El solipsismo cuántico, Martin Gardner

Del libro “Orden y Sorpresa”(1983), de Martin Gardner

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El “solipsismo cuántico” es una respuesta al hecho de que la mecánica cuántica (MC) -una teoría matemática universalmente aceptada que describe y predice las propiedades y la conducta de la materia- está saturada de sorprendentes paradojas, las cuales parecen indicar que el mundo externo no tiene una estructura bien definida hasta que la mente lo observa. Fue la teoría cuántica la que estableció, por ejemplo, la doble naturaleza de la luz, que puede ser descrita o bien como una onda energética, o bien como una corriente de cuantos (diminutos paquetes de energía). La MC reemplazó el estricto determinismo causal de la física clásica por leyes estadísticas sobre los sucesos en las que el azar es tan importante que Einstein se vio obligado a protestar, alegando que él no creía que Dios jugase a los dados con el Universo. Aunque las leyes de la MC han sido confirmadas con gran exactitud, también manifiestan lo que el físico Heinz Pagels, en su maravilloso nuevo libro “El código cósmico” llama «el enigma cuántico», que surge del oscuro misterio de lo que sucede cuando la función de onda de un sistema cuántico es «reducida» o «derrumbada» por el acto de la medición.

En la MC, la función de onda es una expresión matemática que describe una partícula (un electrón o un fotón, por ejemplo) o un sistema de partículas (una mo-lécula, o un árbol, o un sistema solar) y cómo cambia en el tiempo. La función de las probabilidades de que, cuando el sistema es medido, ciertas variables -como la posición, la velocidad, el momento, la energía y el spin- adquieran ciertos valores. Las probabilidades no son las mismas que, por ejemplo, arrojar al aire un penique; es sólo nuestra ignorancia de las muchas fuerzas que actúan sobre el penique lo que hace imposible predecir si saldrá cara o cruz con más del 40 por 100 de exactitud. En el caso de la partícula no hay fuerzas en o cerca de la partícula ni «variables ocultas» que le hagan adquirir propiedades definidas cuando es medida. Es como si la naturaleza no tomase ninguna decisión sobre esas propiedades hasta el instante de la medición, y entonces la decisión se toma por puro azar.
Desgraciadamente, la MC también nos dice que tan pronto como una función de onda es reducida a valores definidos por la medición, todo el sistema, que ahora incluye el aparato de medición, adquiere una nueva función de onda que sólo da probabilidades para las propiedades que se hallarán si se mide todo el sistema. Esto conduce directamente a un famoso experimento imaginario conocido como la “paradoja del gato de Schrödinger” (por Erwin Schrödinger, uno de los grandes arquitectos de la MC, quien la planteó por primera vez).
Imaginemos un gato dentro de una caja opaca cerrada. La caja contiene una sustancia radiactiva que tiene un 50 por 100 de probabilidades de emitir un electrón en un intervalo de tiempo determinado. El electrón producirá un clic en un contador Geiger, que a su vez disparará un mecanismo que matará al gato. Puesto que todo el sistema tiene una función de onda que sólo da probabilidades hasta que el sistema es observado, la MC parece decir que al final del intervalo dado el gato no está vivo ni muerto hasta que alguien mire en la caja. Esta observación, entonces, destruye la función de onda, y en ese instante el gato adquiere la propiedad definida de estar vivo o muerto. Antes de la observación, la vida y la muerte están de algún modo, un modo que nadie comprende, mezcladas con igual probabilidad en la ecuación de onda que describe el sistema gato-caja.

