Diferentes realidades, ¿diferentes universos?

 ¿Cómo funciona el mundo? ¿Existe alguna metáfora que de significado a esta pregunta?. La vieja metáfora de la física clásica era “el mundo es como un reloj gigantesco”. Los físicos modernos hoy en día no poseen una sino varias imágenes tentativas que les permiten dar una explicación con sentido a los fenómenos que ocurren en el mundo de la física cuántica. Hoy sabemos que nuestro mundo no es determinístico como el funcionamiento del reloj donde causa-efecto se suceden en ese orden. Las diferentes realidades que aquí se mencionaran son diferentes modelos del mundo consistentes con la  teoría cuántica. Vale aquí algunas aclaraciones acerca del significado de lo que es un modelo. Los físicos al estudiar el mundo cuántico en particular, no pueden hacer replicas de cartón o madera de aquellas cosas que están estudiando tales como un fotón, por lo tanto sus modelos son una combinación de ecuaciones matemáticas y discernimientos físicos, los que les permiten tener cierta imagen de lo que pasa en ese mundo cuántico. Algunos de esos modelos son representaciones muy precisas de los fenómenos en cuestión, descriptos en términos de ecuaciones que pueden ser procesadas en una computadora para simular como un sistema o una entidad cuántica responderá a un determinado estímulo. Otros son mucho más vagos, menos precisos, en el sentido que solo intentan ayudar a la limitada imaginación humana a describir lo que está sucediendo. Una de los puntos  más importantes que se debe apreciar acerca de los modelos, es que ninguno de ellos es “la verdad”. Por eso, a pesar de que un determinado modelo sea muy preciso en describir y explicar lo que está ocurriendo en un contexto; otro modelo, completamente diferente al anterior, puede ser igualmente preciso en describir el comportamiento de la misma entidad o sistema cuántico bajo diferentes circunstancias, es decir en otro contexto. ¿Cuál de los dos representa a la realidad? ¿Cuál es la verdad? Ambos modelos son igualmente válidos.

Un ejemplo clásico de esta situación es la dualidad de la luz onda-partícula. A veces la luz debe describirse como una onda porque así es como se comporta, y en otras ocasiones como una partícula. No significa esto que la luz es realmente una onda o una partícula, sino que es algo para lo cual no hay una analogía en el mundo cotidiano de nuestros sentidos; es algo que bajo ciertas circunstancias parece comportarse como una onda, y bajo ciertas otras circunstancias, parece comportarse como una partícula.

Otro ejemplo ocurre con el modelo del átomo. Históricamente la idea de átomo se desarrolló pensando primero a los mismos como pequeñas esferas indivisibles,  luego se avanzó en la idea de un átomo compuesto por diferentes partículas. Usando el modelo de los átomos como “bolas de billar”, se pudieron hacer descripciones matemáticas muy precisas acerca del comportamiento de los gases, por ejemplo la relación entre presión y temperatura en un recipiente lleno de gas. Mas tarde cuando se desarrolló el modelo de átomo de Bohr con electrones considerados como pequeñas “ bolitas de billar” en órbita alrededor de un núcleo que es como una “bola de billar” más grande, este sirvió muy bien para poder explicar el origen de las líneas espectrales que producen los elementos. Mas adelante en el tiempo, la naturaleza de los enlaces o uniones químicas necesarios para formar diferentes compuestos, se pudo explicar utilizando el modelo de los electrones como “nubes” (distribución de probabilidades) alrededor del núcleo. A pesar de que hay una línea histórica en el desarrollo de los modelos, esto no significa que los últimos son correctos y los otros no. Los físicos aún hoy en día, utilizan el modelo de las “bolas de billar” para calcular la presión de los gases, y los químicos utilizan el modelo de Bohr para estudiar el espectro producido por diferentes elementos. Cada modelo es correcto en su propia área de aplicación, a pesar de que los diferentes modelos parecen ser incompatibles entre ellos.

Por eso la mejor manera de pensar a los diferentes modelos, que se presentan en la física (¿y en la vida cotidiana?), es considerarlos como diferentes herramientas para diferentes trabajos a realizar. Cuando utilizamos herramientas equivocadas, es imposible realizar el trabajo; de la misma forma si pretendemos explicar ciertos fenómenos con el modelo inapropiado, poco será lo que podamos explicar o bien las conclusiones serán erróneas.

