Historias de la Ciencia

La teoría cuántica desafía el sentido común. Dice que, de alguna manera, la propia observación crea la realidad física observada. Plantea preguntas como ¿puede estar un objeto en dos sitios al mismo tiempo? Aun así, con todo ello, es asombrosamente exitosa. Ni una sola de sus predicciones se ha demostrado incorrecta. De hecho, la necesitamos para entender el brillo del Sol, las imágenes del televisor, el verde de la hierba y el Big Bang que dio origen al Universo. Buena parte de la tecnología moderna se basa en dispositivos que aprovechan efectos cuánticos. Pues bien, este libro habla de la mecánica cuántica haciendo hincapié en los problemas filosóficos que conlleva. Y no son de fácil solución.

He de decir que ha rebasado mis expectativas, pues introduce la teoría cuántica para gente que no conozca nada de ello. Y lo hace con ejemplos sencillos donde se ve toda la parte que va contra la intuición. Una vez explicada y habernos vuelto locos con esa lógica, plantea las preguntas filosóficas que muchas veces se discuten en la facultad de Física y que he dejado de escuchar desde que no voy. Y no sólo eso, sino que afirma que los físicos que trabajan con ella ya ni se las plantean porque están acostumbrados. Y me parece que tiene razón.

Los átomos y las moléculas no están en ninguna parte hasta que nuestra observación los crea allí donde los detectamos. O sea, hacemos un experimento para saber dónde está y tenemos una cierta probabilidad de encontrarlo en un sitio o en otro; pero no podemos decir nada hasta que hemos hecho el experimento. Heisenberg afirmaba los objetos microscópicos no son reales, sino que son meras potencialidades.

Pero bueno, ¿es que los átomos no están ahí si no las miramos? Albert Einstein nos dejó frases como: He pensado cien veces más en el problema cuántico que en la teoría de la Relatividad General; o Pienso que una partícula debe tener una realidad separada, independiente de las mediciones. Es decir, un electrón tiene espín, localización y demás, aunque no esté siendo medido. Me gusta pensar que la Luna está ahí aunque no la esté mirando.

¿Por qué una teoría tiene que ser intuitiva? El libro nos pone un ejemplo no cuántico en la figura de Newton. Hoy día consideramos sus trabajos totalmente intuitivos. Para su teoría, tuvo que concebir dos ideas: la ley del movimiento y la de la gravedad. Cuando enseñó sus trabajos a Isaac Barrow, que entonces ocupaba la cátedra lucasiana de matemáticas, quedó tan impresionado que abandonó su puesto para cedérselo a Newton. Se convirtió en un solitario recluido (en aquellos tiempos, la Universidad de Cambridge obligaba a sus facultativos a mantenerse célibes). Pero volviendo al tema, Newton fue retado a explicar su fuerza de la gravedad, pues una fuerza transmitida a través del espacio vacío, a través de la nada, era algo difícil de tragar. Pero tenía una respuesta sucinta: Hyphotheses non fingo (“no hago hipótesis”). Su reto era explicar observaciones que nos fuerzan a negar la realidad física directa, como la fuerza transmitida a través del vacío. Esta actitud es igual de válida para la mecánica cuántica.

Y es que la actitud científica consiste en aceptar lo que nos dice la Naturaleza con independencia de nuestras intuiciones.

De los objetos microscópicos, saltamos a los macroscópicos. Si, de algún modo, los átomos no observados carecen de realidad física, ¿qué decir de las cosas hechas de átomos? Por ejemplo, ¿son reales las sillas? una galaxia no observada, ¿está realmente allí?

Pues sillas o galaxias no, pero hoy día, objetos cada vez más grandes sestán siendo puestos en estados de superposición que implican su presencia en dos sitios al mismo tiempo. El físico austriaco Anton Zeilinger lo ha conseguido con macromoléculas de setenta átomos de carbono y forma de balón de fútbol. Ahora proyecta hacerlo con proteínas de tamaño medio. En una conferencia le preguntaron cuál era el límite, y contestó: Sólo el presupuesto.