Supongamos que la caja es abierta por un amigo de Wigner, quien ve si el gato está vivo o muerto. La caja el gato y el amigo forman ahora un sistema cuántico mayor con una función de onda más compleja en la que el estado del gato y el estado de la mente del amigo son indefinidos hasta que son observados por Wigner o algún otro. Los físicos llaman a esto “la paradoja de amigo de Wigner”. Conduce a un regreso infinito. Si Wigner observa a un amigo que observa al gato, el sistema total de caja-gato-amigo-Wigner sigue siendo indefinido (el gato aún no está vivo o muerto) hasta que es observado por una tercera persona, y así sucesivamente. El regreso a veces es llamado “la catástrofe de Neumann” porque parece seguirse de una formalización clásica de la MC por el gran matemático húngaro John von Neumann.
En su colección de ensayos “Simetrías y reflexiones” (1967), Wigner arguye que el regreso no es infinito. Termina tan pronto como una mente consciente interrumpe la cadena de reducciones de funciones de onda. Sólo una mente, reza su razonamiento, tiene la facultad de introspección que permite saber que «yo estoy en tal o cual estado. Para ser aún más laboriosamente preciso», añade Wigner, es «mi propia conciencia, puesto que soy el único observador, y todas las otras personas son el objeto de mis observaciones». Un amigo que observa al gato sabrá si el animal está vivo o muerto, pero hasta que Wigner observa a su amigo, el gato, para Wigner, aún se halla en un estado indefinido.

Wigner confiesa que encuentra hasta la permanencia de cosas como árboles «profundamente desconcertante». Puesto que un árbol es un sistema cuántico, tampoco parece tener propiedades definidas hasta que su función de onda es reducida por la observación. Ya que para Wigner su propia conciencia es la realidad fundamental, los objetos que están «allí fuera» son poco más que construcciones mentales útiles inferidas de las regularidades de su experiencia. Y cita con aprobación una afirmación de Schrödinger: «¿Sería [el mundo] de otro modo [sin observadores conscientes], una obra representada ante asientos vacíos, sin existir para nadie, y por ende sin existir propiamente?».
La mayoría de los físicos no admiten este solipsismo colectivo. Creen que hay reducciones finales de funciones de onda siempre que se produce un macrosuceso que no puede ser invertido en el tiempo, como la muerte de un gato, el registro en una película de la trayectoria de una partícula en una cámara de burbujas, el sonido que registra el clic de un contador Geiger.

Aunque Wigner raramente invoca a Berkeley, ni a ningún otro filósofo que hubiese abordado problemas similares, sus ideas lo obligan a decir que un árbol no tiene propiedades definidas, y por tanto sólo posee una existencia vaga, hasta que una mente consciente lo percibe.
Wheeler, en numerosos artículos, ha adoptado una posición similar, aunque menos extrema. La MC, dice, en verdad no nos obliga a negar que en el plano subatómico haya un mundo externo de naturaleza precisa, independiente de las mentes. «Ningún fenómeno elemental es un fenómeno mientras no sea un fenómeno observado.» En algún extraño sentido, el Universo es lo que Wheeler llama un «universo participante». No observamos algo allí fuera, detrás de un grueso muro de cristal, dice Wheeler. Debemos hacer añicos el cristal e influir en el estado de lo que vemos.
En la grandiosa visión cosmológica de Wheeler, hay una infinidad de universos oscilantes que nacen continuamente de grandes explosiones y con el tiempo mueren en grandes momentos decisivos. Cada universo tiene su propio conjunto de constantes físicas que surgen por azar de su bola de fuego. Estas constantes deben ser finamente armonizadas para permitir la formación de soles y planetas, y más cuidadosamente aún para permitir la vida. Wheeler cree que, en verdad, la vida es tan improbable que quizá seamos la única vida inteligente que hay en todo el Cosmos. Además, a menos que un universo esté tan finamente armonizado como para permitir la evolución de mentes conscientes, no puede ser observado y, por ende, no es verdaderamente real en ningún sentido fuerte. Un fotón no observado tiene un vago género de realidad, sí; mas para Wheeler es una realidad de un «matiz más pálido y teórico» que la realidad de un fotón observado.

