miércoles, 1 de abril de 2009

(PARÉNTESIS CUÁNTICO)


Si leíste el post "LA REALIDAD YA NO ES UNA CERTEZA", tenemos ahora comentario invitado aclarando más sobre los fenómenos misteriosos de la mecánica a nivel subatómico, sin parangón con la mecánica clásica del universo visible, y la reciente interpretación de esa mecánica cuántica como "teoría de la información". Al habla Enrique Vela (muchas gracias):

Añado este comentario aquí porque me he retrasado tanto en escribirlo que a lo mejor ya nadie lee lo relativo al post sobre cuántica e información. En todo caso, Pepo puede recolocarlo donde le parezca mejor si lo ve conveniente.

El problema de la interpretación de la mecánica cuántica, que colea desde sus inicios, se centra en la aparentemente inexplicable pérdida de objetividad de la ciencia que se produciría cuando admitimos que el proceso de medir altera los estados cuánticos. Más allá de que exista una alteración mínima inevitable impuesta por la relación de incertidumbre de Heisenberg, se plantea la cuestión de qué pasa con el concepto de una realidad independiente del hombre si el proceso macroscópico de medir es probabilista y altera de forma imprevisible el estado microscópico. ¿Qué existía antes de medir que da ese resultado de medida? ¿Existía algo? Parece que acabásemos en una variante del dilema del árbol que cae en el bosque pero nadie lo ve. ¿Cómo está el gato de Schrödinger, vivo o muerto? No hay término medio. La lógica usual vacila...

[Nota para profanos: el principio de incertidumbre de Heinsenberg (1927) estableció que es imposible medir simultáneamente la posición de una partícula y la cantidad de movimiento de esa partícula, con lo cual no es posible determinar su trayectoria con precisión. Cuanto mayor sea la exactitud con que se conozca la posición de la partícula, mayor será el error en su velocidad, y viceversa. Solamente se puede determinar la probabilidad de que la partícula esté en una región determinada. La razón es que para detectar la partícula hace falta un fotón de luz que choque con ella, y ese choque modifica instantáneamente su posición y velocidad; la propia medida del observador modifica los datos recogidos con un error que resulta imposible reducir del todo. Esta indeterminación a nivel subatómico rompe con el determinismo y la predictibilidad de la mecánica clásica que explicaba el universo visible.
La paradoja del "gato de Shcrödinger" por su parte fue un experimento imaginario que expuso el fenómeno de la superposición cuántica y cómo el comportamiento de las partículas subatómicas sólo puede determinarse probabilísticamente porque el hecho de observar modifica el estado del sistema que se quiere observar. Video de REDES sobre la "paradoja del gato"]


Desde que me explicaron esto en la carrera a mí siempre me ha parecido que se trataba de un dilema bizantino levantado sobre planteamientos equivocados de algún modo. Sin embargo, las distintas facciones (los que querían volver al status de la física clásica y los que veían la cuántica como inevitable) han depurado los términos lógicos de la cuestión hasta el punto de probar teoremas (Bell) y diseñar experimentos discriminatorios (Aspect).

[Nota: el experimento de Alain Aspect en 1982 demostró que el cambio en una partícula podía causar un cambio correspondiente en otra partícula correlacionada con ella, de modo instantáneo y aunque estuvieran separadas por enormes distancias, a una velocidad "superior a la luz" -algo imposible en la relatividad de Einstein-. Dicho de otra forma, sin trasmisión de una acción causal a distancia, o sea, sin presencia local (causalidad no-local a nivel subatómico) ].


El resultado indica que los experimentos siguen siempre lo que predice la mecánica cuántica y que, por lo tanto, hay que renunciar a alguna de las hipótesis del teorema que llevarían a otro resultado. Esto se traduce en dos posibilidades: o renunciamos a la existencia de una realidad independiente del hombre o renunciamos al carácter local de la física. Esto último supone que dos sistemas separados no pueden actuar el uno sobre el otro a distancia de forma instantánea y está relacionado con otro de los misterios cuánticos supuestamente inexplicables, el entrelazamiento. En el fondo es lo mismo planteado de otra manera.

Un sistema con dos partes entrelazadas que se separan (dos electrones viajando en direcciones opuestas). A uno se le mide el spin y se obtiene un resultado. Automáticamente, el otro (si el sistema inicial partía de spin cero) está en el estado opuesto. Antes, cada uno estaba en un estado mezcla de las 2 posibilidades. Al medir, aparentemente, obligamos al electrón no medido a colocarse en posición, sin mediar intercambio de información entre ellos. No sé si a vosotros os pasa lo mismo: ¿no es este enunciado engañoso? Los electrones no son exactamente desconocidos: estaban juntos en el pasado, dentro del mismo cono de luz.

