Cuadernos Manchegos
Cuadernos Manchegos

¡Pasen y vean! ¡Admiren a la mujer barbuda! ¡Sorpréndase con el hombre elefante!
¡Póstrense ante el hombre con la fuerza de 10 toros, y cuídense del ligre, mitad león, mitad tigre!
Esto bien podrían ser las arengas del presentador de un circo de fenómenos o freakshow que tan de moda se pusieron en el siglo XIX, sobre todo en Norteamérica y Centroeuropa.

Pero no, no vamos a hablar de ningún fenómeno de este tipo, ni a intentar explicar ninguna de las rarezas o malformaciones en las que estos espectáculos de tan baja catadura moral se basaban.  Aunque en su defensa hay que decir que eran otros tiempos, y los estándares de respeto personal imperantes en aquella sociedad eran otros, por lo que en su contexto eran mucho menos transgresores de lo que ahora podríamos pensar.

Hoy vamos a hablar de algo mucho más raro que mujeres barbudas y hombres elefante. Vamos a hablar de física cuántica. I. Y ya veremos si II, e incluso III. Esto da para mucho.

Pero antes de levantar alguna expectativa que no pueda cubrir, quiero ser sincero: hoy no vamos a conseguir comprender de una forma sencilla e intuitiva la ciencia que subyace a complejos fenómenos físicos.
Je, je, je, me diréis, tus carencias quedan al descubierto, no eres ese pozo de profunda sapiencia que pretendes vendernos, te hemos pillado. Y una vez más tendréis razón. Este humilde servidor tiene serios problemas en comprender e interiorizar multitud de conceptos en este terreno, habiendo momentos en los que, simplemente, se rinde ante la evidencia empírica y renuncia a comprender a cambio de, sencillamente, aceptar.
Pero al igual que los freakshows del siglo XIX, yo también tengo una defensa que argumentar a mi favor. Y no es otra que la de que, esta limitación intelectual no es exclusiva de un servidor, sino que por el contrario es la norma imperante. Y no hablo sólo entre los pobres aficionadillos de barrio a la ciencia, como yo, sino de los verdaderos genios.
La norma imperante en esto de la física cuántica es la de reconocerse incapaces de asimilar comportamientos cuya evidencia obliga a aceptar, cuando no a, directamente, negar esta evidencia en pos de explicaciones menos contrastadas, pero más cómodas de digerir. Sí, damas y caballeros, los grandes científicos, incluso aquellos que han tenido un papel de enorme relevancia en el desarrollo de esta rama de la física, han sido incapaces de conceptualizar sus fundamentos. Sencillamente, los han aceptado.
Por supuesto, hay honrosas excepciones, pero no estaremos dando la espalda a la verdad si afirmamos que la norma imperante, entre todo ser humano, es la incomprensión conceptual y la tendencia al rechazo cuando de física cuántica se trata.
El mismísimo Niels Bohr dijo “Cualquiera que no esté impactado por la teoría cuántica, no la ha entendido”. O el inmensísimo Richard Feynman, uno de los más ilustres físicos del SXX (y de la historia), que afirmó: “Creo que puedo decir con seguridad que nadie entiende la mecánica cuántica”, algo que da hasta miedo, viniendo de quien viene.

Así que no se sientan ustedes menores intelectualmente si se descubren incapaces de interiorizar lo que aquí vamos a mostrar. Ni incluso aunque se descubran a ustedes mismos intentando pillar vuelta a evidencias indiscutibles, en contra de su habitual (y hasta ahora firmemente asentado) empirismo.

Muy al contrario: reconozcan sus limitaciones y persigan aquello que se demuestra veraz, por muy contrario a su experiencia que pueda resultar. Al fin y al cabo, esta es la base de la ciencia, ¿no? Lo otro tiene otros nombres...

Por tanto, esta vez no perseguiremos una comprensión intuitiva. No sólo por nuestros propios problemas de entendederas, sino porque, simple y llanamente, la física cuántica es contraintuitiva. Postula conceptos, relaciones, y comportamientos que no sólo no siguen los que nuestra experiencia cotidiana nos enseña, cuando no directamente la enfrentan, sino que en buena parte de las veces nos presenta situaciones que, si no nos obligamos a desactivar nuestra intuición y experiencia, negaremos por absurdas.

Pero no nos engañemos. Al igual que ocurre con cualquier otra teoría, esta no hubiese sido aceptada si no se hubiese comprobado experimentalmente. Es decir, no sólo nos encontramos con que esta teoría predice absolutas aberraciones conceptuales, sino que comprobamos una y otra vez que estas barbaridades se producen. Y con un grado de precisión que asusta. Y esto es importante: la física cuántica es la teoría no sólo más comprobada experimentalmente de todas las de la física, sino que además lo está con unos niveles de precisión enormes. Quizá por el hecho de que nadie ha sido capaz de pegar ojo a su lado. Desconfiamos de ella.

