[escepticos] FAQ Olvidado / Cuántica / Apéndice

["Alberto Villa" <albertovilla@...>]

Repasando el FAQ de la lista *escepticos* he encontrado un link que conduce
al apéndice en el que hay un artículo firmado por Fernando Peregrin. Incluye
el tema de lo antiintuitivo de la cuántica, la interpretación de Bohr
(Copenhague), el gatito de Schöedinger, los dados de Albert, etc, etc.

Espero que pueda ser de utilidad en relación al hilo que se venía
manteniendo. Lo adjunto en la PD

Saludos

Alberto VIlla

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PD

¿Pero la física cuántica no dice que bla, bla, bla...?
Por Fernando Peregrín

La mecánica cuántica es más que una teoría: es el lenguaje en que se expresa
la Naturaleza cuando le preguntamos por sus procesos más elementales, por
sus componentes más simples, por sus leyes más profundas. Cuando estudiamos
el comportamiento de los fotones, los electrones, los quarks, los átomos,
etc., vemos enseguida que lo hacen de manera que nada tiene que ver con lo
que entendemos como mundo macroscópico, como el medio ambiente que nos rodea
y en el que nos movemos a diario; sin embargo, todas las partículas que
hemos mencionado se comportan de la misma forma, de igual manera: "a la
cuántica".

Con la mecánica cuántica como base, hemos sido capaces de formular un gran
número de teorías que nos han permitido un conocimiento cada vez más
profundo y preciso del mundo; de las tecnologías fruto de esos saberes,
hemos sacado tanto provecho que algunos expertos en macroeconomía cifran en
el 20% de la suma total de los productos nacionales brutos de los países
desarrollados, la contribución de las industrias que se basan en dichas
tecnologías.

Frente a esta realidad, y basándose más en lo que desconocemos que en lo que
sabemos con certeza, existen hoy muchos intérpretes de esta extraordinaria
creación de la racionalidad humana que intentan darle la vuelta y usarla,
con extrapolaciones injustificadas, para fundamentar creencias tales como el
poder de la mente sobre la materia, de forma que es aquella, la mente, la
que crea la realidad; la parapsicología y demás fenómenos llamados
paranormales. En particular, en la literatura de la New Age aparece
frecuentemente la palabra cuántico: medicina cuántica, percepción cuántica,
consciencia cuántica, espiritualidad cuántica, etc., como si lo cuántico
fuese una versión moderna del viejo elixir mágico y de múltiples usos, que
lo mismo servía para un roto que para un descosido. ¿ Cómo es posible que
una ciencia que nos ha dado, entre otras, una teoría sobre la interacción de
la luz y la materia, la electrodinámica cuántica, cuyos resultados muestran
un extraordinario y asombroso acuerdo con la realidad experimental, cómo es
posible, repetimos, que se preste a tanta pseudociencia e irracionalismo, a
tanto misticismo cursi y de colorido orientalista?

EL "COLAPSO DE LA FUNCIÓN DE ONDA": DEL INDETERMINISMO CUÁNTICO A LA
REALIDAD CLÁSICA
La razón está en las varias interpretaciones posibles de determinados
aspectos fundamentales y básicos de la teoría cuántica, así como en nuestro
conocimiento parcial de ciertos mecanismos complejos como son el paso del
mundo cuántico al de nuestra realidad cotidiana (que llamaremos mundo
clásico). Cuándo, cómo y por qué un conjunto de partículas, como son los
átomos de una piedra o del planeta Marte, dejan de comportarse "a la
cuántica" y se convierten en un objeto clásico (que sigue las leyes de la
mecánica clásica, relativista o newtoniana, según los casos), es una de las
preguntas que aún espera una respuesta precisa.