La última cita es del libro de Wheeler “Fronteras del tiempo” (1978). En este libro y en otras partes, propone un nuevo y fantástico experimento imaginario conocido como “la prueba de la elección postergada”. Es una variación del famoso experimento de una pantalla con dos ranuras. Un fotón pasa por una ranura (como una partícula) si es medido por un tipo de detector, o por dos ranuras (como una onda) si es medido por otro detector, un experimento que demuestra la doble naturaleza de la luz. Supongamos, dice Wheeler, que esperamos a que el fotón haya pasado por la pantalla y luego decidimos rápidamente cuál detector usar. ¿No determinará nuestra decisión cuál de dos sucesos (el paso por una o por dos ranuras) tuvo lugar en el pasado?
No hay ninguna alteración del pasado, aclara Wheeler, sino una creación del pasado. Nuestra elección del instrumento de medida determina si el fotón ha penetrado en la pantalla como una partícula que pasa por una ranura o como una onda que pasa por dos ranuras. Pero esto, dice Wheeler, es un modo engañoso de plantearlo. ¡El fotón no tiene ningún pasado preciso hasta que lo medimos! Quizá todo el Universo es como un experimento de elección postergada. Comienza con la singularidad de la Gran Explosión, luego crece y se hace más complejo hasta que finalmente crea un ojo gigantesco (nuestra conciencia) mediante el cual se observa a sí mismo, y de este modo «imparte una realidad tangible aun a los primeros días del Universo».

En los últimos años, Wheeler ha declarado su creencia de que la «observación» en MC no necesita involucrar una mente. Puede hacerse con instrumentos, como un contador Geiger, una cámara de burbujas, un grano de bromuro de plata, la retina de un ojo, etc. Los registros dejados por tales mediciones son macroestructuras tan inalterables por las mentes como las rocas y los árboles. Sólo en el micronivel una estructura no observada tiene una realidad de un matiz más pálido y mas teórico. Como Niels Bohr antes que él, Wheeler no lleva su solipsismo hasta el punto wigneriano de sentirse desconcertado por la persistencia de rocas y arboles. Sin embargo, en el plano cuántico, que es subyacente a toda otra cosa, para Bohr y para Wheeler la realidad sigue siendo algo sin forma hasta que entra en interacción con macroobjetos que finalmente serán observados por mentes.
Ningún físico niega que una partícula cuántica es una cosa fantasmal para la que es imposible construir modelos coherentes usando el espacio-tiempo de la física einsteiniana clásica. Hay un sentido en el que un electrón no «existe» hasta que no es medido. Nadie sabe si su función de onda está ligada a ondas tan reales como las ondas de agua o de sonido, o si la función es tan ficticia como la función de probabilidad que nos dice que un dado presentará cualquier cara con igual probabilidad cuando se lo arroja, o si la función describe un tercer tipo de cosa que todavía nadie comprende. Pero del carácter fantasmal de un electrón no se sigue, al menos para la mayoría de los físicos, que una piedra o un árbol sean igualmente fantasmales.

La idea de Wheeler y Wigner según la cual de un universo sin observadores conscientes no puede decirse que existe en un sentido fuerte, en su nivel fundamental, sin duda plantea muchas dificultades. ¿Tiene un chimpancé suficiente conciencia para dar plena realidad a un universo? Y si la tiene un chimpancé, ¿por que no un pájaro o un pez? Como señaló Einstein en uno de los seminarios de Wheeler en Princeton, «es difícil creer que tal descripción [la MC] sea completa. Parece dar al mundo un carácter totalmente nebuloso a menos que alguien, como un ratón, lo esté mirando».
Supongamos que el mecanismo de la caja de Schrödinger no mata al gato sino que sólo le corta una oreja. ¿Es la conciencia del gato bastante fuerte para cortar la cadena de las reducciones de la función de onda o se necesita una mente humana para hacer definido lo que le ocurrió al gato? ¿Debemos decir que el Universo sólo era parcialmente real antes de que apareciera la vida y que se está haciendo lentamente cada vez más real a medida que la vida evoluciona hacia formas superiores de conciencia?

