La interpretación estándar de la mecánica cuántica pone mucho énfasis en el acto de medir. Antes de la medición, los sistemas cuánticos existen en muchos estados a la vez. Después de la medición, el sistema «colapsa» en un valor específico, por lo que es natural preguntarse qué sucede realmente cuando no se realizan las mediciones. No hay una respuesta clara, y diferentes ideas pueden ir en direcciones realmente descabelladas.
Una de las primeras lecciones que aprendieron los físicos cuando comenzaron a examinar los sistemas subatómicos a principios del siglo XX fue que no vivimos en un universo determinista. En otras palabras, no podemos predecir con precisión el resultado de cada experimento.
Por ejemplo, si lanzas un haz de electrones a través de un campo magnético, la mitad de los electrones se curvarán en una dirección mientras que la otra mitad se curvará en la dirección opuesta. Si bien podemos construir descripciones matemáticas de dónde van los electrones como grupo, no podemos decir qué dirección tomará cada electrón hasta que realmente realicemos el experimento.
En mecánica cuántica, esto se conoce como superposición. Para cualquier experimento que pueda generar muchos resultados aleatorios, antes de realizar una medición, se dice que el sistema se encuentra en una superposición de todos los estados posibles simultáneamente. Cuando hacemos una medición, el sistema «colapsa» en un solo estado que observamos.
Las herramientas de la mecánica cuántica están ahí para dar sentido a este caos. En lugar de dar predicciones precisas sobre cómo evolucionará un sistema, la mecánica cuántica nos dice cómo evolucionará la superposición (que representa todos los resultados). Cuando hacemos una medición, la mecánica cuántica nos dice las probabilidades de obtener un resultado sobre otro.
Y eso es. La mecánica cuántica estándar no dice nada sobre cómo funciona realmente esta superposición y cómo la medición hace el trabajo de colapsar la superposición en un solo resultado.
El gato de Schrödinger
Si llevamos esta línea de pensamiento a su conclusión lógica, entonces la medición es el acto más importante del universo. Transforma probabilidades borrosas en resultados concretos y cambia un sistema cuántico exótico en resultados verificables que podemos interpretar con nuestros sentidos.
Pero, ¿qué significa eso para los sistemas cuánticos cuando no los estamos midiendo? ¿Cómo es realmente el universo? ¿Todo existe pero simplemente no somos conscientes de ello, o realmente no tiene un estado definido hasta que se realiza la medición?
Irónicamente, Erwin Schrödinger, uno de los fundadores de la teoría cuántica (es su ecuación la que nos dice cómo evolucionará la superposición en el tiempo), criticó esta línea de pensamiento. Desarrolló su famoso experimento mental del gato en una caja, ahora conocido como El gato de Schrödingerpara mostrar lo ridícula que era la mecánica cuántica.
Aquí hay una versión muy simplificada. Pon un gato (vivo) en una caja. También ponga en la caja algún tipo de elemento radiactivo que esté ligado a la liberación de un gas venenoso. No importa cómo lo hagas; el punto es introducir algún ingrediente de incertidumbre cuántica en la situación. Si espera un rato, no sabrá con certeza si el elemento se ha descompuesto, por lo que no sabrá si el veneno se ha liberado y, por lo tanto, si el gato está vivo o muerto.
En una lectura estricta de la mecánica cuántica, el gato no está ni vivo ni muerto en esta etapa; existe en una superposición cuántica de vivos y muertos. Solo cuando abramos la caja lo sabremos con certeza, y es también el acto de abrir la caja lo que permite que esa superposición se derrumbe y el gato (de repente) exista en un estado u otro.
Schrödinger usó este argumento para expresar su asombro de que esta pudiera ser una teoría coherente del universo. ¿Realmente vamos a creer que hasta que abrimos la caja el gato no «existe» realmente, al menos en el sentido normal de que las cosas siempre están definitivamente vivas o muertas, no ambas al mismo tiempo? Para Schrödinger, esto era demasiado y dejó de trabajar en mecánica cuántica poco después.
decoherencia
Una respuesta a este extraño estado de cosas es señalar que el mundo macroscópico no obedece a la mecánica cuántica. Después de todo, la teoría cuántica se desarrolló para explicar el mundo subatómico. Antes teníamos experimentos que revelaban cómo átomos funcionaba, no teníamos necesidad de superposición, probabilidades, medidas o cualquier otra cosa relacionada con la cuántica. Simplemente teníamos física normal.
Así que no tiene sentido aplicar reglas cuánticas donde no pertenecen. Niels Bohr, otro fundador de la mecánica cuántica, propuso la idea de «decoherencia» para explicar por qué los sistemas subatómicos obedecen a la mecánica cuántica pero los sistemas macroscópicos no.
Desde este punto de vista, lo que entendemos como mecánica cuántica es verdadero y completo para los sistemas subatómicos. En otras palabras, cosas como la superposición realmente suceden con partículas diminutas. Pero algo como un gato en una caja definitivamente no es un sistema subatómico; el gato está hecho de trillones de partículas individuales, todas moviéndose, chocando y empujándose constantemente.
Cada vez que dos de esas partículas chocan entre sí e interactúan, podemos usar la mecánica cuántica para comprender lo que sucede. Pero una vez que mil, o mil millones, o trillones y trillones de partículas entran en la mezcla, la mecánica cuántica pierde su significado, o «decoherencia», y la física macroscópica regular toma su lugar.
Desde este punto de vista, un solo electrón, pero no un gato, en una caja puede existir en una superposición exótica.
Sin embargo, esta historia tiene limitaciones. Lo que es más importante, no tenemos ningún mecanismo conocido para traducir la mecánica cuántica a la física macroscópica, y no podemos señalar una escala o situación específica en la que se produzca el cambio. Entonces, aunque suena bien sobre el papel, este modelo de decoherencia no tiene mucho respaldo firme.
Entonces, ¿existe la realidad cuando no estamos mirando? La respuesta final es que parece ser una cuestión de interpretación.