Bah, diréis, a saber qué demostraciones han hecho. Seguro que lo han montado todo para que salga lo que quieren. Ojo, que al decir esto estamos faltando al respeto a miles de personas realmente brillantes que durante más de un siglo han no sólo realizado miles de experimentos, sino que han aportado con un detalle y cuidado enfermizos las pruebas que justifican que sus experimentos son metodológicamente correctos y sin sesgos u orientaciones, y que ratifican las predicciones de la teoría. Ojo cuidao, que esto es serio…

Bueno, vale, vale, pesao, ya nos queda claro. Entonces, ¿qué vamos a hacer hoy? Pues hoy vamos a divertirnos. Vamos a montar un freakshow. El Freakshow de la Cuántica. Y vamos a sacar a relucir algunas de las aberraciones más sangrantes de esta rama de la física. Y no serán todas, ni mucho menos. Ni serán las más aberrantes, ya que deberíamos descender bastante (quizá otro día). Pero os aseguro que serán suficientes. Os garantizo que, tras la función, saldréis de la carpa con la misma cara de asombro que se le quedó a José con el tema de la paloma.

Engendro número I: El experimento de la doble rendija.

Empezamos por el más famoso. Puede que muchos de vosotros ya lo conozcáis, pero aun así lo vamos a exponer aquí de nuevo. Este experimento jamás cansa, siempre consigue sorprender hasta a aquellos a los que ya hace décadas que nos fascinó. Tiene el poder de esas canciones que nunca dejarás de escuchar. Es el Tornado of Souls1 de la física cuántica.

Como veremos, este experimento no sólo es completamente increíble, sino que se le ha dado tantas vueltas, se ha intentado pillarlo por tantos sitios y durante tantísimos años, que tiene innumerables variantes. Y lo curioso es que, con cada nueva vuelta de rosca, en lugar de poner en aprietos a sus fundamentos, sólo se ha conseguido afianzarlos aún más, y, de regalo, nuevas sorpresas más propias de un fumadero de opio que de un laboratorio de doctores en física.
Vamos allá.

El experimento parte de una pregunta muy sencilla: ¿es la luz una partícula, o una onda? Algo coherente. En el S.XIX esto era un tema candente en física. Todo el mundo se lo preguntaba desde hacía décadas y quería darle respuesta. Tanto que acabó generando las dos mejores descripciones del Universo de las que actualmente disponemos: las teorías de la relatividad, y la mecánica cuántica, echando por tierra siglos de física newtoniana. Y generando una pelea épica que más de un siglo después todavía sigue en tablas.
Ante esta pregunta, los físicos experimentales, muy pragmáticos ellos, se dijeron: bueno, pues es fácil. Hagamos pasar un haz de luz a través de unas aperturas, y que se refleje en un fondo. Si el haz de luz está compuesto por ondas, en el fondo veremos un patrón de interferencias. Si el haz de luz está compuesto por partículas, en el fondo veremos multitud de impactos de pelotitas pequeñas.

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1 Mil perdones por la referencia a Megadeth. Entra con calzador, lo sé, pero no he podido resistirme.

Y ciertamente es una idea buena, y sencilla. Si la luz se compone de ondas, lo que veremos en la pared será algo parecido a lo que llega a la pared de la piscina cuando golpeamos el agua a la vez con las dos manos: un patrón de interferencias, que no es otra cosa que los valles y las crestas de las pequeñas olas que generamos.
Cuando dos olas se juntan por su parte alta (cresta), se suman, es decir, generan una ola más alta. O con más energía.
Cuando dos olas se juntan una de ellas por su parte alta, y otra por su parte baja (valle), se anulan, dejando una nada. Suponemos olas de la misma intensidad. O energía.

A la pared de la piscina llegan, por tanto intervalos de olas sumadas y anuladas (nada) según si las olas que hemos generado con ambas manos se han encontrado en sus crestas, o en una secuencia cresta-valle. Esto es lo que se denomina un patrón de interferencia, y es algo así:

Vemos que lo que llegará a la pared son, o trozos de nada, o trozos de crestas, en un patrón perfectamente ordenado y reconocible
Ilustración 1 - Vemos que lo que llegará a la pared son, o trozos de nada, o trozos de crestas, en un patrón perfectamente ordenado y reconocible.

Sin embargo, si yo decido, en lugar de dar palmadas en la superficie del agua, salpicar la pared, a esta lo que llegarán serán pequeños paquetes de agua, unitarios y bien definidos, que chocarán en los lugares a los que los haya dirigido. No tendré un patrón de interferencia, sino un conjunto de impactos (si no esperamos a que el agua de cada impacto se derrame por la pared, claro).

Pues nada, al lío. Thomas Young se puso con ello ya a principios del S.XIX, e hizo pasar un haz de luz por dos aperturas para dividirlo en los haces que pudiesen interferir entre ellos si eran ondas, como el agua en la piscina. Encendió el aplique, y a esperar.
Él sabía muy bien que, si la luz estaba compuesta de partículas, en la pared vería manchas muy claras: una detrás de cada apertura, en la que habrían impactado las partículas que hubiesen pasado por una u otra apertura.
Si estaba compuesta por ondas, en la pared vería un patrón de interferencias como el de la pared de nuestra piscina.

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Ilustración 2 - Si la luz está compuesta por corpúsculos o bolitas, ocurrirá lo que indica la figura A de la izquierda. Sin son ondas, esperaremos ver lo que indica la figura B de la derecha. Fuente: Instituto de Matemáticas de la Universidad de Sevilla.

