñas, están presentes en todos los elementos.
Es extraña; dice que las partículas pueden existir, en forma simultánea, en más de un estado, lo que significa que pueden existir en más de un lugar, al mismo tiempo.
Realmente se comportan de esa manera: Cada vez que usamos un dispositivo como un teléfono o una computadora conectada a internet, estamos explotando la característica de superposición de partículas que están en dos estados a la vez.
Todo esto está en el corazón de un gran dilema cuántico-filosófico: el problema es su medición.
Al observar, transformamos
Los electrones tienen una propiedad llamada espín = giro (en inglés), el cual puede estar arriba o abajo.
Antes de medirlo, el electrón está en los dos estados -espín arriba y espín abajo-, pero tan pronto como miramos el electrón, en esta superposición de estados, se ve un sólo espín: arriba o abajo.
Así que, al observar el electrón, lo cambiamos.
¿Significa eso que el mundo externo depende de un observador?
¿Tienen razón los idealistas al pensar que la realidad externa es como es, solamente porque nosotros estamos ahí para verla?
«Sí», responde Knox. El hecho de que los eventos dependan de un observador para que ocurran como, en gran medida lo hace ‘la interpretación de Copenhague’, la explicación de la mecánica cuántica considerada tradicional u ortodoxa.
Muchos creen que esa visión -la más antigua en esa rama de la física- terminará en algo muy parecido al idealismo.
Explica la filósofa que tienden a pensar genuinamente que, si no hay observadores, eventos determinados como árboles cayendo y haciendo ruido, no suceden.
Sin embargo, no todos están de acuerdo.
«No todo el mundo piensa que el observador es crítico en la mecánica cuántica», añade la filósofa. «De hecho, el número de personas que apoyan la interpretación de Copenhague ha ido disminuyendo rápidamente».
Hay un montón de opciones de competencia, todas terriblemente extrañas, pero todas concuerdan en que, en última instancia, los acontecimientos no dependen de los observadores. No obstante, algunas de estas soluciones implican cambiar sustancialmente la física, por lo que desaniman a mucha gente.
«Es una visión un poco loca, que quizás hayas oído mencionar, pero quienes la proponen señalan que esta visión es realmente lo que significa la mecánica cuántica. Y esa visión es la interpretación de muchos mundos».
«Si la aceptas, pensarás que los árboles pueden caer y no caer, al mismo tiempo», explica Knox
El multiverso
El multiverso… puede parecer una idea loca, pero es una visión respaldada por la teoría científica más exitosa de la historia.
¿Entonces cada vez que algo pasa, esto sucede y no sucede… en cada caso se crea un nuevo mundo, de manera que terminamos con millones de mundos?
«Sí, exactamente: si esos eventos dependen de eventos cuánticos -no todos dependen, pero probablemente muchos sí- entonces sí.
“Esos estados de superposición se separan, y terminas con un mundo en el que una cosa sucede y en otra parte del mundo, otra cosa sucede».
Creo que todos los que defienden esta interpretación están conscientes de que es alucinante. Tenemos esta teoría física espectacularmente exitosa y esta es la mejor interpretación de la mecánica cuántica que tenemos.
Por décadas los experimentadores la han sometido a pruebas rigurosas, ninguna de las cuales ha puesto en duda sus fundamentos.
En definitiva, concluye la filósofa de física Eleanor Knox…
«Si quieres ser científicamente realista, si piensas que hay un mundo fuera de nosotros que la ciencia está describiendo con precisión, tendrás que aceptar que hay múltiples universos, paralelos«.
El punto de vista
Todos, en algún momento de nuestras vidas hemos experimentado como cambian las cosas, según el punto de vista de un nuevo observador.
Esto corrobora el viejo adagio que dice: “todo depende del cristal con que se mira” que, una vez más, confirma los postulados de la mecánica cuántica.
Esta perspectiva es determinante en temas como el de la creación y la innovación.
Muchas veces, con solo cambiar el punto de enfoque, descubrimos un mundo nuevo; así ha sido desde el Big Bang, hace 13.8 millones de años. Isaacs Newton (1642 -1727) no inventó la invisible gravedad, solo observó que existía… y la dimensionó, mientras Thomas Young, en 1801 realizó por primera vez el experimento de la doble rejilla, hoy utilizado para demostrar la fenomenología cuántica, sobre a la existencia de las partículas en más de un estado.
En este caso, el de la materia, sólida e impenetrable, y el de las ondas, omnipresente en el universo como lo demostró, Carlo Rubia, ganador del premio nobel de física en 1984, cuando demostró que en el universo hay mil millones de veces más elementos etéreos, que materiales.
Cabe destacar aquí que la frase acuñada por Fredy Trujillo[2], «Lo que es… es y lo que no es…es«, utilizada por él para hacer referencia a la realidad, también se aplica a la realidad cuántica, o multiversa. En este caso, si el arbol cae, cae, independiente de que haya un observador, humano, que lo evidencie y, si no cae, sucede lo que no sucede.
Un poco de historia
La historia de la mecánica cuántica comienza con la introducción de la expresión “cuerpo negro” realizado por Gustav Kirchhoff en 1859, seguida, en 1877, por la sugerencia de Ludwig Boltzmann acerca de que los estados de energía de un sistema físico deberían ser discretos, y de la hipótesis cuántica de Max Planck, en 1900, quien dijo que cualquier sistema de radiación de energía atómica podía teóricamente ser dividido en un número de elementos de energía discretos, de tal forma que cada uno de estos elementos de energía sea proporcional a la frecuencia con las que cada uno puede, de manera individual, irradiar energía.
En 1905, para explicar el efecto fotoeléctrico (1839), esto es, la expulsión de electrones en ciertos materiales debido a la incidencia de luz sobre los mismos, Albert Einstein postuló –basándose en la hipótesis de Planck– que la luz está compuesta de partículas cuánticas individuales, las que más tarde fueron llamadas fotones (1926).
El término «mecánica cuántica» fue usado por primera vez en el escrito de Max Born (1882-1970), Zur Quantenmechanik (La Mecánica Cuántica), quien ganó el premio nobel de física en 1954. En los años que siguen, esta base teórica comenzó lentamente a ser aplicada a estructuras, reacciones y enlaces químicos.
[1] Fuentes: BBC Serie «CrowdScience» https://www.bbc.com/mundo/noticias-56780694, Wikipedia
[2] CEO Cesoft Colombia http://www.cesoftco.net/
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