29 de agosto de 2010

FÍSICA CUÁNTICA Y CONCIENCIA: DESMINTIENDO EL ROMANCE (2)

El experimento de la rendija doble es (con permiso del experimento EPR-Bell-Aspect) la fuente del misterio cuántico (el "único misterio", que decía Feynman). Puesto que os supongo a todos familiarizados con el experimento (y ahí está el vídeo para los que no), no contaré aquí más que algunos detalles; en particular, lo importante es que, si van siendo proyectados electrones (p.ej.) uno a uno hacia una superficie con dos rendijas que tiene una pantalla que permite detectar el lugar al que llega cada electrón, entonces, si las dos rendijas están abiertas, la pantalla muestra una distribución de interferencias, lo que quiere decir que cada electrón ha pasado por ambas rendijas, produciendo una interferencia consigo mismo. En cambio, si colocamos detectores justo tras las rendijas, que se enciendan al detectar si un electrón ha pasado por una u otra de ellas, veremos que cada electrón ha pasado por una y sólo una de las rendijas, y además la distribución de interferencias en la pantalla desaparece, reemplazada por una sola mancha tras cada rendija. Es decir, si hacemos algo que pueda darnos la información sobre por que rendija ha pasado el electrón, éste pasa sólo por una rendija, y se comporta como una partícula; en cambio, si no hacemos nada que nos pueda dar esa información, el electrón pasa por las dos rendijas, comportándose como una onda.
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Ahora bien, ¿de qué es una onda la onda en que consiste el electrón?, ¿qué es lo que "ondula" en esa onda -cuya descripción matemática es la ecuación de Schrödinger? Se trata realmente de un "material" notablemente abstracto, pues podemos interpretarla como una onda "compuesta" por todos y cada uno de los posibles recorridos del electrón entre el emisor y la pantalla (o los detectores), cada uno de ellos con una probabilidad diferente, calculable según esa ecuación. Es decir, mientras el electrón se comporta como una onda, el electrón consiste en una "superposición" de posibles estados. Nótese que no se trata necesariamente de que existan varias realidades alternativas, y que, al menos en ciertos experimentos, la realidad consista en algo así una "mezcla" de todas ellas, sino que el sistema se puede describir mediante una ecuación en particular. Lo importante, digamos, no es tanto "qué es lo que ondula" (esa es una pregunta equivocada), sino sencillamente el hecho de que, sea lo que sea lo que está "sucediendo" en el experimento, ello puede ser descrito correctamente por la ecuación de Schrödinger.
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¿Qué pinta en todo esto la consciencia? Como sabéis, una famosa interpretación de la mecánica cuántica (que, pese al bueno de Erwin, se ha asociado de manera indeleble al experimento mental del "gato de Schrödinger", que él propuso para mostrar lo absurdo de dicha interpretación) afirma que el electrón no está en ningún estado determinado, sino en una "mezcla" de ellos, hasta que es observado por un observador consciente. Ahora bien, está fuera de toda duda que en la descripción del experimento no aparecen para nada los observadores, sino únicamente ciertos aparatos y ciertos resultados. ¿No podemos decir que es la interacción con el detector -¡y no con el observador!- lo que hace que el electrón deje de comportarse como una superposición ondulatoria y se comporte como una partícula? El mejor argumento en contra de esta posibilidad fue sugerido por von Neumann: el detector es un sistema físico que, igual que el electrón, estará descrito por su propia ecuación de Schrödinger, y lo mismo ocurre con el sistema que resulta de la combinación del electrón y el detector; ahora bien, no hay nada en la ecuación de onda (sea de un electrón, o del sistema electrón-detector) que haga que se pase de onda a partícula (o mejor dicho, de la onda previa a la interacción con el detector, a la onda posterior a esa interacción -en la que varios caminos han sido descartados-, y que llega como tal onda hasta la pantalla -ella misma un detector-). En cambio, nosotros observamos el detector en un estado determinado, luego podemos suponer (nótese que se trata de una suposición) que es la observación (o algo que tiene que ver directamente con la observación, con el hecho de observar conscientemente) lo que "causa" que de entre todos los estados posibles recogidos en la onda, sólo observemos uno.
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Como han señalado varios comentaristas en la entrada anterior a la serie, hay otras interpretaciones de la mecánica cuántica en las que la conciencia no desempeña ningún papel. P.ej., en la teoría de la decoherencia cuántica (que no es realmente una interpretación de la ecuación de Schrödinger, sino una modificación, añadiéndole ciertas condiciones adicionales), los sistemas cuánticos se comportan de acuerdo con una "superposición de estados" cuando están relativamente aislados y son relativamente simples, mientras que se comportan de manera más "clásica" (con una función de onda que tiene un gran "pico" en un solo estado) cuando interactúan con -o son ellos mismos- sistemas muy complejos. Pero, por lo que sé, la teoría de la decoherencia cuántica no ha hecho aún predicciones específicas que serían difíciles de interpretar según la interpretación idealista (si alguien más enterado lo sabe, le agradecería la información). En el resto de la serie me dedicaré, por tanto, a considerar razonamientos, o experimentos mentales, que hacen la interpretación "idealista" poco atractiva.
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El primer argumento es de simetría: se afirma, como hemos visto, que las ecuaciones de la mecánica cuántica no contienen nada que permita inferir el "colapso" de la función de onda, y por tanto, puesto que la observación consciente siempre es de un estado determinado, puede ser que la consciencia sea la "responsable" del "colapso". Pero igual que no hay en las ecuaciones ningún elemento que permita explicar el colapso, tampoco esta interpretación nos lo proporciona ese elemento, es decir, no nos explica absolutamente de ninguna manera cómo es que la consciencia "causa" ese colapso. Como mucho, la interpretación idealista señala hacia un lugar en el que podría buscarse una respuesta al "problema de la medición" (que es otra forma de llamar al problema de cómo es que después de interactuar con un detector, la ecuación de onda resultante recoge menos posibilidades), pero no nos da absolutamente ninguna pista sobre cómo podría ser esa respuesta (cosa que, al menos, la teoría de la decoherencia sí que hace).
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Más:
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12 comentarios:

  1. Después de la santísima trinidad, la dualidad corpúsculo onda, me sabe a poco.
    También en el caso de la santísima trinidad, las manifestaciones, se hacen corpóreas, persona a persona, y sí, también, depende mucho del observador, de su consciencia'.

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  2. ¡Es cierto! ¿Os dais cuenta de que los bariones también vienen como Trinidades de quarks? Como el Padre, el Hijo y el Espíritu Santo, unidos entre sí por los gluones segregados por la Virgen María.

    Es cierto que también existen los antiquarks, pero eso es lógico: ¡el Diablo también existe! Así que si existe la Santísima Trinidad, tiene que existir la Maldita Trinidad, formada por Satanás, Belzebú y Radamanto, unidos por los antigluones segregados por Leire Pajín, Bibiana Aído y Trinidad Jimenez, que son las tres Antivírgenes.

    Y cuando a un antibarión le quitas un quark maldito, se transforma en un Impío Mesón. Por ejemplo, Pepiño Blanco, el probre, a quien se le nota que le faltan algunas cosas para estar completo.

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  3. En la primera entrada de la serie pregunté si alguien sabía algo sobre ciertos experimentos tipo "gato de Schrödinger", realizados por primera vez hace quince años, a los que aluden varios artículos citados en el texto que enlaza Jesús sobre la decoherencia.

    Mi pregunta sigue en pie porque, cuanto más leo sobre el asunto, más convencido estoy de que tiene que haber muchas cosas que estoy entendiendo al revés.

    Por lo leído hasta ahora, me parece entender que esos experimentos han permitido observar una superposición de estados. ¿Es esto así?