Midió, y era la b. En la pared observó un claro patrón de interferencias. Asunto resuelto: la luz era una onda. A publicar, y a ampliar el ego.
Y así fue durante un tiempo, pero el pobre Young, sin saberlo, había encendido la mecha de lo que acabaría por explotar en forma de física cuántica.

Como otra cosa no, pero los buenos científicos son tercos a más no poder (perdón, obstinados), y bacines a niveles obscenos (perdón, curiosos), la cosa no quedó aquí. Por motivos que complicarían innecesariamente el juego, había quien postulaba que la luz tenía que estar compuesta por partículas, ya que, en otros contextos, aportaban explicaciones muy naturales y precisas a fenómenos que, de otra forma, necesitaban una física demasiado compleja o antinatural. Angelicos, no sabían lo que estaban haciendo…
De hecho, con el paso del tiempo y los avances tecnológicos, se habían diseñado experimentos que indicaban con total claridad que la luz interactuaba con la materia en forma de partícula, de forma discreta, cuantizada, o puntual, no como el continuo que se esperaría de una onda.

Pues nada, al lío otra vez. Pleno S. XX. Repitamos el experimento ese que hicieron hace más de 100 años, pero en lugar de lanzar un haz de luz, o chorro, lancemos uno muy fino. Uno en el que sólo pueda ir una fila de partículas. Así, o pasa por una rendija, o pasa por otra, pero no podrá pasar por ambas e interferir consigo mismo.
Chorrito de luz, a esperar, y a medir. Y mire usted, el resultado, pues mal. Al fondo, de nuevo un patrón de interferencias. La luz, de nuevo una onda. No se puede disparar en paquetes de uno en uno.

Nada, nada, todos tranquilos. Algo hemos hecho mal. Repitamos. Pero ahora, no vamos a esperar a que todo acabe para luego mirar la pared. Vamos a poner un medidor de luz que detecte por qué rendija está pasando en cada momento el chorrito. Así detectaremos nuestro error y podremos volver a nuestros despachos.
Detector puesto. Lanzan chorrito. En la pared aparecen dos zonas de impacto claramente separadas. El patrón de interferencias ha desaparecido.

Pero, se preguntaban, si aún no hemos tocado nada. Sólo hemos medido para ver qué estaba mal. ¿Qué ha pasado? Apaga el medidor, que debe estar mal.
Medidor apagado. Chorrito de luz. Patrón de interferencias. Por favor, otro medidor. Y esta vez uno que funcione, que nos están haciendo perder el tiempo.
Nuevo medidor instalado. Chorrito de luz. Dos zonas de impacto.
Apago medidor. Chorrito de luz. Patrón de interferencias.
Vámonos a casa, estamos muy cansados.  Seguro que mañana vemos el fallo.

Y el fallo todavía sigue sin solventarse. Sólo que ahora sabemos que no es tal. Lo que vemos es el comportamiento real de la luz. Y no sólo de la luz, sino que el Universo en general se comporta de esta forma. Os podéis imaginar las vueltas que le han dado a esto, y, siempre, sin excepción, se alcanza el mismo resultado. Da igual que el avance tecnológico permita mayores niveles de precisión. No importa cuánto cuidado se tenga al hacerlo. Si miro, obtengo una cosa. Si no miro, obtengo otra.

 

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Ilustración 3 - La subcultura de los memes nos deleita con una mezcla perfecta de capacidad de síntesis y humor. Este no tiene precio. LOL.

Bueno, me diréis, no seas tan dramático. Sin duda, el cacharro, al medir, simplemente interfiere y altera los resultados. Y esta vez, siento decirlo, no tendréis razón.
Si bien escuchamos a cualquier cantamañanas contarnos cualquier milonga mindfulness y le entregamos nuestro dinero sin pensarlo dos veces, a los científicos se lo ponemos mucho más difícil. Y hacemos bien. A esta gente le obligamos a que se lo curren y demuestren. Y lo hacen, vaya si lo hacen…

Aceptar sin más que el cacharro interfería al medir, no cabe en el orgullo de un científico. Y afirmar que con la luz pasa algo raro tampoco era una opción, ya que no podían demostrar nada. No tenían una explicación plausible.
Y se dijeron: Bien, no hay problema. Reenfoquemos el asunto. Vamos a lanzar electrones y veamos qué pasa. Sabemos que los electrones son una partícula, esto no está en duda. Si los medidores interfieren, lo veremos, ya que, obviamente, tendremos que ver que los electrones, lanzados de uno en uno, impactan en la pared de uno en uno. NO PUEDEN generar un patrón de interferencia. Son granitos de materia. Son canicas.
Fila de electrones lanzada de uno en uno. Patrón de interferencias. ¡IMPOSIBLE! ¡ESTOY LANZANDO ELECTRONES DE UNO EN UNO! ¡YA BASTA!
Os podéis imaginar la de veces que al técnico le hicieron revisar los cacharros. Pero no, no era eso. Los cacharros estaban perfectamente. Decidieron entonces poner un detector antes de las rendijas, para determinar así por qué rendija pasaba el electrón en cada ocasión. Al hacerlo, el patrón de interferencias desaparecía, y emergía un patrón de impactos unitarios, el esperable con los electrones dado que estos son como bolas, no como ondas de agua.
La situación se repetía hasta la saciedad: si miro por qué rendija pasa el electrón, se comporta como una canica. Si no lo hago, se comporta como una ola de agua. Y lanzando siempre un único electrón. Algo que es unitario. Literalmente, una canica de materia. Debería impactar en un único lugar según su trayectoria.