Esta explicación es muy válida en términos de la física cuántica, porque en realidad todas las diferentes interpretaciones que dan lugar a diferentes realidades cuánticas, son modelos. Ninguno de ellos representa la verdad última acerca del mundo cuántico, y muy probablemente no hay manera de que el cerebro humano pueda alguna vez aprehender /comprender las verdades últimas del mundo cuántico. Todas las interpretaciones son simples ayudas para percibir lo que pasa realmente. Nadie sabe lo que el mundo cuántico realmente es, todo lo que podemos saber es como es.

Pero ¿qué quiero significar con todo esto? Como comentaba un autor, si vemos una película con huevos que están a punto de ser abiertos por el nuevo ser a nacer, nuestra imagen de la realidad nos hace esperar pollitos, si por el contrario surgen viboritas o cocodrilitos, experimentaremos la idea de que la realidad no es lo que imaginábamos de acuerdo a nuestras experiencias pasadas. Esto es lo que les ocurrió a los físicos cuando se encontraron con los fenómenos cuánticos. Este mundo en el cual vivimos no es lo que parece ser exteriormente. Ahora bien ¿cómo lo explicamos?.

Ya Kant creía que la apariencia del mundo estaba fuertemente condicionada por los sentidos humanos y por el aparato intelectual. Otros seres diferentes a nosotros los humanos, experimentarían el mismo mundo en una forma radicalmente diferente. Los hechos que llamamos científicos son tanto producto de la naturaleza humana del observador, como de la realidad intrínseca del hecho o fenómeno. Vemos al mundo a través de unos  anteojos humanos. El hombre está destinado, según Kant, a conocer ya sea directamente o a través de la creación de conceptos, solo las apariencias del mundo, y de ellas solo aquella parte que tiene origen humano. Kant es un ejemplo del pesimismo en la investigación de la realidad.

La teoría cuántica ha sido universalmente exitosa en describir fenómenos a todo nivel accesibles mediante experimentos,  la teoría cuántica funciona como un libro de cocina perfecto para cualquier cosa que queramos realizar dentro del mundo físico, sin embargo acompañando a esta precisión, existe un total desacuerdo acerca de lo que significa y de que clase  de realidad está sustentando. Existen varias “realidades” cuánticas que diferentes físicos defienden como “La realidad real o verdadera” que sustenta la apariencia externa. Algunas de estas “realidades” son además contradictorias entre sí, pero todas producen los mismos resultados ante los mismos experimentos. Veamos cuales son y que dice cada una de ellas; son las visiones  de algunos físicos de renombre que se expresan en la forma de ocho realidades distintas, las cuales representan ocho aproximaciones importantes a lo que realmente ocurre detrás de la escena, ocho modelos diferentes:

Realidad Cuántica # 1: La interpretación de Copenhague parte 1. Representada por Niels Bohr, que dice:

En el mundo físico, no existe una realidad profunda

Bohr no niega la evidencia de nuestros sentidos, el mundo que nos rodea es real, pero flota en un mundo mas profundo que no es real. Algunos físicos que se oponían a esta interpretación por ejemplo Einstein, decían que seguramente Bohr quería significar no extender las especulaciones por fuera del rango de los experimentos que se realizan, sino que existirían ciertas realidades escondidas y no conocidas por el momento con la tecnología existente. Pero Bohr no aceptaba esta interpretación, sino que insistía diciendo: “ no hay un mundo cuántico, solo existe una descripción cuántica abstracta”. Heinserberg, el Cristóbal Colón de la teoría cuántica escribió:

la esperanza de que nuevos experimentos nos guiarán hacia hechos objetivos en el tiempo y el espacio tiene tanto fundamento como esperar descubrir el final del mundo conocido en las zonas inexploradas de la Antártida.

Para dar una metáfora de la postura de esta realidad 1, muchos utilizaron las siguientes preguntas ¿La luna existe si no la observamos? O mejor, si una rama de un árbol cae en el bosque ¿hace ruido si nadie esta escuchando?. Es decir ¿existen realidades físicas objetivas o estas dependen de la existencia de un observador externo?. Los defensores de esta  realidad cuántica # 1 responden que no, no existen realidades objetivas en el mundo cuántico.