Sin embargo, la mayoría de los físicos, incluyendo algunos que apoyan una
interpretación mística ontológica para la mecánica cuántica, recurren a las
mismas fórmulas matemáticas y a su interpretación, según la escuela de Bohr
(o de Copenhague), a la hora de obtener resultados que se puedan usar con
fines prácticos o tecnológicos, o para contrastarlos con la realidad
experimental. La escuela tradicional de Bohr no hace mención alguna a la
consciencia, limitándose a cosas tan materiales y racionales como qué se
puede medir de un sistema cuántico con un determinado aparato de medida
macroscópico (y por tanto, de comportamiento "clásico"), y qué predicciones
se pueden hacer de los resultados estadísticos de las mediciones (el llamado
"problema de la medida", ya tratado magistralmente por von Neumann, en
1932).

Precisemos un poco más en este párrafo cómo la conciencia fue introducida
dentro de la física cuántica. En realidad, esto se hizo por motivos más
filosóficos que físicos, por la escuela denominada "el Círculo de Viena",
influida por el operacionismo de los años 20, que tiene sus inmediatos
antecesores en Bridgman [Bridgman, (1927) The Logic of Modern Physics].
Bridgman pretendía que «Todo concepto debiera ser definido (identificado)
con un conjunto de operaciones». Esto estaba bien para las ciencias sociales
y demás ciencias humanas de la época que estaban (¡y siguen estando!) en una
etapa precientífica, llenas de hipótesis incomprobables. Pero para ciencias
como la Física presentaron un verdadero escollo filosófico, un retorno al
antropocentrismo y una ruptura del cierre semántico de las teorías. Su
principio ontológico se podría resumir en «Nada existe mientras no sea
observado.» Mientras que su compañero semántico podría ser «Nada tiene
significado mientras no sea medido.» Esta filosofía general se introdujo en
la mecánica cuántica mediante frases del tipo «Nada es un fenómeno a menos
que alguien lo produzca o registre.» [Bohr, (1935) Can quantum-mechanical
description of physical reality be considered complete? Phys. Rev. 48:
686-702; o, para los amigos: La contestación a la EPR]. El mismo Bohr decía
que la teoría cuántica no sólo era una revolución en el campo de la Física
sino también de la epistemología, centrando la realidad en el observador.
Von Neumann acompañó tal actitud diciendo que no quedaba claro dónde se daba
el corte entre el aparato de medición y el sujeto experimentador y más de
una vez optó (con algo de arbitrariedad) por situar este corte en la
conciencia del observador. Se introducía de contrabando en la Física
Cuántica (aunque no por primera vez en la Física, leer a Mach) un objeto
extrafísico para definir un sistema físico o su comportamiento. Y todo esto
por no leer las ecuaciones que ellos mismos estaban construyendo. El
operador, el aparato de medida, la conciencia, etc., no aparecían en las
hipótesis de partida de la teoría, tampoco como principios auxiliares de
cálculo ni como lemas tomados de ciencias vecinas. Sólo hacían su aparición
a la hora de interpretar los resultados. He aquí la ruptura de cierre
semántico. Por más que se quiera, en las ecuaciones de autovalores de la
Física Cuántica (del tipo Ãu=au) uno no puede detectar al productor o al
registrador de los fenómenos; no hay razón para pensar que el observador
"crea" el fenómeno o la "realidad". Hoy día, o por lo menos hasta hace
algunos años, la interpretación de Copenhague era la más corriente entre
quienes no se quieren comprometer con ninguna corriente filosófica. En
realidad estos científicos adhieren a la interpretación
"shut-up-and-calculate" y son los que hacen la Física día a día.

Si bien, como queda dicho más arriba, existe acuerdo generalizado en la
interpretación de los resultados, no sucede lo mismo con la interpretación
del hecho de la propia medida, esto es, de cómo el sistema cuántico deja de
serlo y nos ofrece un resultado concreto para la variable (energía, momento,
posición, momento magnético, espín, etc.) objeto de la medida. Y es que un
sistema cuántico se caracteriza por ser una superposición (llamada
coherente) de estados que corresponden a los distintos valores permitidos de
las variables o magnitudes a medir; esta superposición de estados se expresa
matemáticamente mediante una función de onda, que indica la probabilidad de
que una medición resulte en tal o cual valor.