Bien, se dijeron. Si el electrón nos está haciendo la diez-once, vamos a pillarlo. No sabemos cómo narices consigue pasar por ambas rendijas e interferir como si fuese una onda. Vamos a medirlo a la llegada, cuando impacte, viendo su trayectoria. Igual de la máquina sólo sale un electrón, pero luego se parte. O se duplica. O vaya usted a saber. De esta forma, haga el electrón lo que esté decidiendo hacer, lo sabremos al medir su impacto, y nuestra medición no podrá partirlo, duplicarlo, o condicionar la rendija que toma, ya que ya habrá pasado por ella. Resultado: por cada electrón emitido, se generaba sólo un impacto de un único elemento que había pasado por una u otra rendija. Bien.
Pero si apagaban el medidor, poco a poco aparecía el patrón de interferencias según iban impactando los electrones de uno en uno. No llegaban varios que interferían. Llegaban de uno en uno, pero eligiendo trayectorias diferentes en función de si eran o no detectados. Aunque los lanzaran con mucho tiempo de separación unos de otros, si esperaban el tiempo suficiente, aparecía el patrón de interferencia. De locos.

Esto, como os podréis imaginar, no fue cosa de un día. Aún hoy se siguen haciendo variantes de este experimento, y, queramos reconocerlo o no, hemos de aceptarlo: el hecho de medir, modifica la realidad. El comportamiento del electrón varía de si lo mido a si no lo hago. Aunque encuentre una forma de medirlo sin que se vea afectado. Aunque lo mida a posteriori. De hecho, ha habido variantes del experimento en las que en el momento de lanzar el electrón, los detectores siempre estaban apagados, y de forma aleatoria, sin decisión humana de por medio, estos o se activaban o no una vez el electrón ya debía haber elegido una trayectoria. Mismos resultados.
Y creedme, no se trata de problemas al medir, ni de cambios de comportamiento debidos a los dispositivos de medida. Se trata de una característica intrínseca de la naturaleza. Es una norma de nuestro Universo a escala cuántica: el hecho de saber algo, implica afectar el entorno. La información en sí misma parece ser una de las claves del problema (madreeee, las puertas a la imaginación que abre esto que acabo de decir…)

Nuestra mejor explicación a un hecho que, indudablemente ocurre, pero que no comprendemos, es lo que se ha venido a denominar la dualidad onda-partícula, que no es otra cosa que asumir que ni lo uno ni lo otro existe, sino que, a escala cuántica, podemos encontrarnos cualquier cosa siendo una onda, o siendo una partícula. Sabemos en qué forma la encontraremos según cómo la miremos, pero no sabemos por qué. No tenemos ni pajolera idea de lo que realmente son las cosas. Pocas veces la famosa frase de Séneca tuvo una aplicación tan literal.

No comprenderlo es legítimo, a todos nos pasa. Reconocer que va en contra de nuestra intuición también lo es. Pero no podemos no querer aceptarlo. No se puede negar una evidencia, esta es justamente la diferencia entre creer y aceptar: uno puede querer creer que la Tierra es plana, o que hay todo un edén esperando a que doble las uñas, está bien, esto no necesita ser demostrado. Es una creencia.
Pero uno no pude pretender hacer aceptar a otro sus creencias sin aportar unas mínimas pruebas, ni no querer aceptar una realidad demostrada empíricamente porque no le guste o no crea en ella. La mecánica cuántica tiene para todos, amigos, de ella no nos libramos ninguno.

Engendro número II: El principio de incertidumbre.

¿Nunca habéis estado en una situación de esas en las que, para no perderte una cosa que te interesa, tienes que dejar de ver otra que tampoco te quieres perder? Seguro que recordáis alguna. No sé, ¿que durante una sesión circense, mientras el malabarista principal hace un cuádruple salto mortal a tu amigo te le caiga el refresco y el gofre (con chocolate, por supuesto) en la camisa? ¿Que al profesor que te ha suspendido en cuatro ocasiones se le rajen los pantalones en una conferencia mientras por la ventana a tu ex se le caga una paloma acudiendo a una boda para hacer de madrina? ¿No? Seguro que sí.
Pues esto es lo mismo. Si por algún oscuro motivo del universo, o debido a vuestro propio deterioro mental, decidieseis medir la posición y velocidad de una partícula, no podríais. Y no me refiero a que no fueseis capaces, a que no supieseis cómo hacerlo, o a que no dispusieseis de los medios necesarios. Me refiero, directamente, a que no podríais. Jamás nadie podrá.

