Los muchos mundos ocultos de la mecánica cuántica

Abróchense los cinturones y despeguen hacia el reino de los mundos múltiples, tal vez incluso infinitos. El profesor Carroll explica cómo la mecánica cuántica predice la existencia de un gran número de universos paralelos al nuestro. Esta teoría descabellada es una de las principales candidatas a una formulación rigurosa de la mecánica cuántica. Siga la historia y la motivación de esta idea.

Antes de la mecánica cuántica, la física clásica, formalizada por Newton y ampliada por la relatividad de Einstein, describía el universo mediante partículas y campos. Sin embargo, los descubrimientos de principios del siglo XX indicaron que este marco era insuficiente para explicar todos los fenómenos físicos.

En 1900, Max Planck introdujo el concepto de cuántica, sugiriendo que la luz está formada por cuantos similares a partículas. Albert Einstein desarrolló esta teoría, que se complementó con la idea de Louis de Broglie de que las partículas también presentan comportamientos ondulatorios. Juntas, estas teorías se confirmaron y se convirtieron en principios fundamentales de la mecánica cuántica.

Erwin Schrödinger desarrolló la función de onda en 1925, dando paso a la mecánica cuántica moderna. Su ecuación de Schrödinger, que le ototgó el Premio Nobel, es la base de la mecánica ondulatoria y predice el comportamiento de los sistemas cuánticos.

La Interpretación de Copenhagen, desarrollada por Bohr y Heisenberg, resuelve los aspectos inquietantes de la mecánica cuántica centrándose en los fenómenos observables y descartando la especulación sobre procesos invisibles. Sufrió críticas, en particular el experimento del gato de Schrödinger, que pusieron de manifiesto sus paradojas y limitaciones para explicar la realidad cuántica.

El texto sugiere estudiar el principio de incertidumbre de Heisenberg más allá de los conceptos erróneos habituales, explorar la dualidad onda-partícula mediante el experimento de la doble rendija y analizar una interpretación realista de la función de onda de Schrödinger para resolver las paradojas de la mecánica cuántica.

La propiedad cuántica conocida como "espín" describe el momento angular intrínseco de las partículas y existe en estados binarios, similares a los bits 0 y 1 de la informática. Utilizado como "qubits" en la informática cuántica, el espín codifica información a nivel subatómico. También ayuda a comprender el principio de incertidumbre, ofreciendo profundos conocimientos de mecánica cuántica.

Einstein criticó el concepto de entrelazamiento de la mecánica cuántica, refiriéndose a él como "espeluznante acción a distancia". Sostenía que la conexión instantánea entre partículas entrelazadas, independientemente de la distancia, sugería que la mecánica cuántica era incompleta, ya que desafiaba los principios de la realidad local.

Hugh Everett propuso la Interpretación de los Múltiples Mundos, que sugiere que cada suceso cuántico crea múltiples resultados paralelos, todos ellos igualmente reales. Esto contrasta con la Interpretación de Copenhagen, según la cual la función de onda se reduce a un único resultado en el momento de la observación, un concepto menos definido.

La decoherencia en la interpretación de los Mundos Múltiples sustituye al colapso de la función de onda utilizado en la Interpretación de Copenhagen para explicar los resultados de las mediciones. Es más coherente con la física cuántica y conduce al concepto de mundos ramificados tras la medición, que es distinto de la idea del multiverso cosmológico.

David Deutsch, partidario de la Interpretación de Muchos Mundos, fue pionero de la computación cuántica, que difiere significativamente de la computación clásica en su arquitectura de puertas lógicas. Las computadoras cuánticas aprovechan estas puertas únicas para sobresalir en cálculos específicos, superando los retos a los que se enfrentan las computadoras tradicionales.

El profesor Carroll aborda cinco objeciones clave a la visión de los Mundos Múltiples: desafía la Navaja de Occam al proponer universos múltiples; plantea problemas con la asimetría temporal; confronta el concepto de infinito; profundiza en las implicaciones de la inmortalidad; y cuestiona la ley de conservación de la energía.

