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¿Mecánica cuántica o misticismo cuántico?

Una defensa enérgica pero cuestionable de la interpretación de los muchos mundos.

SOMETHING DEEPLY HIDDEN
QUANTUM WORLDS AND THE EMERGENCE OF SPACETIME
Sean Carroll
Dutton, 2019
368 págs.

De entre todas las teorías científicas, la mecánica cuántica ha corrido una suerte peculiar. Teniendo a su favor las comprobaciones experimentales más espectaculares de la historia, aglutina todavía un número significativo de descontentos. Una razón para ello es, sin duda, que sus consecuencias parecen no adaptarse a nuestro «sentido común». Pero también hay una causa histórica. Entre la primera generación de críticos se encontraron algunos grandes nombres de la física del siglo XX; entre ellos, varios de los creadores de la teoría. Especial influencia tuvieron las críticas de Erwin Schrödinger, con su célebre gato, y las de Albert Einstein, cuyo escepticismo condujo a la identificación del más cuántico de todos los fenómenos físicos: el entrelazamiento.

Mientras que en el caso de otras teorías revolucionarias los éxitos y el tiempo acaban por acallar a los críticos, con la mecánica cuántica estos persisten tras casi un siglo desde su formulación. El núcleo del «problema» está claramente en que, a diferencia de la mecánica clásica, es imposible predecir los resultados de una medida cuántica con total certeza, ni siquiera cuando nuestro conocimiento del sistema es exhaustivo. Desde un punto de vista histórico, es precisamente esta naturaleza no determinista (verificada experimentalmente de forma repetida) la que hace de la mecánica cuántica la teoría que inaugura la física del siglo XX. Por contraste, la relatividad especial y general, ambas nacidas también a principios del pasado siglo, pueden considerarse en más de un sentido como la culminación de la física determinista del siglo XIX.

Los intentos de «purgar» la mecánica cuántica de su carácter intrínsecamente probabilístico condujeron a la formulación de las teorías de variables ocultas. El fracaso experimental de estas ha desplazado la atención a la llamada interpretación de muchos mundos (IMM). Su origen se remonta al trabajo de Hugh Everett en los años cincuenta, aunque su versión actual debe mucho a la formulación de otros físicos posteriores. La IMM elimina el carácter estocástico de los fenómenos cuánticos de un plumazo: la evolución de la función de onda es siempre determinista y, como consecuencia de una medida, todos los posibles resultados de esta se realizan, aunque en diferentes «mundos» completamente desconectados entre sí. Los conocedores del universo narrativo de Jorge Luis Borges habrán sin duda notado ya las resonancias con su relato de 1944 El jardín de caminos que se bifurcan.

La IMM ha encontrado especial eco en la divulgación científica contemporánea. Recordemos títulos como La realidad oculta, del físico teórico Brian Greene (Crítica, 2016), o Nuestro universo matemático (Antoni Bosch, 2015), del también físico Max Tegmark. La incorporación más reciente a esta lista es Something deeply hidden, el último libro de Sean Carroll, cosmólogo y físico teórico del Instituto de Tecnología de California. En él, el autor se propone convencer al lector de que la IMM no solo es la descripción más pura del mundo cuántico, sino también la más económica desde el punto de vista explicativo.

Difícil tarea, sin duda, defender la economía de un formalismo que asume la creación de un número ingente de mundos inobservables cada vez que se produce una medida cuántica. Carroll comienza con una presentación de la mecánica cuántica que, bajo el nombre de «interpretación de Copenhague», resalta el llamado postulado del colapso de la función de onda como una adición artificial. Este establece que, al efectuar una medición, la función de onda «se proyecta» sobre el estado asociado al resultado, cuya probabilidad queda dada por la regla de Born.

A esto Carroll contrapone lo que denomina «la mecánica cuántica austera», la cual, renunciando al colapso de la función de onda, simplemente contempla su evolución temporal mediante la ecuación de Schrödinger. Al realizar una medida, la función de onda se ramifica. Y como consecuencia de la interacción entre el sistema y el medio, esta acabará describiendo la superposición de tantos «mundos» (con sus correspondientes observadores) como resultados posibles implique la medida.

