¿Por qué a nadie se le enseña el único concepto de la física cuántica que niega la realidad?

By: Chris Ferrie

Se llama contextualidad y es la esencia de la física cuántica.

Esta mañana desayuné un cuenco de yogur griego natural y muesli tostado. Podría haber comido un panecillo simple con puré de aguacate, o no podría haber comido nada en absoluto. Pero tuve el yogur y el muesli. Lo sé, lo sé, los malditos millennials y su comida de desayuno hipster. Pero, además, ¿a quién le importa lo que desayune? Bueno, quizás el universo lo haga.

tu

Las condiciones en las que se realiza un experimento se denominan contexto . En la práctica, los contextos que consideramos están muy limitados a unas pocas configuraciones en los dispositivos en el laboratorio. Pero, quizás la temperatura de la habitación sea importante. ¿Estaban encendidas las luces? ¿Estaba la puerta abierta? Especialmente cuando las cosas van mal, lo que ocurre con mucha frecuencia, el contexto es donde se buscan las respuestas. Pero algunas partes del contexto están tan alejadas del experimento que no hay absolutamente ninguna forma de que puedan afectar los resultados, como ese delicioso muesli. (¿Mencioné que estaba tostado con un toque de arce y combinado con un yogur griego en una olla?)

Una teoría es un conjunto de reglas matemáticas que hacen predicciones sobre los resultados de los experimentos. La mayoría de las teorías descartan automáticamente la mayoría de los contextos simplemente ignorándolos. La dependencia de otros contextos se descarta mediante la experimentación. Si no hay un arreglo experimental posible en el laboratorio que pueda distinguir lo que desayuné, entonces la teoría no debería hacer referencia a ese contexto. Piense en ello como una aplicación de la navaja de Occam. De hecho, la física cuántica no menciona las opciones del desayuno.

Por muy exitosa que sea la física cuántica, es simplemente una teoría operativa . Es como un manual de laboratorio con instrucciones sobre los preparativos y expectativas de los experimentos. Es notablemente preciso, lo que nos permite diseñar materiales y dispositivos que forman la base de toda la tecnología moderna. Pero no nos dice nada sobre la realidad , y eso molesta a muchos físicos.

¿Qué es la realidad? No. No hay forma de que estemos atravesando ese campo minado filosófico. En cambio, centrémonos en el realismo científico , la idea de que un mundo de cosas existe independientemente de las mentes que puedan percibirlo y es el mundo revelado lentamente por el progreso de la ciencia. El realismo científico es la creencia de que la verdadera naturaleza de la realidad es objeto de investigación científica y, si bien es posible que no la entendamos por completo en un momento dado, cada experimento nos acerca un poco más. Esta es una posición filosófica popular entre los científicos y los entusiastas de la ciencia.

Un realista científico típico podría creer, por ejemplo, que las partículas fundamentales existen aunque no podamos percibirlas directamente con nuestros sentidos. Las partículas son reales y sus propiedades, sean las que sean, forman parte del estado del mundo. Una visión un poco más extrema es que este estado del mundo se puede especificar con cantidades matemáticas y estas, a su vez, obedecen a ecuaciones que llamamos leyes físicas . Desde este punto de vista, el objetivo final de la ciencia es descubrir estas leyes. Entonces, ¿cuáles son las consecuencias de la física cuántica en estos puntos de vista?

Como mencioné anteriormente, la física cuántica no es un modelo realista del mundo, es decir, no especifica cantidades para los estados del mundo. Entonces, una pregunta obvia es ¿podemos complementar o reemplazar la física cuántica con un conjunto más profundo de leyes sobre los estados reales del mundo? Ésta es la pregunta que Einstein hizo por primera vez con sus colegas Podolski y Rosen, que llegó a los titulares en 1935 . Los hipotéticos estados reales del mundo pasaron a denominarse variables ocultas, ya que un experimento no los revela, al menos no todavía.

En las décadas que siguieron, la física cuántica se convirtió rápidamente en ciencia aplicada y los libros de texto que se convirtieron en canon demostraron solo cómo usar las recetas de la física cuántica. En los libros de texto que todavía se utilizan hoy en día, no se hace mención del progreso en los aspectos fundamentales de la física cuántica desde que las matemáticas se cimentaron hace casi cien años. Pero, en la década de 1960, se descubrió el aspecto más importante y fundamental de la física cuántica y puso serias restricciones al realismo científico. Algunos llegan a decir que toda la naturaleza de la realidad independiente es cuestionable debido a ella. Lo que se descubrió ahora se llama contextualidad , y su inevitabilidad se conoce como el teorema de Bell-Kochen-Specker .

John Bell es el más famoso del trío Bell, Kochen y Specker, y se le atribuye haber demostrado que la física cuántica contenía las llamadas correlaciones no locales, una consecuencia del entrelazamiento cuántico. Siéntase libre de leer sobre los de aquí:

Fueron las ideas y nociones de Bell las que se mantuvieron y eventualmente llevaron a fenómenos cuánticos populares como la teletransportación . La no localidad en sí es tremendamente popular en estos días en las revistas científicas con pruebas informadas del concepto en experimentos delicadamente diseñados que abarcan continentes y, a veces, involucran satélites de investigación. Pero la no localidad es solo un tipo de contextualidad, que es el verdadero juego en la ciudad.

En la oración más sucinta posible, contextualidad es el nombre del hecho de que cualquier estado real del mundo que dé lugar a las reglas de la física cuántica debe depender de contextos que ningún experimento puede distinguir . Eso es mucho para desempacar. Recuerde que hay muchas formas de preparar el mismo experimento, y por el mismo experimento, me refiero a muchos experimentos diferentes con resultados completamente indistinguibles. Hacer exactamente lo mismo que ayer en el laboratorio, pero haber tomado un desayuno diferente, dará los mismos resultados experimentales. Pero hay cosas en el laboratorio y muy cercanas al sistema bajo investigación que tampoco parecen afectar los resultados. Un ejemplo podría ser mezclar luz láser de dos formas diferentes.

Hay diferentes tipos de luz láser que, una vez mezclados, son completamente indistinguibles entre sí, independientemente de los experimentos que se realicen con las mezclas. Podrías gastar un billón de dólares en equipos científicos y nunca ser capaz de diferenciar las dos mezclas. Además, conocer solo la mezcla resultante, y no la forma en que se mezcló, es suficiente para predecir con precisión los resultados de cualquier experimento realizado con la luz. Entonces, en física cuántica, la teoría matemática tiene una variable que se refiere a la mezcla y no a la forma en que se hizo la mezcla: es la navaja de Occam en la práctica.

Ahora intentemos inventar una teoría más profunda de la realidad que sustenta la física cuántica. Seguramente, si vamos a respetar la navaja de Occam, los estados en nuestro modelo solo deberían depender de contextos con consecuencias observables, ¿verdad? Si no hay un experimento posible que pueda distinguir cómo se mezcla la luz láser, entonces el estado subyacente de la realidad solo debería depender de la mezcla y no del contexto en el que se hizo, que, recuerde, podría incluir mis elecciones de desayuno. Por desgracia, esto simplemente no es posible en física cuántica; es una imposibilidad matemática en la teoría y ha sido confirmada por muchos experimentos.