Interpretaciones de la Mecánica Cuántica

📅 11/02/2017

Nota: este es un fragmento de un estudio que tuve que hacer en la universidad sobre la mecánica cuántica. Me fascina el hecho de que existan teorías que planteen la existencia de multiversos, o que cuestionen nuestra percepción clásica de la realidad. Desde mi completa ignorancia, parece material de una película sci-fi.

La mecánica cuántica dicta que las partículas subatómicas que componen los átomos no están en sitios concretos, sino que tienen en cada momento una función de onda de probabilidad, de forma que solo podríamos decir donde es más probable encontrarla. Abandona la posibilidad de la física clásica en la que posición y velocidad de una partícula pueden ser determinadas con cualquier exactitud y nos presenta que todo lo que podemos obtener es una imagen borrosa de probabilidades.

Esta evolución ondulatoria en el tiempo está definida mediante la ecuación de Schröndinger.

Si miramos dónde se define la partícula por una onda de probabilidad, las reglas de la mecánica cuántica nos dicen que en el momento de la medida, la onda colapsa a una de sus dos funciones. Es decir, no podemos conocer simultáneamente la posición y la velocidad de una partícula...

La explicación de lo que realmente está ocurriendo viene dada por las diferentes interpretaciones de la mecánica cuántica.

Una de las explicaciones más clásicas es la Interpretación de Copenhague, que asume que la función de onda colapsa al azar a una de las posibilidades. Una interpretación que simplemente recalca que hay que renovar el punto de vista clásico y amoldarlo a los puntos de vista cuánticos, es decir, eliminar la necesidad de elegir entre naturaleza corpuscular o ondulatoria, ya que ambas son realidades intrínsecas de la cuántica, manifestaciones semejantes.

Aunque existen procesos, como el entrelazamiento cuántico, en los que varias partículas interaccionan sin que realmente ocurra un colapso de la función, excepciones que el principio de indeterminación de Heissenberg (que incorpora la interpretación de Copenhague) no presenta en sus dictados. Por lo que surgen nuevas interpretaciones que intentan explicar lo que realmente está pasando.

El experimento del gato de Schrödinger es un sistema pensado para tratar de comprender las consecuencias del colapso de la función onda (en definitiva, de la mecánica cuántica).

Plantea un sistema que se encuentra formado por una caja cerrada y opaca que contiene un gato en su interior, una botella de gas venenoso y un dispositivo, el cual contiene una partícula radiactiva con una probabilidad del 50% de desintegrarse en un tiempo dado, de manera que si la partícula se desintegra, el veneno se libera y el gato muere.


Mientras que en la mecánica clásica el gato estará vivo o muerto antes de que abramos la caja, la cuántica (interpretada literalmente) nos dice que el gato estará vivo y muerto hasta que el observador intervenga en el proceso de medida.

Según la interpretación de Copenhague, la sola acción de observar modifica el estado del sistema tal que ahora observamos un gato vivo o un gato muerto. Trata al colapso de la función de onda como inevitable en el proceso de medida.

La interpretación de Everett dicta que realmente la función de onda no colapsa, sino que genera en cada medición dos realidades (o universos) diferentes. Es la llamada teoría de los multiversos.

En el caso del gato de Schrödinger, la medida del suceso ramifica la evolución temporal de la función onda, el gato está vivo y muerto pero en ramas diferentes del universo.


La interpretación de la mecánica cuántica relacional

La interpretación relacional no hace ninguna distinción fundamental entre el experimentador humano, el gato, o aparato, o entre lo animado y sistemas inanimados, todos son sistemas cuánticos que se rigen por las mismas reglas de evolución de la función de onda, y todos pueden ser considerados como "observadores". Pero la interpretación relacional permite que diferentes observadores pueden dar diferentes explicaciones de la misma serie de eventos, dependiendo de la información que tienen sobre el sistema.

El gato puede ser considerado como un observador del aparato, y el experimentador puede ser considerado otro observador del sistema en el cuadro (el gato más el aparato). Antes de que la caja se abra, el gato, por la naturaleza de estar vivo o muerto, tiene información sobre el estado del aparato (si el átomo ya se ha degradado o no degradado); pero el experimentador no tiene información sobre el estado del interior de la caja. De esta manera, los dos observadores simultáneamente tienen percepciones diferentes de la situación: para el gato, la función de onda del aparato ha aparecido en "colapso", pero para el experimentador, el contenido de la caja parece estar en superposición. No es hasta que la caja se abre, y ambos observadores tienen la misma información sobre lo que ha pasado, que los dos sistemas parecen colapsar en el mismo resultado, un gato que está vivo o muerto.

Cabe destacar que, Schrödinger, con el experimento del gato en la caja pretendía demostrar lo complicado e inverosímil que resulta aplicar los dictados de la mecánica cuántica a fenómenos macroscópicos, donde la comprobación empírica de los resultados es técnicamente inalcanzable. Estas comparaciones con el experimento del gato se hacen para tratar de dar una idea visual al lector de los complejos procesos cuánticos que suceden a nivel atómico, y de lo extraño que resultan en la interpretación de sus resultados.

Existen multitud de diferentes variantes de las interpretaciones clásicas de la mecánica cuántica aparecidas durante las últimas décadas.

Una de las más actuales, defiende que la cuántica, que en su cálculo y funcionamiento se basa en la probabilidad, es decir, estadística, se maneja con información, y no con corpúsculos u ondas. Estas pequeñas unidades de información son las que estructuran la realidad y componen la diversidad de la misma. Esta teoría está postulada en la tesis doctoral del físico Vlatko Vedral. Según él, en la mecánica cuántica no se puede decir que algo exista o no, a no ser que se haya realizado una medición, así que es impreciso decir: “tenemos un átomo situado aquí”, a no ser que hayamos interactuado con ese átomo y recibido información que corrobore su existencia ahí. Por lo tanto, es incorrecto lógica y físicamente, o mejor dicho experimentalmente, hablar de fragmentos de energía o materia que existan con independencia de nuestra capacidad de confirmarlo experimentalmente.

Una de sus ideas más radicales (aunque evidentes tras el análisis de la ecuación de onda de Schrödinger y el colapso de la misma) es la que dicta que el sujeto que percibe es quien constituye la realidad. Por tanto, el sujeto, al conocer, estaría constituyendo la realidad que conoce (y el conocer es un acto de información). Esta idea, que propone Vlatko Vedral pero que no es ni mucho menos nueva, plantea muchos interrogantes.

Si no se corrobora la existencia de algo, sin ninguna medición, no se puede afirmar que exista. La materia y/o energía no existen sin la existencia de un observador, sin una confirmación empírica. Nada existe si no hay un observador que le de existencia, una consciencia que le de forma. Las unidades fundamentales de la realidad son unidades de información, la construcción de la realidad que se aprecia no son ni partículas ni energía, es un abstracto, son representaciones formadas con información en un receptor, algo que lo capta, lo intercambia y lo solidifica dentro de una consciencia.

Si la interacción con el mundo es lo que genera la propia realidad del mundo, la existencia del mismo debería ser gracias a los observadores, es decir, cada observador, cada persona, debería ser un ordenador cuántico que lee e interpreta información y crea o modifica una realidad.

Aun así no existe consenso general ni unificado sobre una interpretación definitiva de la realidad cuántica, por lo que si preguntamos a cualquier científico que defienda una de éstas teorías, estará de acuerdo con nosotros en lo siguiente:

“Si crees haberlo entendido (la cuántica) es que no has pensado en ello lo suficiente”
- Niels Böhr