    Si lo es, no entiendo cómo pueden mantenerse las tres interpretaciones más divulgadas de la cuántica (la de Copenhague, la de los muchos mundos y la idealista que discute Jesús), y ni siquiera entiendo por qué dicen que esos experimentos son equivalentes al del "gato de Schrödinger".

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  4. ¿Por qué el "abuelito de las radezas cuánticas" se parece un poco a Ud D. Jesús?

    Espero que esta opinión no afecte a la evalución de su asignatura del master el próximo curso.

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  5. Lo de la falta de equivalencia con el gato de Schrödinger es por lo siguiente:

    El experimento mental del gato consta de una caja cerrada que impide observar lo que ocurre en su interior hasta que llega el momento de realizar la medida, y lo que se supone que ocurre en el interior es precisamente la superposición de estados. Es decir: el experimento mental de Schrödinger parece indicar que la superposición es inobservable, pues el propio hecho de observar acaba con la superposición.

    En los experimentos citados, sin embargo, la superposición es observable, el interior de la caja deja de ser un misterio y podemos observar efectivamente al gato vivo y muerto.

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  6. En cuanto a los problemas que plantean esos experimentos a las tres interpretaciones citadas, la cosa sería así:

    - Interpretación de los muchos mundos. Los problemas para esta teoría son evidentes y aparecen reflejados en algunos de los artículos que explican estos experimentos: si la superposición es observable en nuestro mundo, no hay ninguna razón para suponer el desdoblamiento en dos mundos, uno con el estado A y otro con el estado B.

    - Interpretación idealista. En esos experimentos, nuestra conciencia registra la superposición sin colapsarla.

    - Interpretación de Copenhague. No es cierto que preguntarse por lo que ocurre en el interior de la caja carezca de sentido físico y que sólo podamos hablar de lo medido (es decir, de la caja abierta): la superposición de estados es algo tan físico y observable como su resultado colapsado en el momento de la medición.

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  7. Ejecución:
    la superposición NO ES OBSERVABLE; los experimentos a los que te refieres significan que se ha conseguido demostrar que ciertas entidades están en un estado de superposición, IGUAL que lo están los electrones o los fotones en el experimento de la doble rendija, pero no se "observan" en esa superposición. Por lo que sé, los objetos más complejos para los que se ha logrado eso son los fullerenos (moléculas con 60 átomos de carbono, que no está mal).

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  8. Jesús,

    Pero entonces, ¿qué han demostrado esos experimentos que no se supiera antes? ¿Que pueden estar en superposición objetos más complejos que los electrones y los fotones?

    Y ya que estamos: ¿por qué dicen que esos resultados afectan en cierto modo a la interpretación de los muchos mundos? Quiero decir, ¿por qué le afectan más que los experimentos de la doble rendija?

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  9. EI:
    ¿qué han demostrado esos experimentos que no se supiera antes? ¿Que pueden estar en superposición objetos más complejos que los electrones y los fotones?
    Eso creo, pero no estoy muy seguro; a ver si nos contesta alguien más enterao.

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  10. Jesús,

    Acabo de leer con algo más de calma tu enlace sobre decoherencia y me ha parecido entender que la aportación de esos experimentos es más radical: lo que demostrarían es la existencia de la superposición de estados como un fenómeno físico.

    A lo mejor es una burrada esta lectura y la existencia física de la superposición de estados está comprobadísima (de hecho, antes no lo pregunté por pura vergüenza), pero este párrafo me parece que va por ahí:

    As was explained in the main text, there is now experimental support for this decoherence viewpoint. If particles can be isolated from the environment we can manage to view multiple interference superposition terms as a physical reality in this universe. (...)If the interference terms had really escaped to a parallel universe then we should never be able to observe them both as physical reality in this universe.


    En fin, a ver si aparece pronto un físico de guardia para despejar las dudas.

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  11. que animosa animadversion a considerar la conciencia como elemento evolutivo, pero no sustancial de la naturaleza. Fastidia a algunos que la mente y las emociones sean partes fundamentales de la naturaleza e intrinsicas de ella.

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