El gran problema es que funciona. Sin ella no podríamos entender los láseres, los microprocesadores de silicio o las estrellas. En última instancia, todo funciona de manera mecanocuántica. Pero, puesto que la extrañeza cuántica no se manifiesta con las cosas grandes, la Interpretación de Copenhague insiste en que no hay de qué preocuparse, y así lo acepta pragmáticamente la mayoría de los físicos.

Hay un punto incluso más intrigante derivado de la observación en mecánica cuántica. Cuando hablamos de un observador de un fenómeno cuántico, ¿tiene que ser un observador consciente? ¿y si quien lo mira es un robot o un contador Geiger? Y aquí entra la importancia del libre albedrío. Es gracias al libre albedrío que escogemos el experimento que vamos a hacer y en función de ese experimento la observación será una u otra. Ahora bien, ¿tenemos libre albedrío? ¿o sólo creemos que lo tenemos? Para la mayoría de nosotros es evidente que lo tenemos, pero ninguno de nosotros puede estar absolutamente seguro de que un amigo suyo no es un robot sofisticado.

La pregunta siguiente es: ¿podemos ser simulados por un ordenador? Si así fuera, no tendríamos libre albedrío y entonces habría que replantearse qué es un observador. Y si no podemos ser simulados por ordenador, entonces estáis de acuerdo con Roger Penrose quien niega la posibilidad de la inteligencia artificial fuerte; vamos de que una máquina pueda llegar a ser como una persona.

Permitidme extenderme un poco más en este punto. El universo newtoniano es determinista. Supongamos una mesa de billar. Si conocemos las posiciones y velocidades de un par de bolas a punto de colisionar, con la física newtoniana, podemos predecir sus posiciones y velocidades en cualquier momento futuro. Un ordenador puede calcular las posiciones futuras de gran número de bolas colisionantes. Lo mismo es extrapolable a los átomos que rebotan en una caja llena de gas. Y llevando esta idea a sus últimas consecuencias, para un ojo que todo lo ve y que conozca la posición y velocidad de cada átomo del Universo en un momento dado, el Universo entero sería predecible. En principio, el futuro de un universo newtoniano determinista es una Gran Máquina. Todo sigue un curso predeterminado. El concepto de Dios se convierte así en el Maestro Relojero, el Gran Ingeniero. Algunos van más lejos: tras haber creado una máquina completamente determinista, Dios ya no tiene nada que hacer. Es un ingeniero retirado. Y del retiro a la inexistencia sólo hay un paso.

El determinismo, por tanto, nos afecta personalmente: nuestras decisiones aparentemente libres, ¿están en realidad predeterminadas? Si así fuera, no tendríamos libre albedrío, porque nuestras decisiones podrían predecirse. ¿Qué era el libre albedrío después de Newton? Ningún problema. Hay mente y hay materia. La física se ocupa de la materia. Con esta división, los físicos precuánticos podían soslayar lógicamente la paradoja. Así, limitando el alcance de la teoría relegaban el libre albedrío y el resto de la conciencia a la psicología, la filosofía y la teología. Y esa era su inclinación.

Aquí hay autores para todos los tipos, desde Isaac Bashevis Singer: Tenemos que creer en el libre albedrío. No tenemos elección, hasta B.F. Skinner, quien negaba explícitamente el libre albedrío, adoptando un polémico materialismo determinista: La hipótesis de que el hombre no es libre es esencial para la aplicación del método científico al estudio del comportamiento humano.

En fin, cuando los expertos discrepan, uno tiene permiso para elegir su experto. Sea como sea, la libertad humana entra en conflicto con el determinismo newtoniano, así que la conciencia, el determinismo y el libre albedrío es otro otra pieza del puzzle en la mecánica cuántica.

El libro habla de Einstein, quien siempre negó la cuántica. Tal y como hoy día se acepta sin más, Einstein nunca cejó en su convicción de que la física tenía algo más que decir de lo que nos contaba la teoría cuántica. Siempre decía: El Señor es sutil, pero no malicioso. Siempre se refería a Dios (el Dios de Spinoza) como “el Viejo”. Puede que finalmente se desanimara. En una carta a un colega escribió: Tengo segundos pensamientos. Puede que Dios sí sea malicioso.

