La mecánica cuántica, la teoría que rige el microcosmos de átomos y partículas, ha deslumbrado e intrigado a los físicos durante décadas.
Pero los debates sobre la mecánica cuántica –ya sea en foros de chat, en los medios o en la ciencia ficción– suelen enredarse por varios mitos persistentes.
Este artículo describe cuatro de ellos, desde malentendidos sobre el entrelazamiento cuántico hasta la paradoja planteada por el «gato de Schrödinger».
La mecánica cuántica, la teoría que rige el microcosmos de átomos y partículas, sin duda tiene el factor X. A diferencia de otras áreas de la física, es extraña y contraintuitiva, lo que la hace deslumbrante e intrigante. Cuando el Premio Nobel de Física de 2022 fue otorgado a Alain Aspect, John Clauser y Anton Zeilinger por investigaciones que arrojan luz sobre la mecánica cuántica, despertó entusiasmo y debate.
Pero los debates sobre la mecánica cuántica –ya sea en foros de chat, en los medios o en la ciencia ficción– suelen enredarse por una serie de mitos y conceptos erróneos persistentes. Aquí hay cuatro.
1. Un gato puede estar muerto y vivo
Erwin Schrödinger probablemente nunca habría podido predecir que su experimento mental, el gato de Schrödinger, alcanzaría la condición de meme de internet en el siglo XXI.
Sugiere que un desafortunado felino encerrado en una caja con un mecanismo de muerte activado por un suceso cuántico aleatorio (por ejemplo, la desintegración radiactiva) podría estar vivo y muerto al mismo tiempo, siempre que no abramos la caja para comprobarlo.
Desde hace tiempo sabemos que las partículas cuánticas pueden encontrarse en dos estados (por ejemplo, en dos ubicaciones) al mismo tiempo. A esto lo llamamos superposición.
Los científicos han podido demostrarlo en el famoso experimento de la doble rendija, en el que una sola partícula cuántica, como un fotón o un electrón, puede atravesar simultáneamente dos rendijas distintas de una pared. ¿Cómo lo sabemos?
En la física cuántica, el estado de cada partícula también es una onda. Pero cuando enviamos un flujo de fotones, uno a uno, a través de las rendijas, se crea un patrón de dos ondas que interfieren entre sí en una pantalla situada detrás de la rendija. Como cada fotón no tenía otros fotones con los que interferir al atravesar las rendijas, significa que debió atravesar simultáneamente ambas rendijas, interfiriendo consigo mismo.
Para que esto funcione, sin embargo, los estados (ondas) de la superposición de la partícula que atraviesa ambas rendijas deben ser “coherentes” –es decir, tener una relación bien definida entre sí.
Estos experimentos de superposición pueden realizarse con objetos de tamaño y complejidad cada vez mayores. Uno famoso experimento de Anton Zeilinger en 1999 demostró la superposición cuántica con grandes moléculas de Carbono-60 conocidas como «buckybolas».
Entonces, ¿qué significa esto para nuestro pobre gato? ¿Está realmente vivo y muerto mientras no abramos la caja? Evidentemente, un gato no se parece en nada a un fotón individual en un entorno de laboratorio controlado: es mucho más grande y complejo. Cualquier coherencia que los billones de billones de átomos que componen el gato puedan tener entre sí es extremadamente breve.
Esto no significa que la coherencia cuántica sea imposible en los sistemas biológicos, sino que, por lo general, no se aplicará a criaturas grandes como los gatos o los seres humanos.
2. Las analogías sencillas pueden explicar el entrelazamiento
El entrelazamiento es una propiedad cuántica que vincula dos partículas distintas de modo que, si se mide una, se conoce automática e instantáneamente el estado de la otra, sin importar lo alejadas que estén.
Las explicaciones habituales al respecto suelen recurrir a objetos cotidianos de nuestro mundo macroscópico clásico, como dados, cartas o incluso pares de calcetines de colores distintos. Por ejemplo, imagine que le dice a su amigo que ha colocado una carta azul en un sobre y una carta naranja en otro. Si su amigo toma uno de los sobres, lo abre y encuentra la carta azul, sabrá que usted tiene la carta naranja.
Pero para entender la mecánica cuántica, hay que imaginar que las dos cartas dentro de los sobres están en una superposición conjunta, lo que significa que son naranjas y azules a la vez (en concreto, naranja/azul y azul/naranja). Al abrir un sobre se revela un color determinado al azar. Pero al abrir el segundo, siempre aparecerá el color opuesto, porque está “misteriosamente” vinculado a la primera carta.
