La Realidad Cuántica

Bernard d’Espagnat es un físico teórico, filósofo y ganador del premio Templeton 2009. Es el autor de On Physics and Philosophy. Una vida estudiando mecánica cuántica lo ha convencido de que el mundo que percibimos no es más que una sombra de la realidad máxima.

Bernard d’Espagnat escribe,

Creo que algunas de las nociones más aceptadas sobre espacio y causalidad deberían ser reconsideradas. Cualquier persona que toma la mécanica cuántica seriamente habrá llegado a la misma conclusión.

Quarks.. y otras cosas

Lo que nos dice la mecánica cuántica es sorprendente como mínimo. Nos dice que a los componentes básicos de los objetos –  las partículas, electrones, quarks etc. – no se les puede considerar como “auto-existentes”. La realidad en la que ellos son considerados componentes, y por ende todos los objetos, es solamente una “realidad empírica”.

Esta realidad es algo que, aunque no una realidad puramente construida por la mente como descrita por el idealismo radical, puede ser la imagen que nuestra mente nos forza a formar de.. ¿De qué? La única respuesta que puedo proveer es que por debajo de esta realidad empírica existe una misteriosa, “máxima realidad” no-conceptualizable que no está alojada en espacio y (supuestamente) tampoco en tiempo.

¿Cómo llegué a esta conclusión? Mi interés en las bases de la física cuántica se desarrolló en una etapa temprana de mi carrera, pero al poco tiempo noté que mis superiores deliberadamente hacían a un lado los problemas que surgían de la teoría, los cuales ellos consideraban que no eran propiamente de la física. Fue solo después de haber obtenido el estatus de un físico realizado cuando me aventuré a retomar esta cuestión personalmente.

Para resumir, en esta búsqueda encontré en primera instancia que no importa de qué ángulo se vea, el formalismo de la mecánica cuántica, cuando es tomado literalmente, nos lleva a considerar que dos partículas que han interactuado [entre sí], permanecen conectadas siempre de una manera extraña y muy difícil de entender, aún cuando están muy lejos una de la otra, la conexión entre ambas es independiente de la distancia.

Aunque esta conexión a distancia no nos permite transmitir mensajes, claramente es real. En otras palabras el espacio, tan esencial en la física clásica, parece tener un rol considerablemente menos importante en la física cuántica.

Al poco tiempo me enteré, como suele suceder, de que estas cosas ya se conocían desde hace bastante tiempo. Schrödinger hasta le había dado un nombre: entrelazamiento, y había afirmado que el entrelazamiento es esencial. Pero extrañamente nadie le había prestado mucha atención. Se le había ignorado tanto que la noción de “entrelazamiento” casi no era mencionado en cursos regulares de física cuántica.

Y de hecho la mayor parte de los físicos tendían a considerar que, si no el entrelazamiento en general, al menos la gran interrogante de “entrelazamiento a distancia” era meramente una particularidad del formalismo, libre de consecuencias físicas y estaba destinado a ser eliminado tarde o temprano, a través de mejoras a dicho formalismo. En ese tiempo la perspectiva general era que si quedaba algún problema en ese ámbito, estos problemas eran filosóficos, no de naturaleza física.

Yo no estaba convencido debo decir, y en los 1960s escribí y publiqué un libro y algunos artículos desarrollando argumentos físicos que enfocaban su atención en tales problemas mostrando que el entrelazamiento es algo que en realidad es merecedor de la atención de los físicos.

Y un verdadero avance se llevó acabo en donde John Bell, un colega mío en Cern, publicó sus famosas inequidades, que – por primera vez – abrieron la posibilidad de probar si el entrelazamiento a distancia tenía consecuencias comprobables mediante experimentación.

El resultado confirmó mi anticipación. El entrelazamiento a distancia existe físicamente, en el sentido de que tiene consecuencias físicas verificables (y verificadas). Lo cual comprueba más allá de la duda que algunas de nuestras más aceptadas nociones sobre espacio y causalidad deben ser reconsideradas.

Primera conferencia: Ideas sobre el universo.

       Ya en el 340 a.C, Aristóteles, en su libro Sobre el cielo, pudo presentar dos buenos argumentos para creer que la Tierra era una bola redonda y no un disco plano.

En primer lugar, advirtió que la causa de los eclipses de Luna era que la Tierra se interponía entre el Sol y la Luna. La sombra de la Tierra sobre la Luna era siempre redonda, lo que solamente podía ser cierto si la Tierra era esférica. Si la Tierra hubiera sido un disco plano, la sombra habría sido alargada y elíptica, a menos que los eclipses ocurrieran siempre en un momento en que el Sol estuviera directamente sobre el centro del disco.

       Los griegos tenían varios argumentos a favor de la redondez de la tierra:

¿Como, si no, cuando se acerca un barco lo primero que se ve son las velas sobre el horizonte y solo mas tarde se ve el casco?