Según la opinión de Bohr y de la mayoría de los físicos, la ecuación de onda
contiene toda la información que podemos obtener de dicho sistema cuántico.
Este hecho se expresa también diciendo que los objetos, a escala cuántica,
muestran un doble comportamiento de onda y partícula, la llamada "dualidad
onda-partícula". Bien es cierto que actualmente se tiende a considerar de
naturaleza corpuscular los cuantos de los distintos campos en interacción
(electromagnético, gravitatorio, electrónico, etc.), siendo su aparente
comportamiento ondulatorio resultado de la necesaria descripción de los
fenómenos cuánticos mediante la correspondiente función de onda. Como
ejemplo sencillo, vemos que la luz, tantos años contemplada como
determinadas oscilaciones del campo electromagnético, se analiza hoy día, a
escala cuántica, a partir de sus cuantos o partículas elementales: los
fotones.

¿Qué sucede cuando sometemos un sistema cuántico a una observación? Que le
forzamos a abandonar su estado de superposición coherente, o como si
dijéramos, de ambigüedad, y a elegir un estado caracterizado por un valor
concreto de una o varias (siempre que sus medidas sea compatibles, esto es,
que se puedan hacer simultáneamente; esto es consecuencia del principio de
indeterminación de Heisenberg) de las variables o magnitudes que estamos
midiendo. Este proceso se llama "colapso de la función de onda" o
decoherencia de los estados cuánticos.

Este proceso lo interpretan algunos como ejemplo claro de que es la mente,
la consciencia del observador, al elegir qué y cómo medir u observar, la que
efectivamente crea la realidad, ya que antes de esa decisión consciente, el
sistema cuántico no estaba determinado y era una ambigua mezcla de posibles
resultados; o como si dijéramos, estaba en el "limbo de lo posible" para
materializarse en la realidad que le impone la consciencia del observador.

Esta opinión, que no deja de ser una forma curiosa de decir que el
experimentador, amén de no poder dejar de interaccionar con lo
experimentado, tiene cierto derecho a medir lo que le parece más interesante
para su trabajo (o su "curriculum vitae"), esta opinión, repetimos, no se
puede extrapolar así como así a sistemas cuánticos más complejos, y menos al
universo en general, negando que haya una realidad independiente del
observador, observador que para el caso del universo entero, se convierte en
una especie de consciencia cósmica de la que nuestra mente forma parte o
está ligada a ella de alguna manera.

Cuenta Murray Gell-Mann lo difícil que le resultaba a Enrico Fermi y a él
mismo creer que la "función de onda de Marte se colapsara", esto es, se
llegase a la situación en que dicho planeta siguiese majestuosamente la
órbita clásica y determinista de la mecánica newtoniana (en vez de
comportarse como un electrón en un átomo, esto es, ambiguamente, con el
indeterminismo de los sistemas cuánticos), simplemente porque había gente en
la Tierra haciendo observaciones de Marte. Hay varias explicaciones, todas
ellas compatibles con el estado actual de la teoría y la experimentación,
que permiten que los sistemas cuánticos den lugar de forma natural al mundo
clásico que llamamos realidad sin necesidad de recurrir a un observador
cósmico, a una consciencia universal y mística, que decide cuando y cómo
colapsan las funciones de onda cuánticas.

Las teorías que en opinión de uno de los autores [FP] de este texto tienen
más posibilidades de contener el mayor número de aciertos son las que se
basan en la formulación de la mecánica cuántica debida a Richard P. Feynman,
y conocida como "suma de historias" o "integrales sobre todos los pasos o
caminos posibles". En román paladino, al analizar un sistema cuántico hay
que tener en cuenta todas las alternativas posibles (sin pérdida de
coherencia), todas las "historias" que puede seguir el sistema, por muy
improbables que parezcan (sólo existen prohibiciones, no recomendaciones).
Cuando se produce una medida, obtenemos información del sistema cuántico, lo
que produce la decoherencia o colapso de la función de onda. Este proceso,
generalmente irreversible (aunque últimamente se está experimentando con
éxito con "borradores cuánticos", es decir, con procesos que devuelven al
sistema cuántico a la superposición coherente de estados que había antes de
la medida y restituyen, por así decirlo, su función de onda), este proceso
de medida, repetimos, hace que el sistema tome uno de los posibles valores
de la magnitud medida, y se decante por una de las múltiples "historias"
posibles. Al tomar sucesivas medidas, es como si fuésemos siguiendo una ruta
particular de un árbol ramificado: las alternativas no tomadas se convierten
en "lo que pudo ser y no fue".