Se podría obligar a las cartas a mostrar un conjunto distinto de colores, algo parecido a realizar otro tipo de medición. Podríamos abrir un sobre planteando la pregunta: “¿Eres una carta verde o roja?”. La respuesta volvería a ser aleatoria: verde o roja. Pero, y esto es crucial, si las cartas estuvieran entrelazadas, la otra carta seguiría dando siempre el resultado opuesto al formularle la misma pregunta.
Albert Einstein intentó explicarlo con la intuición clásica, sugiriendo que las cartas podrían haber recibido un conjunto oculto e interno de instrucciones que les indicaba de qué color aparecer ante una determinada pregunta. También rechazó la aparente acción “espeluznante” entre las cartas, que parece permitirles influirse mutuamente de forma instantánea, lo que supondría una comunicación más rápida que la velocidad de la luz, algo prohibido por las teorías de Einstein.
Sin embargo, la explicación de Einstein fue posteriormente descartada por el teorema de Bell (una prueba teórica creada por el físico John Stewart Bell) y por experimentos de los galardonados con el Nobel de 2022. La idea de que medir una carta entrelazada cambia el estado de la otra no es cierta. Las partículas cuánticas simplemente están correlacionadas de forma misteriosa, de maneras que no podemos describir con la lógica o el lenguaje cotidianos: no se comunican ni contienen un código oculto, como había pensado Einstein. Así pues, olvídese de los objetos cotidianos cuando piense en el entrelazamiento.
3. La naturaleza es irreal y «no local»
A menudo se dice que el teorema de Bell demuestra que la naturaleza no es “local”, es decir, que un objeto no se ve influido únicamente por su entorno inmediato. Otra interpretación habitual es que implica que las propiedades de los objetos cuánticos no son “reales”, es decir, que no existen antes de la medición.
Pero el teorema de Bell solo nos permite afirmar que la física cuántica implica que la naturaleza no es a la vez real y local si asumimos, al mismo tiempo, algunas otras premisas. Entre estas suposiciones se incluye la idea de que las mediciones solo tienen un resultado (y no varios, quizá en mundos paralelos), que causa y efecto fluyen hacia adelante en el tiempo y que no vivimos en un “universo de relojería” en el que todo ha estado predeterminado desde el origen de los tiempos.
A pesar del teorema de Bell, la naturaleza bien podría ser real y local, si se permitiera romper algunas otras cosas que consideramos de sentido común, como que el tiempo avanza. Y es de esperar que futuras investigaciones reduzcan el gran número de interpretaciones potenciales de la mecánica cuántica. Sin embargo, la mayoría de las opciones sobre la mesa —por ejemplo, que el tiempo fluya hacia atrás o la ausencia de libre albedrío— son, por lo menos, tan absurdas como renunciar al concepto de realidad local.
4. Nadie entiende la mecánica cuántica
Una cita clásica (atribuida al físico Richard Feynman, pero en esta forma también parafraseando a Niels Bohr) resume: “Si cree que entiende la mecánica cuántica, es que no la entiende.”
Esta opinión está muy extendida entre el público. Se supone que la física cuántica es imposible de entender, incluso para los físicos. Pero desde una perspectiva del siglo XXI, la física cuántica no es especialmente difícil, ni matemática ni conceptualmente, para los científicos. La comprendemos extraordinariamente bien, hasta el punto de que podemos predecir fenómenos cuánticos con gran precisión, simular sistemas cuánticos muy complejos e incluso empezar a construir ordenadores cuánticos.
La superposición y el entrelazamiento, cuando se explican en el lenguaje de la información cuántica, no requieren más que matemáticas de bachillerato. El teorema de Bell no requiere en absoluto física cuántica. Puede deducirse en unas pocas líneas utilizando la teoría de probabilidades y el álgebra lineal.
Quizá la verdadera dificultad esté en cómo conciliar la física cuántica con nuestra realidad intuitiva. No tener todas las respuestas no nos impedirá seguir progresando en la tecnología cuántica. Simplemente podemos callar y calcular.
Afortunadamente para la humanidad, los premios Nobel Aspect, Clauser y Zeilinger se negaron a callar y siguieron preguntándose por qué. Otros como ellos podrían algún día ayudar a conciliar la extrañeza cuántica con nuestra experiencia de la realidad.