El Principio de Incertidumbre de Heisenberg nos dice justamente esto: el propio Universo pone trabas para entregar toda la información. Nunca te dirá la velocidad y la posición de una partícula. Tienes que decidir saber dónde está, pero sin tener ni idea si está quieta o en movimiento (ni a qué velocidad lo hace), o bien decidir saber esto último, pero sin tener ni idea acerca de dónde está.
Pero el Universo, en su broma, es aún más simpático. No te obliga a elegir saber una u otra cosa, sino que te permite decidir el grado de conocimiento de cada una de ellas. Por ejemplo, si decides conocer con una probabilidad x la posición de la partícula, tu amigo el Universo te permitirá conocer con una probabilidad 1-x su movimiento. Es decir, la cantidad de certeza con la que le pidas lo uno, él te la restará de lo otro.

Supongamos una unidad monetaria llamada certeza. Su moneda, la certeza, se divide en 100 certecines exactamente igual que el Euro se divide en 100 céntimos. Y supongamos que el Universo es un mercado en el que, cada vez que pido conocer algo, me cuesta 100 certecines. Cada cosa que le pida saber en un momento dado, costará esta cantidad de dinero, de forma que, si tengo menos, me entregará sólo una respuesta parcial.
Si le pido conocer, en un momento dado, la posición de una partícula, el Universo me cobrará 100 certecines, o 1 certeza. Como tengo la moneda completa, él, muy cumplidor, me entrega el conocimiento completo y me dice, exactamente, dónde está la partícula.
Si le pido conocer, en otro momento dado el movimiento de la partícula, vuelvo a tener otros 100 certecines disponibles, de forma que, puesto que le pago de nuevo 1 certeza completa, mi interesado amigo el Universo me entrega de nuevo también el conocimiento completo respecto del movimiento de la partícula.
Pero, si en otro momento dado, en el que de nuevo dispongo de 100 certecines, le pido conocer tanto la posición actual como el momento lineal (o la cantidad de movimiento) de la partícula, el Universo, muy ávido de monedas él, me dirá: elige cuántos de los 100 certecines quieres gastar en conocer lo uno, y cuántos en conocer lo otro, y yo te daré el mismo grado de certeza en cada uno de ellos. Justicia aritmética.
Si yo elijo, por ejemplo, gastar 10 certecines en conocer la posición, y 90 en conocer el movimiento, el Universo cumplirá su parte y me dirá, con un 10% de certeza dónde está la partícula, y con un 90% cómo se está moviendo. Habrá cumplido con su trato de forma absurda y obsesivamente justa. Nunca hace descuentos ni ofertas 2x1.
Y me diréis, pues le pago 2 certezas o 200 certecines, y me lo llevo puesto. Pues no, no podréis. En cada momento sólo tendréis una moneda. Nunca tendréis más, ni nunca tendréis menos.
¿Qué por qué? Pues no lo sé. Y hasta donde sé, nadie lo sabe. Pero es así, podéis estar seguros. Nunca nadie podrá saber ambas cosas. Y así ocurre con otras magnitudes cuánticas, lo que, en la práctica, se traduce en que nuestro tan querido universo determinista, aquel en el que si conocemos todas las variables de un sistema, podemos determinar su evolución, sencillamente, se desvanece. No existe. El Universo, en su escala más básica, no es determinista. No se puede conocer todo con certeza, ni siquiera un puñado de cosas. Nuestro universo es probabilista, sólo nos permite saber cosas con grados de probabilidad. Es una cualidad fundamental de nuestro sistema.

Y esto es importante: es una cualidad fundamental de nuestro sistema. Aunque lo rechacemos de pleno, es así. No se trata de falta de precisión en las medidas, de carencias tecnológicas que nos impidan esclarecer un orden oculto pero existente, ni de falta de conocimiento que nos lleve a hacer una lectura parcial o sesgada.
Bueno, de esto último sí hay, y mucho. Pero no para saber que esto ocurre con absoluta certeza, sino para saber el porqué lo hace. No es que no tengamos el control en este momento, es que jamás lo tendremos.

Y es que, amigos y amigas, el control es sólo una sensación. Es algo que necesitamos sentir que tenemos por pura salud mental. Pero la Naturaleza se rige por normas que no están hechas en base a tus necesidades. De hecho, tú te riges por normas que están hechas en base a las suyas.

Venga ya. Esto no funciona así. Tengo aquí delante mi lápiz, y sé exactamente dónde está, y a qué velocidad se está moviendo, diréis. Y una vez más tendréis razón. Todos sabemos que esto es así, pero lo es a nivel macro.
¿Quieres decir que hay unas normas para las cosas grandes, y otras para las cosas pequeñas?
Pues sí, y no. Me explico: obviamente, a nivel experimental, las cosas se comportan de formas muy diferentes cuando las estudiamos a nivel de partícula, que cuando lo hacemos en la escala de un Ford Fiesta, esto es indiscutible.
Y si bien discutir aquí tanto los motivos exactos de esto, como las fronteras en la que se pasa de lo raro a lo normal sería harina de otro costal, en esencia lo hemos ya respondido hace unas líneas: nuestro Universo es probabilista.