Puede que esta sea una visión muy austera de los procesos cuánticos; sin embargo, no explica el aspecto más importante del que debe dar cuenta toda teoría física: los resultados de los experimentos. Y es precisamente al intentar hacer esto que la IMM pierde todo atisbo de austeridad. Recuperar la regla de Born no solamente requiere cambiar el punto de vista sobre lo que significa la probabilidad. El verdadero problema radica en encontrar una manera de calcular la probabilidad de que el observador se encuentre en una u otra rama de la función de onda. Para conseguirlo, es necesario introducir criterios adicionales, como los «principios de racionalidad» que deben aplicar los observadores para localizarse en el espacio de funciones de onda.

Una de las críticas básicas del libro a la interpretación de Copenhague es que esta debe asumir la existencia de observadores clásicos, separados del sistema cuántico bajo estudio. Pero ¿es esto realmente un problema? La mecánica cuántica, como cualquier otra teoría física, es la forma que tenemos de explicar el mundo que observamos y, por tanto, su misión es poner orden en nuestras percepciones, ya sean estas directas o mediadas por instrumentos. De hecho, este es el objetivo último de toda descripción científica del universo.

Carroll nos recuerda que en el universo primitivo no había observadores que realizaran experimentos, pero que la física debe ser capaz de decir algo sobre qué ocurrió entonces. Así es. Pero lo que no parece contemplar este argumento es que nuestras teorías del universo primitivo intentan explicar qué ocurrió en el pasado remoto a partir de lo que observamos en el presente. Es decir: siempre se trata, en último término, de explicar observaciones.

El postulado del colapso no puede verse como un elemento extraño a la mecánica cuántica, sino como una regla básica que hace de ella una teoría científica operativa. Es por esta razón por la que la IMM se ve forzada a recuperar la regla de Born, empleando para ello una artificialidad extrema. Todo esto con el resultado final de que, a efectos prácticos, podemos ignorar toda la plétora de mundos paralelos y usar el formalismo ordinario de la mecánica cuántica. La impresión que se obtiene es, por tanto, que los muchos mundos acaban reduciéndose a un mero recurso dialéctico.

A pesar de todo lo anterior, el autor insiste en la realidad de todos los mundos en los que la función de onda se ramifica. La IMM parte de un presupuesto que, aunque Carroll denomine ontológico, podría también calificarse de metafísico: que la función de onda describe la realidad, y no simplemente nuestro conocimiento exhaustivo de ella. Se dota, por tanto, al espacio de todas las funciones de onda de realidad física, y se asume que los observadores son «vectores» de ese espacio. La interpretación de las diferentes ramas de la función de onda como mundos separados está basada, de hecho, en este compromiso metafísico.

La analogía usada por Carroll para ilustrar el significado de esos diferentes mundos es ciertamente reveladora: es, nos dice, como considerar un mundo habitado por los espíritus de los difuntos, en el que estos pueden interaccionar entre sí pero no con nosotros. A la vista de lo anterior, la respuesta que la IMM ofrece a los «problemas interpretativos» de la mecánica cuántica recuerda a la «solución» de problemas clásicos como la teodicea, invocando la existencia de realidades transcendentes.

Además del arsenal de argumentos presentados a favor de la IMM, Carroll se sirve también de un viejo truco dialéctico. Su discusión comienza intentando convencer al lector de la inviabilidad de la interpretación de Copenhague. Después, dando este punto por demostrado, la IMM se contrasta positivamente con alternativas más débiles o incluso marginales, como la mecánica de Bohm y las teorías de colapso espontáneo. Pero, muy a pesar de la argumentación del autor, la cuestión central de si los muchos mundos pueden o deben sustituir a la mecánica cuántica como una teoría científica operativa permanece sin demostrar.

Pese a estas críticas al núcleo argumental del libro, Something deeply hidden no es una obra carente de mérito. Carroll hace un gran esfuerzo divulgativo y el resultado es notable. Su discusión de la historia de la mecánica cuántica resulta muy recomendable, y algunos capítulos ofrecen magníficas presentaciones de temas de investigación punteros. Es el caso de las secciones finales del libro, dedicadas a las aplicaciones de la IMM a la teoría cuántica de campos y la gravedad cuántica, que sirven de excusa para discutir aspectos de la física de los agujeros negros y la noción de holografía. En resumen, se trata de una lectura entretenida e informativa, si bien exige al lector mantener su capacidad crítica en permanente alerta.

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