Una cosa que siempre me sorprenderá de Einstein es que podemos decir que se equivocó en el asunto de la cuántica y solemos olvidar u obviar a cualquiera que se equivoca. Pero, en este caso, todos aquellos que han tenido que rebatir sus argumentos, sencillamente, lo admiran. El mismísimo Bohr, su principal oponente, decía que le había obligado a meditar una y otra vez las bases de lo que estaba diciendo. El debate entre estos dos genios duró más de 20 años. Y todavía dura hoy. Para defender la teoría cuántica frente a Einstein, Bohr tuvo que redefinir la meta de la ciencia. Una frase atribuida a este último dice: No hay mundo cuántico. Sólo hay una descripción cuántica abstracta. Es un error pensar que la tarea de los físicos consiste en descubrir cómo es la naturaleza. La física tiene que ver con lo que podamos decir de la naturaleza. Vamos, que la ciencia no debe proporcionar significados sino sólo decir lo que pasa, predecir lo que se observará.

Einstein atacó una y otra vez las bases de la teoría cuántica y propuso experimentos mentales absolutamente maravillosos y que todavía hoy se discuten, como el reloj dentro de la caja con fotones o la Paradoja EPR. En estos experimentos Einstein no paró de poner de manifiesto la extrañeza de la física cuántica y sus argumentos todavía se utilizan hoy día. La solución a la Paradoja EPR es que la observación de un objeto puede influir instantáneamente en el comportamiento de otro objeto muy distante sin que estén conectados por ninguna fuerza física. Einstein decía: No puedo tomarla en serio, porque… la física debería representar una realidad en el tiempo y en el espacio, libre de fantasmales acciones a distancia.

Todos estos argumentos han condicionado la carrera de muchos jóvenes físicos. En ellos está basada la obra de Bell, Clauser y Aspect quienes demostraron que Bohr estaba en lo cierto y Einstein equivocado. Bell escribió:

En sus discusiones con Bohr, Einstein estaba equivocado en todos los detalles. Bohr entendió la manipulación efectiva de la mecánica cuántica mucho mejor que Einstein. Pero en su filosofía de la física y su idea de en qué consiste, qué estamos haciendo y qué deberíamos hacer, Einstein parece absolutamente admirable… Sin duda, para mí, él es el modelo de cómo debería uno pensar en la física.

Quizás una de las cosas más bonitas en ciencia es tener un adversario o colega capaz de hacer que te vuelvas a plantear si lo que piensas es acertado o no, como le pasó a uno de los autores del libro:

Antes de emprender la investigación en superconductores, otros dos discípulos y yo nos pusimos a estudiar la sensibilidad de las aves al campo magnético terrestre, a instancias de un biólogo que afirmaba que sus ratas se veían afectadas por dicho campo magnético. Yo era escéptico: “Los biólogos no tenéis idea de lo difícil que es detectar un campo tan débil”. Pero él respondió: “Los físicos no tenéis ni idea de lo complicada que puede ser la vida.”

Como protofísico, estoy con el biólogo…

Y como el libro trata de cuántica, de definir qué es la ciencia, de conciencia, libre albedrío y libertad; también tiene citas maravillosas de diferentes personajes. Os pongo algunas de ellas:

Quien adelanta las ideas fundamentales de una nueva doctrina a menudo no advierte de entrada todas las consecuencias; guiado por sus intuiciones personales, constreñido por la fuerza interna de las analogías matemáticas, se deja llevar, casi a pesar suyo, hacia un camino de cuyo destino final él mismo es ignorante.
De Brogile

Si vamos a tener que seguir aguantando esos malditos saltos cuánticos, lamento haber tenido algo que ver con la teoría cuántica
Erwin Schrödinger

La conciencia plantea los problemas más desconcertantes en la ciencia de la mente. No hay nada que conozcamos más íntimamente que la experiencia consciente, pero no hay nada más difícil de explicar.
David Chamlers.

Puede que en algún punto tenga cierta discrepancia en lo que afirma, pero es un libro maravilloso. De hecho, es de los pocos que profundizan en la mecánica cuántica y sus consecuencias filosóficas, y que pueda recomendar a todos los públicos.

Título: “El enigma cuántico”
Autores: Fred Kuttner, Bruce Rosenblum