Esto implica que, cuando estudias una sola partícula, sus efectos probabilistas sean muy marcados. Es igual que si juegas a una lotería con sólo dos números: sigue siendo un juego probabilista, pero las probabilidades varían tan a tu favor que prácticamente sabes con certeza que si juegas durante una semana, te tocará seguro. Y más de una vez, salvo que seas una persona realmente desafortunada.

Pero, cuando estudias tu lápiz, estás estudiando un número incomprensiblemente alto de partículas. Todas ellas tienen una probabilidad de desaparecer y aparecer en la constelación de Orión, y también la tienen de permanecer exactamente en el sitio en el que están ahora. La clave es que la primera es infinitamente más pequeña que la segunda, lo cual, unido al absurdamente elevado número de partículas, hace que tu lápiz, como objeto macro, tienda a comportarse de una forma predecible, parezca determinista. Total, si alguna vez en tu vida, una sola partícula de tu lápiz apareció de repente allá donde Cristo perdió las albarcas, ni siquiera te diste cuenta. Simplemente no vives en esa escala. Es una escala desconocida para ti, pero es la escala que ensambla todo el Universo. Y es real y tangible. Pero extraña.

¡Claro! ¡Por eso a veces aparece alguien en la Calle La Feria con indumentaria del siglo XVII! Sabíamos nosotros que esas cosas pasaban, si las contaba mi tía Sabina… Chssss, tranquilos. Ni negar la evidencia, ni adoración del magufismo. Que lo de la cuántica se ha demostrado en miles de ocasiones por miles de personas y a lo largo de más de cien años. Y sigue haciéndose. Cada santa vez que se prueba. De lo de los señores con pantalón de globo, todavía nadie ha aportado ni una sola prueba empírica.

Pero vamos, que a nivel macro también se han observado estos fenómenos. Se conoce el caso de un tal Mrajoy, que cuando se le ve en una lista, no se sabe quién es; y cuando se sabe quién es, no se le puede ver en la lista. Se es incapaz de saber las dos cosas a la vez.
No, es broma. Y perdón de nuevo, me ha venido lanzada…

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Ilustración 4 - Aquí os dejo un divertido video de Quantum Fracture, un canal de divulgación muy muy recomendable y entretenido. Aquí Crespo nos monta un ejemplo de para qué puede servirnos la física cuántica en el terreno de la seguridad. Fuente: Quantum Fracture. Pincha en la imagen o aquí para acceder.

Engendro número III: El entrelazamiento cuántico.

Bueno, este es mi monstruo preferido, sin duda. Es muy sencillo de entender, pero realmente complicado de aceptar. Cuando varias partículas están entrelazadas, comparten su estado cuántico, así de sencillo.
Esto se traduce en que, si tengo 2 electrones entrelazados, lo que sepa de uno, lo sabré del otro. Lo que le haga a uno, se lo estaré haciendo al otro. Si tuviese dos electrones y uno se lo diese a mi primo el astronauta, que parte de viaje a Plutón, y yo me quedase con el otro aquí en la Tierra, cuando mi primo, ya en Plutón, pintase de rojo su electrón 2, el mío aparecería de rojo de forma inmediata. Al instante. Sin retardo. Igualito que el apargatazo de una madre.

Pues vaya, tampoco es para tanto, flipao… Que sí, que sí, que esto tiene su miga. Veamos. Supongamos ahora que mi primo, que sale para Plutón, no lo hace por vacaciones. Es un soldado del ETU (Ejército Terrestre Unificado), cuyo objetivo es establecer una base de vigilancia en los confines (cercanos) del Sistema Solar para intentar anticipar la llegada de una horda de alfacentaurinos que vienen a invadirnos. Ya llevan unos años recibiendo nuestras ondas de radio de la era del reggaetón, y por ahí ya sí que no pasan.
El problema es que sus naves viajan a la velocidad de la luz3, por lo que, si cuando mi primo los detecte nos envía un mensaje, ambos, aviso e invasores, llegarán a la vez, por lo que nos pillarán por sorpresa. Si al menos dispusiésemos de un par de horas, podríamos preparar nuestras defensas interestelares.

Mi primo quiere salvar a la humanidad y vivir del cuento. Está harto del cuartel, siempre se la cuelan y le toca imaginaria. Él sabe que, dado que yo me quedo en la Tierra, soy un receptor perfecto. Sólo necesita un canal de comunicación más rápido que la luz para hacerme llegar el aviso en cuanto vea la avanzadilla alienígena.
Puesto que Plutón está a unas 4.5 horas/luz de la Tierra, y dado que necesitamos un par de horas para activar nuestros láseres antibichos, dispone de dos horas y media para avisarme. Esto significa que necesita un canal casi el doble de rápido que la velocidad de la luz. Tiene que hacerme llegar en 2.5 horas un mensaje que la luz tardaría 4.5 en entregarme.

Todos sabemos que nada puede viajar más rápido que la luz, así que asunto zanjado. La tecnología de los alfacentaurinos es insuperable, y hay que asumir la invasión. Pero mi primo, que es más terco que una mula, o, vendiéndolo a la americana, que nunca se da por vencido, no se resigna. Tira de conocimiento, y la ve: el entrelazamiento cuántico es la solución. De hecho, hasta le sobra tiempo. De las 2 horas y media de que dispone, le sobran exactamente 2 horas y media. Literalmente no necesita tiempo. El entrelazamiento cuántico es instantáneo, como el Nesquick.