En años recientes, como resultado de nuevos experimentos, se ha producido un acentuado renacimiento del interés por otra famosa paradoja de la MC. Se la conoce como “la paradoja de EPR”, por las iniciales de Einstein y dos jóvenes amigos suyos, Boris Podolsky y Nathan Rosen, quienes escribieron en colaboración un artículo sobre ella en 1935. La paradoja de EPR tiene muchas variantes. Una de las más simples involucra a dos fotones que se alejan velozmente en direcciones opuestas cuando un electrón y su equivalente de antimateria, un positrón, se aniquilan mutuamente. Por mucho que se alejen -pueden estar a millones de años-luz- permanecen «correlacionados», en el sentido de que algunas de sus propiedades tienen valores opuestos. Por ejemplo, si se mide el spin del fotón A y el resultado es 1, el spin del fotón B debe ser -1. Recuérdese que una partícula no tiene un spin definido antes de ser medido. De acuerdo con la MC, la función de onda del fotón establece que en el momento de la medición la naturaleza decide darle un spin más o menos, con igual probabilidad. Así, si medimos una corriente de fotones, obtenemos una serie de spins más y menos que se hallan tan distribuidos al azar como las series de caras y cruces obtenidas lanzando al aire una moneda. Estamos ahora en una terrible situación. ¿Cómo puede la medición del fotón A destruir la función de onda de B (dándole un spin opuesto al de A), que puede hallarse a millones de años-luz y no está conectado de ningún modo causal conocido con su gemelo?

Muchos físicos esperaban y creían que las dos partículas seguían correlacionadas a causa de variables ocultas en el interior o cerca de ellas, como la correlación entre dos discos en rotación que son arrojados simultáneamente en direcciones opuestas, uno con cada mano. ¡Ay!, experimentos que contradicen un hermoso pero sumamente complejo teorema descubierto en 1965 por John Bell han descartado todas las variables ocultas como explicación de la correlación de partículas.
El teorema de Bell brindaba un modo de poner a prueba la paradoja de EPR en el laboratorio, y desde 1965 muchas de tales pruebas han confirmado la paradoja. Una de ellas era un nuevo y complicado experimento de un científico francés del que se informó en el número del 30 de julio de Science. Ya no se trata de un experimento imaginario. De algún modo una partícula «sabe» instantáneamente (o casi instantáneamente) el resultado de una medición de la otra partícula. Esto no viola en modo alguno la regla de la relatividad de que la energía y las señales no pueden ir más rápidamente que la luz. No se puede enviar un mensaje codificado mediante fotones correlacionados, como no se puede enviar un mensaje transmitiendo una sucesión de caras y cruces obtenidas lanzando al aire una moneda. Si hubiese algún modo de obligar a un fotón a adquirir un spin deseado cuando se lo mide, sería fácil usar las correlaciones de fotones para enviar mensajes cifrados más rápido que la luz. Pero la MC prohibe tal imposición porque destruiría el carácter irreductiblemente fortuito que está en el corazón de la teoría cuántica.

Sin embargo, la paradoja de EPR sugiere que partes distantes del Universo están conectadas de algún modo peculiar aún no conocido, modo que permite a la información cuántica desplazarse a mayor velocidad que la de la luz. La explicación más extraña propuesta hasta ahora la dio Costa de Beauregard, un respetado físico francés que comparte con Brian Josephson (el ganador irlandés del Premio Nobel que abandonó la física hace muchos años para investigar la Meditación Trascendental y los fenómenos paranormales) la creencia de que la MC es la clave de los presuntos fenómenos de la parapsicología. La información cuántica, dice Beauregard, viaja hacia atrás en el tiempo desde el fotón A, cuando es medido, al instante en que las dos partículas fueron creadas. Luego avanza en el tiempo hasta el fotón B, ¡y llega a él en el preciso momento en que abandona a A!

La paradoja de EPR perturbó profundamente a Einstein. Que la medición de una partícula pudiese destruir la función de onda de otra partícula situada a muchos kilómetros de distancia le parecía tan absurdo como la muerte de una persona en París cuando un brujo de Haití apuñala una muñeca. Y había otros aspectos de la MC que lo perturbaban. Como discípulo de Spinoza, quien creía que todo suceso de la naturaleza está completamente determinado por causas anteriores, Einstein no podía tolerar el azar absoluto en el corazón de la MC. Pero sobre todo objetaba a la MC que pareciese implicar en su nivel fundamental que el Universo no tiene una estructura independiente de las mentes humanas.
Durante las últimas décadas de la vida de Einstein, sus recelos hacia la MC lo aislaron de sus colegas, quienes hablaban con tristeza de su «líder perdido». Hoy, cuando la paradoja de EPR está siendo espectacularmente confirmada en el mundo, algunos físicos están empezando a preocuparse por ella tanto como Einstein. ¿Es posible que las intuiciones del viejo maestro no fuesen tan descabelladas, después de todo? En todo caso, muchos jóvenes físicos están trabajando ahora en ingeniosas teorías destinadas a reemplazar a la MC por una teoría más profunda en la que la MC se convierta en un caso límite, un poco como la teoría de la gravitación de Newton se convirtió en un caso límite de la relatividad general. Las leyes de Newton son adecuadas para las velocidades y masas ordinarias de la Tierra. Pero no son suficientemente exactas para explicar fenómenos donde intervienen estrellas masivas y velocidades cercanas a la velocidad de la luz.