Realidad Cuántica # 2:  La interpretación de Copenhague, parte 2.

La realidad es creada por el acto de observar

Algo así como decir  las cosas existen solo cuando son observadas (recordemos las metáforas de la luna y la rama que cae en el bosque)

Es así que la interpretación de la escuela de Copenhague consiste en dos partes:

1.     No existe la realidad en ausencia de observación.

2.     La observación crea la realidad.

Pero surge la pregunta entonces de ¿qué es una observación? O ¿cuáles son las características que una observación debe tener para poder crear la realidad?. La respuesta a estas surge con la máxima del físico John Wheeler, que separa lo real de lo no real diciendo: Ningún fenómeno es un fenómeno real hasta que el mismo es observado. Esta creencia de que la realidad es creada por el observador si bien puede ser común en el campo de la filosofía, no lo es en el campo de la física, por lo menos no lo era hasta la aparición de la física cuántica.

Realidad Cuántica # 3: Que dice

La realidad es un todo indivisible

El mundo físico, a pesar de mostrarse como un conjunto de partes con límites entre dichas partes constitutivas, es un todo inseparable e indivisible, todo afecta a todo. Es así que si bien el observador puede crear la realidad, el observador es parte del todo y no algo separado. No se puede mantener según dicen los partidarios de este concepto de realidad, una separación en el mundo entre una realidad objetiva y nosotros observadores conscientes; objetos y sujetos se han convertido en inseparables unos de otros. Esta no separabilidad del mundo cuántico no tiene nada que ver con la idea sistémica de los clásicos donde todo estaba interconectado. Por ejemplo a través de las teorías de los campos; aunque dichas interconexiones decaían y finalmente desaparecían con la distancia entre las partes. Las conexiones distantes eran irrelevantes, ¿cuánto afecta el campo gravitatorio de la tierra si estoy en la luna? ¿y si estoy fuera de la galaxia?

Esta realidad de un todo indivisible es diferente, de manera tal que no estará relacionada ni espacial ni temporalmente. Es como si armáramos un cubo de resortes, donde no importa donde toquemos, repercute en toda la estructura así armada instantánea o cuasi instantáneamente.

Esta idea de realidad está en línea con una visión holística propia de los orientales.

Realidad Cuántica # 4: Muchos mundos, muchos universos que coexisten.

La realidad consiste en una gran cantidad de universos paralelos.

Para cualquier situación en la cual existen diferentes resultados posibles (por ejemplo lanzar una moneda al aire), algunos físicos defensores de esta idea dicen que todos los resultados ocurren pero en diferentes universos, cada universo es igual al anterior salvo en lo que respecta al resultado de la situación analizada en cuestión.(¿raro no?)

Realidad Cuántica # 5:  La lógica diferente.

El mundo obedece a una clase de razonamiento diferente al que estamos acostumbrados los seres humanos y que definimos como lógico.

La lógica es el esqueleto de nuestro cuerpo de conocimientos. Desde hace mas de dos mil años la lógica  está basada en el molde de los silogismos de Aristóteles.

Si cambiamos las reglas de dicha lógica podremos entonces ver la nueva física o los hechos que esta describe como lógicos dentro de esta nueva lógica. Es difícil de entender pero, pensemos en algo similar que ya ocurrió con la geometría. Durante dos mil años la geometría que existía era la euclidiana, la ciencia de los puntos y las líneas. Hubo algunos matemáticos locos como Nicolai Lobachevski, Gauss y Riemann que crearon una nueva geometría, esta fue considerada como un juego de altas matemáticas, pero fuera de la realidad (de nuevo observemos el concepto realidad). La geometría verdadera  era la euclidiana que, después de todo no es mas que el sentido común aplicado a las figuras geométricas. Sin embargo en 1916, Einstein propuso una nueva teoría de la gravedad que demolió el monopolio euclidiano. Einstein declaró que la gravedad no es una fuerza sino una curvatura en el espacio-tiempo, un objeto entonces cuando cae no lo hace por ser atraído por una fuerza (la gravedad), sino que se mueve por una  línea recta según los estándares de estas nuevas geometrías. Esta apreciación de Einstein pudo ser comprobada por vía experimental al medir la deflexión de un rayo de luz de una estrella al pasar cerca de la deformación del espacio-tiempo provocada por el sol. La lección de los partidarios de la nueva lógica cuántica es la siguiente: la cuestión de la verdadera geometría, o la verdadera lógica que gobierna al mundo  no está fijada por el sentido común de los seres humanos, sino por las experiencias reales que se pueden observar y medir. Para determinar las reglas de la correcta razón, no hay que buscar en el interior de nuestra propia cabeza, sino en el laboratorio.