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2 Si tal cosa pudiese hacerse.
3 Si tal cosa pudiese hacerse.

Así que comparte un código conmigo: en cuanto vea la horda acercarse, pintará su electrón de rojo. Como el mío, aquí en la Tierra, está entrelazado con el suyo, de forma inmediata pasará a ser también rojo. Yo lo veré, y tendré tiempo de sobra de terminar mi cerveza y avisar a la comandancia del ETU. Enemigo abatido.

El ejemplo anterior contiene muchos elementos de ficción. Otros, directamente imposibles, pero hay dos que son muy importantes para poder identificar aplicaciones increíbles de este fenómeno cuántico. Uno de ellos son las comunicaciones, y el otro, la inmediatez.

El electrón, en este ejemplo, es un bit clásico, es decir, una unidad binaria de información. La humanidad, hoy en día, tenemos bits a trillones. Si ampliamos el ejemplo a la capacidad potencial de bits disponibles, y conseguimos transmitirlos mediante el entrelazamiento cuántico, Internet quedaría a la altura de las tapas de un yogur. Para esto queda, y mucho. Falta hasta para saber qué es lo que realmente se puede conseguir, pero no me negaréis que abre todo un abanico de increíbles posibilidades.

Engendro número IV: Superposición cuántica.

Como era de esperar, lo mejor para el final. Como buenos gerentes de nuestro particular circo de fenómenos, hemos dejado a nuestro mejor engendro para que sea la guinda del pastel. La sorpresa máxima. La aberración suprema.

Sencillo: la superposición cuántica viene a decir que una partícula se encuentra en todos sus posibles estados a la vez, y que sólo al medirla, se decide por uno.
Es decir, que un electrón está quieto y en movimiento. Pero en movimiento en todas las posibles trayectorias que puede tomar. Está aquí, allí, en el calcetín de un noruego, en la luna, y en el otro extremo del universo, a la vez. Sólo cuando lo mides, se decide por un lugar concreto, y aparece. Como Christina Rosenvinge. Hace ¡chas!, y aparece a tu lado.

Para todo esto hay distintas interpretaciones. Espera, espera, me diréis, ¿esto de la ciencia no se basaba en hechos empíricamente comprobados, y se dejaba de milongas de “yo creo” y “a mí me parece”?, y, una vez más tendréis razón.
Recordemos que todo esto está comprobado. Hasta la saciedad. Es decir: ocurre de forma indiscutible. Hay que aceptarlo.
Pero recordemos también que no sabemos por qué. Ocurre lo mismo que cuando Sir Isaac Newton demostró fuera de toda duda que la gravedad atendía a unas ciertas leyes que redujo en una ecuación y en su famosa constante gravitacional, pero nunca fue capaz de saber qué era la gravedad, por qué atraía las cosas. Esto no restaba ni un ápice de validez a su teoría (demostrada), ni fue impedimento para encumbrarlo a la cima del reconocimiento científico, junto con otros pequeños méritos, como la nimiedad de inventar el cálculo infinitesimal sólo porque le era necesario como herramienta teórica, ahí es na.
Se trata por tanto de una limitación conceptual. Importante, no lo niego, ya que impide satisfacer la curiosidad, pero, a nivel empírico y práctico, hay que reconocer que no afecta: sepamos o no lo que es la gravedad, si conocemos su funcionamiento y podemos hacer uso de él, tenemos un buen grado de control. No sabemos qué tipo de monstruo es, pero sí tenemos la absoluta certeza de que nos obedece y podemos, por tanto, hacer uso de él. Tuvo que venir el mismísimo Albert Einstein para aportar una explicación conceptual a eso de qué era la gravedad, y, ya de paso, como no, revolucionar un poco el chiringuito.

Aquí tenemos la misma situación, de forma que, aunque conocemos el comportamiento, e incluso hagamos ya uso de él (de forma aún muy tímida, hay que reconocerlo), no sabemos los motivos. Esta carencia conceptual, junto con la casi enfermiza necesidad de los científicos de darle a todo una explicación humanamente satisfactoria que satisfaga su curiosidad (y evite que sus orgullos se lastimen demasiado, por qué no decirlo), hace que se tienda a intentar poner sobre la mesa posibles porqués.
Tenemos, por ejemplo, la interpretación de Copenhague, formulada allá por los años 20 del pasado siglo y liderada por Niels Bohr, uno de los pesos pesados en cuanto al nacimiento de la mecánica cuántica se refiere, en la cual, en esencia postula que una partícula tiene asociados de forma probabilista un número infinito de estados, lo cual se viene a denominar función de onda, y que sólo al ser observada, esta función de onda colapsa, o, en esencia, se decide por uno. Por ejemplo, cada partícula de mi lápiz tiene asociada una probabilidad de estar en mi mesa, o de estar en la constelación de Orión, siendo la primera muy alta, pero no absoluta, y la segunda casi despreciable, pero no inexistente, de tal forma que cuando lo miro, cada una de las funciones de onda de cada una de las partículas, colapsan o se deciden por una ubicación. Es lógico (hombre, algo coherente, gracias) suponer que la inmensa mayoría, sino todas, decidirán mostrarse en su ubicación más probable, es decir, en mi mesa. Pero no puedo garantizar que a veces, alguna, no se me vaya de paseo.
Para Bohr, el Universo no es determinista. Es probabilista.