He estado leyendo un artículo de Christopher Fuchs, uno de los representantes de las ideas del post que colgó Pepo, que resume su planteamiento. Fuchs parte de que toda medida es un proceso en el que se adquiere información y se reduce ignorancia. Acepta que no se podrá volver al planteamiento determinista clásico pero no acepta que la subjetividad del observador altere la realidad subyacente e intenta ver cómo puede ser válida la interpretación probabilística cuántica. Llama la atención sobre el hecho de que las probabilidades se refieren a resultados de medidas y, por lo tanto, a información, no directamente a la realidad. Cuando hablamos de la probabilidad de un estado hacemos una afirmación sobre lo que esperamos obtener si lo medimos. Después de medir, tenemos más información y se alteran las probabilidades que quedan para posteriores medidas. En esencia, su explicación se basa en esto: lo que se altera con la medida en un estado cuántico no es el sistema físico sino nuestras espectativas sobre futuras medidas. Seguimos sin poder saber más de cómo estaba el sistema antes de medirlo, pero sí sabemos más de cómo estará si lo volvemos a medir. De esta forma, lo que pasa con el entrelazamiento es que obtenemos información a distancia, pero no alteramos nada.

Para apoyar esto Fuchs desarrolla conceptos que entran más en la matemática pero que esencialmente se basan en comparar el proceso de medida (antiguo colapso de la función de onda famoso, o variación brusca del estado de un sistema después de haber obtenido una medida) con un proceso de probabilidad condicionada que sigue el Teorema de Bayes y consigue una cierta equivalencia matemática entre ambos procesos, con lo que sustenta su hipótesis de que el dilema interpretativo se salda como un proceso de teoría de la información. La Regla de Bayes te da la probabilidad para un proceso que se ignora condicionada a que haya sucedido seguro otro suceso con el que tiene relación y se compara con la probabilidad antes de medir y después de medir un valor determinado x.

Para mí resulta convincente en el sentido de que, en cierta forma, yo siempre he intuído que la discusión estaba sacada de contexto y que es absurdo pensar que nuestra intervención determina la realidad microscópica. Alterarla sí, Heisenberg nos marca ese límite tan claro como el de la velocidad de la luz, pero antes de existir el hombre, existían muchas cosas que no nos esperaron para ponerse a funcionar. Pero, por supuesto, toda la ciencia no es más que el estudio de la forma en que la mente comprende la realidad más que el estudio de la realidad misma, como demuestra el hecho de que los avances más espectaculares han venido derivados del reconocimiento de que la posición del hombre determina cómo ha interpretado lo que medía (relatividad, teorías gauge...).

Enrique Vela



----

Plus: TRES VIDEOS.

1) RELATIVIDAD Vs. CUÁNTICA. Video divulgativo sobre el problema de la unificación de la relatividad general con la mecánica cuántica



2) ENIGMAS DEL UNIVERSO EN "REDES" (LA 2). MATERIA OSCURA Y ENERGÍA OSCURA



3) HIPERESPACIO, MULTIVERSO. SUPERCUERDAS COMO POSIBLE TEORÍA UNIFICADORA DE LA RELATIVIDAD Y LA CUÁNTICA ("REDES", LA 2)



----

ACTUALIZACIÓN

Carl Sagan explica en su serie COSMOS las dimensiones extra del "hiperespacio" con un símil a base de cuadrados de papel, manzanas e "hipercubos" (gracias, Demetrio). En realidad es parecido a las explicaciones de aquella historieta de 1953 de Al Feldstein y Bernie Krigstein sobre un "monstruo de la quinta dimensión" (abajo).





ACTUALIZACIÓN 2

·La realidad cuántica existe aunque no sea observada· (gracias, harrynaybors). Personalmente nunca había dudado de eso.

6 comentarios:

Dani Gómez dijo...

¡Dios!
Pepo, creo que me va a explotar la cabeza en particulas subatómicas! Me vuelvo a la religión, que lo del 3en1 es mucho más fácil! Jajaja

Demetrio dijo...

encontre el video de Cosmos de Carl Sagan donde explica la historia del cuadrado, la manzana y la tercera dimensión!!...:)

acá

http://www.youtube.com/watch?v=KIadtFJYWhw

ademas encontré por casualidad esto, está en frances y no entiendo mucho se ve muy interesante.

http://www.dargaud.fr/front/albums/dossiers/blank.aspx?id=120

saludos.

harrynaybors dijo...

Quizás esto pueda ayudar

http://www.microsiervos.com/archivo/ciencia/avances-existencia-realidad-existe.html

Saludos

pere dijo...

"La realidad cuántica existe aunque no sea observada".

Uf, todo esto me recuerda a un personaje de la película Mistery men, que sólo podía volverse invisible si nadie lo miraba.
Por otra parte, no sé si es que no me he enterado muy bien de lo de la teoría antrópica, pero como explicación me parece un poco cutre.

Juan Ignacio dijo...

No sé si ha comentado por aquí (estoy releyendo un montón de semanas de golpe), pero lo que comenta Carl Sagan sobre el tema de dimensiones y percepciones está basado, tal y como cita al principio, en la novela corta (o relato largo) "Planilandia" ("Flatland") de Edwin Abbott Abbott.

Hay información detallada en la Wikipedia (mucho más en inglés) y se puede encontrar el relato completo, en castellano, en PDF buscando en google.

Pepo dijo...

Gracias, Juan Ignacio, no lo sabía. He mirado y la novela es de 1886, nada menos.