      Aristóteles pensaba que la Tierra estaba en reposo y que el Sol, la Luna, los planetas y las estrellas se movían en órbitas circulares al rededor de la Tierra. Lo pensaba porque creía, por razones místicas, que la Tierra era el centro del universo y que el movimiento circular era el más perfecto.

       Esta idea fue desarrollada por Ptolomeo, en el siglo I d.C., para dar un modelo cosmológico completo. La Tierra permanecía en el centro, rodeada por ocho esferas que llevaban a la Luna, el Sol, las estrellas y los cinco planetas entonces conocidos: Mercurio, Venus, Marte, Júpiter y Saturno. Además, para poder explicar las complicadas trayectorias de los planetas que se observaban en el cielo, estos debían moverse en círculos mas pequeños ligados a sus respectivas esferas. La esfera externa arrastraba a las denominadas estrellas fijas, que siempre están en las mismas posiciones relativas pero tienen un movimiento de rotación común. Lo que hay más allá de la última esfera no quedó nunca muy claro, pero ciertamente no era parte del universo observable para la humanidad.

       Fue adoptado por la iglesia cristiana como una imagen del universo que estaba de acuerdo con las Sagradas Escrituras. Tenía la gran ventaja de que dejaba mucho margen fuera de la esfera de las estrellas fijas para el cielo y el infierno.

       Un modelo mucho más simple fue propuesto en 1514 por el sacerdote polaco Nicolás Copérnico. Su idea era que el Sol estaba en reposo en el centro y que la Tierra y los planetas se movían en órbitas circulares alrededor del Sol.

       El golpe mortal a la teoría aristotélico-ptolemaica llegó en 1609. Ese ano Galileo empezó a observar el cielo nocturno con un telescopio, un instrumento que se acababa de inventar.

       Cuando miró al planeta Júpiter, Galileo descubrió que estaba acompañado por vario satélites pequeños, o lunas, que orbitaban a su alrededor. Esto implicaba que no todas las cosas tenían que orbitar directamente en torno a la Tierra como habían pensado Aristóteles y Ptolomeo.

       Kepler había modificado la teoría de Copérnico, sugiriendo que los planetas no se movían en círculos sino en elipses. Para Kepler, las órbitas elípticas eran meramente una hipótesis ad hoc, y una hipótesis mas bien desagradable, puesto que las elipses eran claramente menos perfectas que los círculos.

        Newton postulaba una ley de gravitación universal. Esta decía que cada cuerpo en el universo era atraído hacia cualquier otro cuerpo por una fuerza que era más intensa cuanto más masivos eran los cuerpos y más próximos estaban.

       Newton demostró que, según su ley, la gravedad hace que la Luna se mueva en una órbita elíptica alrededor de la Tierra y hace que la Tierra y los planetas seguían trayectorias elípticas alrededor del Sol.

        Las estrellas fijas parecían no cambiar sus posiciones relativas cuando la Tierra daba vueltas alrededor del Sol. Por eso llegó a ser natural suponer que las estrellas fijas eran objetos como nuestro Sol, pero mucho más alejados. Esto planteaba un problema. Newton se dio cuenta de que, según su teoría de la gravedad, las estrellas deberían atraerse mutuamente; por lo tanto, parecía que no podían permanecer esencialmente en reposo. ¿No deberían juntarse todas en algún punto?

      En 1691, Newton afirmaba que esto sucedería si solo hubiera un número finito de estrellas. Pero también argumentaba que si, por el contrario, hubiera un número infinito de estrellas distribuidas de forma más o menos uniforme sobre un espacio infinito, eso no sucedería, porque no habría ningún punto central en el que juntarse. Este argumento es un ejemplo de los escollo con que se puede tropezar cuando se habla del infinito.

       En un universo infinito, cada punto puede considerarse el centro porque cada punto tiene un número infinito de estrellas a cada lado. El enfoque correcto, es considerar la situación finita en la que todas las estrellas se mueven hacia otras. Según la ley de Newton, las estrellas extra no supondrían ninguna diferencia con respecto a las originales, y por lo tanto las estrellas se juntarían con la misma rapidez. Podemos añadir tantas estrellas como queramos, pero siempre seguirán colapsando sobre sí mismas. Ahora sabemos que es imposible tener un modelo estático infinito del universo en el que la gravedad sea siempre atractiva.

       Un hecho revelador sobre la corriente general de pensamiento anterior al siglo XX es que nadie había sugerido que el universo se estaba expandiendo o contrayendo. Ni siquiera a quienes comprendían que la teoría de la gravedad de Newton mostraba que el universo no podía ser estático se les ocurrió sugerir que podría estar expandiéndose. En lugar de eso, intentaron modificar la teoría haciendo que la fuerza gravitatoria fuera repulsiva a distancias grandes. Ello no afectaba significativamente a sus predicciones de los movimientos de los planetas, pero permitía una distribución infinita de estrellas en equilibrio en la que las fuerzas atractivas entre estrellas vecinas estarían contrarrestadas por las fuerzas repulsivas procedentes de las que estaban más alejadas.