El amigo Richard Feynman tenía otro punto de vista, que derivó en consecuencias bastante raras, cuanto menos, y que se entiende mejor con el ejemplo del experimento de la doble rendija. Él interpretaba que el electrón, cuando salía del cacharro emisor e impactaba en la pared del fondo, no había tomado una única trayectoria en línea recta, sino todas las posibles trayectorias, ya sean curvas, rectas, yendo y viniendo, pasando por Mercurio, yendo después a Urano, volviendo a la habitación y dibujando una Z de El Zorro en el aire, y finalmente impactando, etc. Y que hay un universo paralelo para cada una de esas historias, en el que ésta realmente se produce, y no las demás, de forma que para él no hay infinitas posibilidades y es la observación la que fuerza la elección de una de ellas, sino que interpreta que todas ellas ocurren en un marco de absoluta igualdad, ya que cada una realmente ocurre, pero en un universo diferente. Esto deriva en la Teoría de los Universos Paralelos, que, aunque os pueda parecer una magufada de órdago digna de ganar la medalla de oro en las Olimpiadas Magufas, es una posibilidad cada vez más aceptada por cada vez más científicos, ya que está comenzando a explicar, tanto teórica como conceptualmente, una gran multitud de dilemas. Y está recibiendo incluso cierto soporte probatorio experimental, consecuencia de algunos experimentos, aún no completamente controlados al nivel de detalle suficiente, pero sí muy prometedores. Los universos paralelos se presentan como una estupenda navaja de Occam.
Para Feynman, por tanto, cada universo es relativamente determinista en base a sus propias normas o leyes, ya que tiene una única forma de presentar un comportamiento. Lo que es probabilista es el universo que tú, como observador, ocupas de entre todos los infinitos universos posibles. Experimentas este, porque, sencillamente, estás aquí. Toma ya.

Venga ya, no me voy porque he pagao… Que sí, que sí, que tenéis razón. No tengo nada más que decir. No pienso ni intentar explicarlo, no tendría sentido. Además, hoy prometimos sorpresas, no sapiencia. Y sorpresas, hemos sacao

 

Ciencia de Gañanes
Ilustración 5 - Famoso experimento mental del Gato de Schrödinger. A mí nunca me ha gustado mucho, ya que transmite más un "no puedes saber si el gato está vivo o muerto hasta que abres la caja", que un "el gato está vivo y muerto a la vez hasta que abres la caja, momento en que pasa a estar lo uno o lo otro”. Pero es una metáfora que da mucho juego, eso sin duda.

Se baja el telón. Los monstruos, a bambalinas. Dentro luces. Vayan saliendo. Sin colapsar, por favor, séanme cuánticos al salir.

Bien, ¿qué tal? ¿Se han divertido, o, al menos, sorprendido, aunque sea mínimamente? Espero que sí. Y si se sienten mal porque ven que no están dispuestos a hacer el esfuerzo de aceptar las evidencias, y prefieren quedarse en la plácida orilla de la simple contemplación, no se preocupen: no son raros. Ni faltos de inteligencia. Hay dos frases del mismísimo Albert Einstein, referidas a su negativa personal (nunca científica, ya que estaba obligado a rendirse a la evidencia, como toda buena persona razonable) a aceptar estos preceptos. Posiblemente las hayan escuchado. Una es “Dios no juega a los dados”, escrita en una carta a su colega Max Born, en referencia al principio de incertidumbre.
La otra es llamar despectivamente al entrelazamiento cuántico como “acción fantasmal a distancia”.

¡Ah! Y si alguien les dice que usando física cuántica les va a abrir los chakras, díganle por favor primero que se los enseñen antes cerrados. Si los ven, suelten entonces la viruta.

De nuevo, esto es sólo una aproximación. Disculpen las carencias, disculpen, sobre todo, las licencias, y sean benévolos con los errores que hayamos podido cometer. Como siempre, nuestra intención es entretener, y a poder ser, generar curiosidad y respeto por la Ciencia.

Seguiremos intentándolo.

¡Nos vemos!

Javier Lara

Javier Lara

Entusiasta del software, la música, y la ciencia, llevo desde chaval metido en los tres tinglados todo lo que mi tiempo y mis capacidades me permiten. Estudié Ingeniería Técnica Informática en la Universidad de Castilla – La Mancha, Máster Universitario en Tecnologías Informáticas Avanzadas en la misma universidad, y Máster Universitario en Inteligencia Artificial por la Universidad Internacional de la Rioja, y me he dedicado al software durante toda mi vida profesional, así como a leer toda la divulgación posible sobre ciencia, especialmente en las ramas de la astrofísica y astronomía, e interiorizarla al paso de alguien con más paciencia que entendederas.

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