En varios artículos recientes Wheeler ha comparado el problema de la medición en la MC con un juego de Veinte Preguntas que antaño jugaba con un grupo de divertidos amigos. Sin saberlo Wheeler, habían convenido no tener ninguna palabra en la mente cuando él empezase a preguntar. Respondían sí o no al azar, pero con la condición de que cada uno tuviese al menos una palabra en la mente que se adecuase a todas las preguntas anteriores. Luego Wheeler y el grupo llegaron a aislar la palabra «nube». El quid es que, en los términos del juego, la palabra no existía hasta que era creada por la interacción de Wheeler con sus amigos.
Me parece que la analogía sólo se aplica a propiedades de partículas, no a la realidad que está detrás de esas propiedades. En verdad, una partícula puede no tener ninguna posición o momento precisos hasta que es medida. Hasta puede no tener un camino exacto en el pasado. Pero a menos que se sea un solipsista extremo, uno debe creer en algún tipo de realidad estructurada que da soporte a las propiedades y que sea tan independiente de la mente como los árboles que nadie observa.
Consideremos un arco iris. Es tan dependiente de un observador como un electrón. No hay nada «allí fuera» que merezca ser llamado el arco iris. Cada persona ve un arco diferente, un arco que no tiene ninguna posición en el espacio hasta que es observado. En cierto sentido, el arco no tiene ninguna realidad aparte de su observación. Por otro lado, el arco es independiente de la mente, en el sentido de que puede ser fotografiado. Es una forma que reposa firmemente en una estructura de relaciones entre gotas de lluvia que caen, luz del sol y un ojo o la lente de una cámara fotográfica. Aun el verde de una hoja depende de un conjunto de relaciones entre la hoja, la luz y un observador. Esto en modo alguno justifica un solipsismo que afirme la irrealidad de la hoja hasta que sea observada, o que las ondas y partículas cuánticas no tienen realidad alguna mientras no son observadas.

He aquí cómo consideraba Einstein, en un ensayo sobre «Física y Realidad», el modo en que los científicos elegían sus palabras cuando jugaban al juego de las preguntas con la naturaleza: «Pero la libertad de elección es de un tipo especial; no es en modo alguno similar a la libertad de un escritor de ficción. En cambio, es semejante a la de un hombre empeñado en resolver un crucigrama bien elaborado. Puede, es verdad, proponer como solución cualquier palabra; pero sólo una palabra que realmente resuelve el acertijo en todas sus formas. Es un acto de fe el que la naturaleza -tal como es perceptible por nuestros cinco sentidos- adopte el carácter de un crucigrama tan bien formulado. Los éxitos alcanzados hasta ahora por la ciencia, en verdad, dan cierto estímulo a esa fe».
Ningún físico duda de que en los microniveles abundan los enigmas cuánticos. Ello surge del hecho de que las ondas de la MC son ficciones matemáticas, ondas abstractas de probabilidad en espacios multidimensionales construidos exclusivamente para describir sistemas cuánticos. Qué tipo de realidad está detrás de esas ondas y cómo está estructurada, nadie lo sabe. Pero la mayoría de los físicos están de acuerdo con Pagels en que sólo el micromundo es misterioso. «Una vez que la información sobre el mundo cuántico es irreversible en el mundo macroscópico -escribe-, podemos a buen seguro atribuirle una significación objetiva: no puede volver sigilosamente al país de fantasía del cuanto.»

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