       Sin embargo, ahora creemos que tal equilibrio sería inestable. Si las estrellas en una región se acercaran ligeramente, las fuerzas atractivas entre ellas se harían mas intensas y dominarían sobre las fuerzas repulsivas. Así pues, implicaría que las estrellas seguirían acercándose. Por el contrario, si las estrellas se alejaran poco, las fuerzas repulsivas dominarían y las impulsarían a alejarse más.

        La dificultad esta en que en un universo estático infinito prácticamente cada linea de visión acabaría en la superficie de una estrella. Por lo tanto, cabría esperar que todo el cielo sería tan brillante como el Sol, incluso de noche. El contra argumento de Olbers consistía en que la luz procedente de estrellas lejanas estaría atenuada por la absorción por materia interpuesta. Sin embargo, si eso sucediera, la materia interpuesta acabaría calentándose hasta que brillara tanto como las estrellas.

       La única forma de evitar de evitar la conclusión de que la totalidad del cielo nocturno debería ser tan brillante como la superficie del Sol sería que las estrellas no hubieran estado brillando siempre, sino que se hubieran encendido en algún momento finito en el pasado. En tal caso, la materia absorbente podría no haberse calentado todavía, o la luz procedente de estrellas lejanas podría no habernos llegado. Y eso nos lleva a la pregunta de que podría haber provocado que las estrellas se hubieran encendido en su momento.

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EL COMIENZO DEL UNIVERSO

        Según varias cosmologías primitivas de la tradición judío/cristiana/ musulmana, el universo empezó en un tiempo finito y no muy lejano en el pasado. Una razón para tal comienzo era la idea de que era necesario tener una causa primera para explicar la existencia del universo.

       Otro argumento fue propuesto por san Agustín en su libro La ciudad de Dios, donde señalaba que la civilización progresa, y nosotros recordamos quién ejecutó cierta tarea o desarrolló cierta técnica. Por lo tanto, el hombre, y con ello también quizá el universo, no pudo haber existido siempre.

       San Agustín aceptaba una fecha en torno al 5000 a.C. para la creación del universo según el libro del Génesis. Resulta curioso que esta fecha no está muy lejos del final de la última glaciación, aproximadamente en 10,000 a.C., que es cuando empezó realmente la civilización. Por el contrario, a Aristóteles y a la mayoría de los filósofos griegos no les gustaba la idea de una  creación porque sonaba demasiado a intervención divina. Por eso creían que la especie humana y el mundo a su alrededor habían existido, y existirían, para siempre. Ellos ya habían considerado el argumento del progreso que se ha descrito antes, y respondían al mismo diciendo que había habido diluvios periódicos u otros desastres que, repentinamente, volvían a poner a la especie humana en el principio de la civilización.

       Cuando la mayoría de la gente creía en un universo esencialmente estático e invariable, la pregunta de si tuvo o no un comienzo era realmente una pregunta metafísica o teológica. Se podía explicar lo que se observaba de una o dos maneras: o bien el universo había existido siempre, o bien se puso en marcha en algún tiempo finito de modo que pareciera que había existido siempre.

       Pero, en 1929, Edwin Hubble hizo la singular observación de que, dondequiera que miremos, las estrellas distantes se están alejando rápidamente de nosotros. En otras palabras, el universo se está expandiendo. Esto significa que en tiempo anteriores los objetos habrían estado más próximos. De hecho, parecía que hubo un momento hace entre 10.000 y 20.000 millones de años en que todos estaban exactamente en el mismo lugar.

        Las observaciones de Hubble sugerían que hubo un momento llamado el big bang en el que el universo era infinitesimalmente pequeño y, por consiguiente, infinitamente denso. Si hubo sucesos anteriores a ese momento, no podrían afectar a lo que sucede en el tiempo presente. Su existencia puede ignorarse porque no tendría consecuencias observacionales.

        

       Se puede decir que el tiempo tuvo un comienzo en el big bang, simplemente en el sentido de que no pueden definirse tiempos anteriores. Habría que dejar claro que este comienzo en el tiempo es muy diferente de los que se habían considerado previamente. En un universo invariable, un comienzo en el tiempo es algo que tiene que ser impuesto por un ser fuera del universo. No hay ninguna necesidad física de un comienzo. Se puede imaginar que Dios creó el universo literalmente en cualquier momento en el pasado. Por el contrario, si el universo se está expandiendo, puede haber razones físicas  de por qué tuvo que haber un comienzo. Se podría seguir creyendo que Dios creó el universo en el instante de big bang. Incluso podría haberlo creado en un tiempo posterior de tal forma que pareciese que hubiera existido un big bang. Pero no tendría sentido suponer que fue creado antes del big bang.

       Un universo en expansión no excluye la figura de un creador, pero pone límites a a cuando Él podría haber realizado su obra.