Realidad cuántica # 6: Neorrealismo.

El mundo esta compuesto por objetos ordinarios, los cuales poseen atributos propios sea que son observados o no.

Einstein es el representante por excelencia de esta realidad, sus disputas con Bohr duraron hasta su muerte. Según escribió:

“Todavía creo en la posibilidad de un modelo de la realidad; esto es, de una teoría que represente los fenómenos en sí mismos y no meramente la probabilidad de su ocurrencia”.

Realidad cuántica # 7:

La conciencia crea la realidad.

Los partidarios de este modelo, dicen que solamente algo dotado de conciencia tiene le privilegio de crear la realidad. El único observador que cuenta es el observador consciente.

Realidad cuántica # 8: El mundo dúplex de Heisenberg.

El mundo tiene dos partes, la de los potenciales, lo que está en potencia lo que puede ser; y la de las realidades de las cosas que pasan.

La mayoría de los físicos defienden una de las dos primeras realidades cuánticas: la realidad cuánticas 1 (no hay realidades profundas) y  la 2 (la observación crea la realidad. Lo que ambas tienen en común, es que solo los fenómenos son reales, pero debajo de esos fenómenos no hay realidad.

Ahora bien si la observación crea la realidad, ¿en qué se basa dicha observación para crear la realidad? ¿Desde donde la crea?. Dado que la teoría cuántica describe  la realidad que sé mide/observa con una exactitud perfecta, debe contener (la teoría cuántica) algunas claves desde donde surgen o en que se basan los fenómenos observados. Tal vez usando la imaginación podemos intuir el basamento en el cual se sustenta  nuestro mundo familiar, el que vemos todos los días.

De acuerdo a Heisenberg no existía una realidad profunda, el mundo no medido es semirreal y solo alcanza realidad total durante el acto de observación:

En los experimentos acerca de eventos atómicos debemos tratar con cosas y hechos concretos, con fenómenos que son tan reales como cualquier fenómeno en la vida diaria. Pero los átomos y las partículas elementales no son reales, estas forman un mundo de posibilidades, de cosas en potencia, mas que uno de cosas o hechos... La onda de probabilidades significa una tendencia por algo. Es la versión cuantitativa del viejo concepto Aristotélico de potencia. Introduce algo en el medio entre la idea de un evento y la realización de dicho evento, una clase extraña de realidad física justo en el medio entre la posibilidad y la realidad.

El mundo de todos los días en el cual vivimos, tiene un aspecto bien concreto del cual carece el mundo cuántico, solo ocurren eventos uno por vez. Por el contrario  el mundo cuántico no es un mundo de eventos reales sino un mundo lleno de tendencias de acción que no se concretan, que no ocurren; estas tendencias están constantemente en “movimiento” de las posibilidades. Los dos mundos, el dúplex, que menciona Heisenberg, se une a través de un puente que denominamos medición. Durante este acto “mágico”, una de las posibilidades entre todas las existentes, es la que se concreta y así aparece en el mundo de las acuerdo a exactas leyes de movimiento. Nada ocurre sino que todo permanece en el ámbito de realidades como un evento concreto. Todo lo que ocurre entonces en nuestro mundo de realidades, surge de las posibilidades preexistentes en el mundo cuántico de las potencias. El mundo no observado consiste en un racimo de posibilidades cada una con su valor probabilístico de ocurrencia.

Una característica asombrosa de estas 8 realidades cuánticas, es que para cualquier tipo de experimento que se pueda concebir, cada una de estas predice exactamente los mismos resultados observables. En la actualidad cada una de estas realidades cuánticas puede ser considerada como la que explica con certeza como es el mundo realmente.

( Última modificación: 12 de octubre de 2001)

--- La física cuántica  casi sin ecuaciones  ---