La Interpretación de Múltiples Mundos (MWI) es criticada por ser infalsificable según la filosofía de Karl Popper, ya que sus numerosos mundos inobservables podrían hacerla parecer no comprobable. Sin embargo, el profesor Carroll sostiene que la MWI sí es comprobable en aspectos críticos, lo que cuestiona su clasificación como infalsificable.

Otro obstáculo para los Mundos Múltiples es el origen y la naturaleza de la probabilidad. La versión de Copenhagen de la mecánica cuántica es fundamentalmente probabilística, no determinista. Esta es una característica clave de su éxito. En cambio, Mundos Múltiples es determinista. Podemos entender la probabilidad pensando en qué lugar de la función de onda cuántica nos encontramos.

Esta conferencia explora las modificaciones de la ecuación de Schrödinger como alternativas a la Interpretación de Muchos Mundos. Examina dos teorías: GRW, propuesta por Ghirardi, Rimini y Weber, y CSL (Localización Espontánea Continua), que intentan abordar las complejidades de la mecánica cuántica alterando las ecuaciones fundamentales.

La teoría de las variables ocultas, desarrollada por Louis de Broglie y perfeccionada por David Bohm, propone que las partículas poseen posiciones precisas, "variables ocultas", guiadas por ondas piloto derivadas de la función de onda. Sus detractores la comparan con una "negación de muchos mundos", sugiriendo que complica innecesariamente la mecánica cuántica al añadir estados predeterminados.

Se especula que la mecánica cuántica y la conciencia están vinculadas debido a sus aspectos misteriosos. La Interpretación de Copenhagen sugiere que la participación del observador influye en los experimentos cuánticos. El QBismo, por su parte, resuelve las paradojas cuánticas rechazando la realidad objetiva y centrándose en las experiencias personales para interpretar los estados cuánticos.

En la teoría de los Mundos Múltiples, los "mundos" surgen de la función de onda debido a su evolución, creando múltiples resultados a partir de sucesos cuánticos, como se observa en el experimento del gato de Schrödinger. Esto ilustra el problema de la "base preferida", que vincula los procesos cuánticos a fenómenos macroscópicos observables.

La teoría cuántica no incluye la gravedad. El desarrollo de una teoría cuántica de la gravedad ha sido un reto para los físicos durante cerca de un siglo. El profesor Carroll analiza dos teorías alternativas principales, la teoría de cuerdas y la gravedad cuántica de bucles, como base para explorar la perspectiva de los Mundos Múltiples sobre la gravedad.

Explorando la teoría cuántica y la interpretación de los Mundos Múltiples, esta pregunta investiga cómo las ramas emergentes de una función de onda pueden parecerse a la materia que se mueve en un espaciotiempo curvo, sugiriendo que la gravedad podría surgir naturalmente de la mecánica cuántica.

El entrelazamiento cuántico puede sugerir que el espacio, y potencialmente el tiempo, son propiedades emergentes. Al subdividir una función de onda en subsistemas, el entrelazamiento universal correspondiente podría verse como la progresión del tiempo. Este concepto está relacionado con la ecuación de Wheeler-DeWitt, que aborda el "problema del tiempo" en física.

El profesor Carroll explora profundas cuestiones filosóficas relacionadas con la interpretación de los Mundos Múltiples de la mecánica cuántica, examinando si las decisiones humanas causan ramificaciones del mundo y debatiendo la compatibilidad del libre albedrío con los aspectos deterministas de los Mundos Múltiples. Analiza las interacciones entre la cognición humana y el dominio cuántico.

La teoría expuesta postula que por cada acción moral en un universo, se produce una acción inmoral en otro en un escenario de Múltiples Mundos, lo que plantea complejas cuestiones éticas. Un reto clave a la hora de evaluar la moralidad personal en estos universos es el concepto de que las versiones alternativas de uno mismo, aunque compartan un pasado común, son individuos distintos.

Los físicos prácticos solían pasar por alto teorías de la mecánica cuántica como la de los Mundos Múltiples. Sin embargo, cada vez hay más conciencia de que los fundamentos de la mecánica cuántica son cruciales para resolver los grandes misterios del cosmos, lo que indica un cambio de enfoque entre los físicos.