(Hug Everett [1957] propuso que la función de onda no colapsaba en el acto
de la medida, sino que seguía la indeterminación sólo que en universos
paralelos, cada uno de los cuales correspondería a las distintas medidas
posibles de la variable o magnitud objeto de la medida; ni que decir tiene
que no hay ninguna prueba de la existencia de universos paralelos, reales
pero independientes, en los que se realizan todas las posibilidades de los
sistemas cuánticos; lo que no impide que la noción de "universos paralelos"
sea una de las preferidas por ciertos intelectuales de la New Age).

Volviendo a la pérdida espontánea de la decoherencia, esto es, sin necesidad
de observadores conscientes, vemos que el medio ambiente (y se entiende por
medio ambiente todo, absolutamente todo lo que puede afectar a un
determinado sistema, a un objeto concreto), al interaccionar con un sistema
cuántico, puede ocasionar que éste desprenda información (por ejemplo,
fotones ajenos al sistema cuántico que interfieren con él y salen despedidos
portando datos sobre ese suceso). Esta información, INDEPENDIENTEMENTE DE
QUE SEA O NO RECOGIDA por un aparato de medida, ES UNA MEDICIÓN EN EL
SENTIDO CUÁNTICO; se produce, pues, la decoherencia, el colapso de la
función de onda, y el sistema cuántico "se define", toma una determinación
y, perdiendo todo su misterio, todo su "exotismo cuántico", queda reducido a
una parte de la realidad clásica, newtoniana y determinista que nos rodea.
De los experimentos que se están realizando ultimamente se desprende:

a) que bastan unas pocas partículas elementales (generalmente fotones)
representando al ambiente, para que se produzca rápidamente el "colapso de
la función de onda".
b) que cuantas más partículas compongan la mezcla coherente de estados
cuánticos, más fácil y rápida es la decoherencia, esto es, más rápidamente
el sistema tiende a comportarse con la "educación sólida y prosaica" de los
sistemas clásicos, lo que entendemos por la "cruda realidad que nos rodea".

c) que las fórmulas y ecuaciones llamadas cuánticas sean, posiblemente, de
los conocimientos más hermosos y precisos que tengamos para hablar de y con
la Naturaleza.

Es posible entender ahora que algo tan masivo como Marte no puede sino
comportarse como un objeto clásico: su órbita es newtoniana y precisa no
porque lo estemos observando (¿o acaso cree alguien que antes de aparecer en
la Tierra observadores conscientes, Marte "saltaba" en torno al Sol como lo
hace un electrón alrededor de un núcleo?), sino porque su tamaño le hace
interactuar activamente con su medio ambiente (fotones de la radiación
cósmica de fondo, fotones del Sol, partículas materiales del resto del resto
del universo que "bombardean" el planeta, etc.).

EL GATO DE SCHRÖDINGER: ENTRE LA VIDA Y LA MUERTE
Formulado por uno de los fundadores de la mecánica cuántica, E. Schrödinger,
se trata de uno de los más famosos experimentos mentales sobre los
"misterios" de la mecánica cuántica. Schrödinger imaginó una caja cerrada
con un gato, un átomo radioactivo, un contador Geiger, un frasco con un gas
venenoso y un martillo u otro sistema que, accionado por el contador Geiger,
al romper el frasco, origina la muerte del gato. El átomo radioactivo es un
sistema cuántico que resulta de la superposición de dos estados:
desintegrado, habiendo ya irradiado, o no desintegrado; sólo sabemos si se
ha producido o no la desintegración al observar expresamente el estado de
dicho átomo. El átomo tiene un 50% de posibilidades de desintegrarse en una
hora, y al hacerlo, activa el contador, que a su vez activa el martillo, que
rompe el frasco del gas venenoso y...

Si la caja está aislada del exterior, y si de verdad creemos que es la
consciencia del observador la que crea la realidad, no tenemos más remedio
que considerar todo lo que hay dentro de la caja como un sistema cuántico en
superposición coherente, lo que necesariamente nos lleva a aceptar que el
gato, mientras no miremos dentro, se encuentra en una especie de "tierra de
nadie", en un hipotético estado mitad vivo y mitad muerto. No hace falta
decir que, estirando un poco el argumento, se llega sin dificultades a los
espíritus descarnados, a las experiencias de los que mueren pero que
resucitan, a las reencarnaciones, etc.

Hoy, la mayoría de los físicos no ven tal paradoja: el gato actúa como
aparato de medida o como medio ambiente y no ha lugar a la superposición
coherente de estados gato-vivo/gato-muerto. El gato vivo, por ejemplo,
respira, mueve átomos de aire, crea gradientes de temperatura; que deseemos
o no observar esta información que escapa a raudales del sitema, no le
interesa a la Naturaleza; la interacción entre medio ambiente y sistema se
produce y ello basta para que el gato se Schrödinger se comporte como un
felino real y espere vivo hasta que abramos la caja o se muera si tiene tan
mala fortuna que el átomo se desintegra antes de que termine el macabro
experimento. A fin de cuentas, la experiencia, según ha contado un conocido
físico, es la misma que si encerramos a un gato en una caja y emprendemos un
complicado viaje en el que el gato tiene un 50% de posibilidades de morir
accidentalmente. Y aunque tuviésemos que esperar hasta el final del
arriesgado viaje para saber la suerte que ha corrido el felino, a nadie se
le ocurre pensar en estados superpuestos de vida y muerte sino en que el
gato, si tiene mala suerte, morirá en el momento en que se produzca el
posible accidente.

Experimentar con gatos, sobre todo en Estados Unidos, no resulta
"políticamente correcto" (americanismo cursi que se refiere a éticas
represoras y relaciones humanas lo más "lite" posible); por otro lado,
conseguir electrones en estados de superposición coherente que representan a
la partícula ocupando simultáneamente varias posiciones en el espacio, es
tecnología casi casi, de arqueología cuántica: los electrones son muy
simples y pequeños.

Por estas razones, los investigadores más avanzados intentan sustituir el
gato de Schrödinger por conjuntos de partículas cada vez mas numerosas,
dando lugar a objetos que intentan acercarse al dominio mesoscópico (tierra
difusa entre lo microscópico y la macroscópico). Los más recientes
experimentos se centrar en cationes de berilio (átomos de berilio con carga
positiva): se ha conseguido un estado cuántico en que un catión de berilio
tiene idénticas probabilidades de estar en un momento dado en dos puntos del
espacio, separados unos 80 nanómetros (distancia apreciable para sistemas
atómicos) y con dos espines diferentes (NIST, Colorado, 1977).

La reacción ante este notable experimento, totalmente de acuerdo con los
postulados de la mecánica cuántica, hizo que muchas publicaciones de lo
paranormal, incluída algunas españolas, lanzasen las campanas al vuelo
anunciando a los cuatro vientos que la ciencia había demostrado cosas como
la ubicuidad (bilocación), los viajes astrales, las experiencias
extracorpóreas, etc.

Al extrapolar los resultados de los experimentadores americanos para
fundamentar en él algunos fenómenos paranormales, muchos cayeron en dos
trampas, principalmente:
a) La bilocación material, el famoso don de la ubicuidad, requiere presencia
real en dos sitios separados espacialmente, en un mismo instante; esto no
ocurrió en el experimento: el catión de berilio, mientras estuvo en estado
de superposición coherente, no podía ser localizado simultáneamente en el
sitio A, digamos, y en el sitio B. En el momento en que se quiera fijar su
posición en A y B, la función de onda colapsa, el estado entra en
decoherencia, y el catión aparece, al azar, y según el experimento en
cuestión, con un 50% de posibilidades para cada caso, bien en A, bien en B.
b) Otro efecto que quisieron resaltar ciertos ufólogos fue que al colapsarse
la función de onda, el catión tenía que dar un salto del orden de magnitud
de 80 nanómetros (un salto importante para el tamaño del catión), y que lo
hacía en un tiempo que daba lugar a un viaje superlumínico (a mayor
velocidad que la luz). La respuesta real es que no se produce tal
posibilidad de transmitir información o interacción a velocidad
superlumínica, ya que el colapso de la función de onda se produce al azar, y
por lo tanto no sabemos donde estaba la partícula antes de mirar al sistema
para detectarla. Si solo sabemos la posición final, no podemos hablar de un
salto superlumínico. Y no es cierto, no funciona, hacer aproximaciones,
diciendo que, en promedio, el catión se encontraba en la mitad del camino
entre A y B, ya que, repetimos, sólo podemos localizar al catión si hacemos
unaa observación, y entonces, el catión está o bien en A o bien en B, no en
nedio de A y B, o cualquier otra posición intermedia.

Otra exageración consiste en considerar al catión como representante de la
mente, de la consciencia, para poder situarla en dos lugares al mismo
tiempo. Lamentablemente, el pensamiento necesita muchas más partículas
(millones de neuronas, cada una miles de veces mayor que el catión del
experimento) para producirse, por lo que aún estamos muy lejos de haber
demostrado nada, máxime si pensamos que los experimentadores empiezan a
tener pruebas de que no es posible crear el estado cuántico coherente del
que estamos hablando en cuanto aumente sensiblemente el tamaño del objeto
con el que queremos experimentar (del orden de 10 cationes). El cerebro, la
mente, queda aún muy, muy lejos.

EINSTEIN Y LOS DADOS DE DIOS
La indeterminación de la mecánica cuántica ha dado lugar a toda clase de
afirmaciones sin sentido y ha abierto la puerta a preguntas tales como si el
libre albedrío tiene su origen en que el mundo es incierto cuánticamente.

Pero hay que darse cuenta que, en un sentido realista, pragmático, el mundo
clásico, esto es, una Naturaleza que obedeciese las leyes de la mecánica
newtoniana, no está claro que se pudiese predecir el futuro con exactitud o
que no hubiese lugar para actos de libre voluntad o deseo. Es teóricamente
cierto que si supiésemos exactamente en un instante determinado la posición
y la velocidad de todas y cada una de las partículas en el universo, la
mecánica clásica nos permitiría predecir exactamente lo que sucedería. Y por
lo tanto, se dice que el mundo clásico es determinista.

Pero dicha precisión sería por naturaleza infinita desde el punto de vista
del cálculo: en efecto, aunque las partículas sean en número finito, la
posición y velocidad de cada una debemos darla con absoluta precisión, lo
que implica muchas veces, infinitos decimales. Como el la práctica, esto es
inviable, debemos contentarnos con precisiones finitas. Y entonces, la
enorme complejidad de los procesos de la Naturaleza hace que las pequeñas,
todo lo pequeñas que queramos, imprecisiones originales, se vayan ampliando
a medida que se desarrollan los procesos físicos (y los químicos y
biológicos que se deriven de dichos procesos físicos). Estos mecanismos de
amplificación de las pequeñas fluctuaciones (o imprecisiones) iniciales,
entre los que se encuentra el caos, que es consecuencia de la evolución de
procesos dinámicos no lineales, son tan sensibles a esos diminutos cambios
en las condiciones de partida, que al cabo de un cierto tiempo no es posible
predecir nada de muchas partes del proceso dinámico global, esto es, del
desarrollo de la historia o la vida de lo que nos rodea. Y ese período de
tiempo tras el cual muchas, muchísimas predicciones se han hecho imposibles,
no es muy largo. Como el tiempo necesario para alcanzar la casi completa
impredecibilidad es función logarítmica del error inicial, en un breve lapso
de tiempo el sistema, el mundo, se ha vuelto, desde el punto de vista
práctico, completamente indeterminado.