¿Qué es la mecánica cuántica? Todo mundo tiene una opinión distinta, hasta los científicos que la estudian
A inicios de los sesenta, en una de sus cátedras en Caltech, el gran físico teórico Richard Feynman definió la mecánica cuántica como "la descripción de la materia en todos sus detalles y, en particular, de lo que acontece a escala atómica”. Suena muy sencillo y directo al grano, pero el problema es que las cosas, a esa escala tan pequeña, no se comportan de una manera que resulta fácil de comprender, ya no se diga explicar. Feynman añadió que “debido a que el comportamiento atómico es tan diferente de la experiencia ordinaria, es muy difícil acostumbrarse a este, y resulta peculiar y misterioso para todos, tanto para el físico novato como para el experimentado. Ni siquiera los expertos lo comprenden como quisieran”. Tal es el caso hasta la fecha.
Con motivo del centésimo aniversario de la mecánica cuántica, físicos de todo el mundo se reunieron en junio en la isla alemana de Heligoland, el mismo lugar donde Werner Heisenberg, en 1925, logró formular las bases de la mecánica matricial, lo que resultó en un artículo que marcó uno de los puntos de inicio (quizás el más fundacional, si es necesario marcar un nacimiento formal) de la mecánica cuántica moderna. La mecánica cuántica ha sido uno de los campos de estudio más revolucionarios de la ciencia, cuyas ecuaciones han resultado en innovaciones tecnológicas como transistores, láseres, LEDs, resonancia magnética, relojes atómicos, y un largo etcétera de maravillas imprescindibles, y que hoy son la base en el desarrollo de la computación cuántica.
Los científicos de Caltech se inspiraron en el demonio de Maxwell para ampliar los límites de control sobre los átomos, y alcanzar por primera vez el hiperentrelazamiento con partículas masivas.
Si bien no hay debate sobre las matemáticas de la mecánica cuántica, el aspecto filosófico de la materia es un asunto conflictivo. En aquella celebración en el mar del Norte surgió una discusión respecto a la realidad física detrás de estos cálculos. “No existe un mundo cuántico”, dijo Anton Zeilinger, físico de la Universidad de Viena, al exponer que los estados cuánticos solo existen en la mente y que describen información, no la realidad. “No estoy de acuerdo”, respondió Alain Aspect, físico de la Universidad de París-Saclay, su colega con quien compartió el Premio Nobel de 2022 por sus experimentos con fotones entrelazados, un fenómeno cuántico.
La revista Nature dio seguimiento a este interesante debate y mandó una encuesta a más de 15,000 investigadores que han trabajado en tiempos recientes en temas relacionados a la mecánica cuántica. Más de 1,100 científicos respondieron a la solicitud, físicos en su mayoría, y la revista publicó los resultados a finales de julio. Las respuestas revelaron que incluso en la comunidad científica no hay consenso, o muy poco, sobre cuestiones fundamentales relativas a este importantísimo campo de estudio, cien años después de su inicio.
¿Qué es la mecánica cuántica en realidad?
Ante la pregunta “¿cuál es tu explicación preferida de la teoría cuántica?”, una tercera parte de los participantes (36%) se inclinó a favor de la interpretación de Copenhague, la cual sostiene que las partículas subatómicas no tienen propiedades definidas (como posición o ímpetu) hasta que se observa, y antes de la observación, solo existen como una superposición de probabilidades descrita por la función de onda. Sin embargo, casi la mitad de aquellos que dan por buena la interpretación de Copenhague anotaron que “no tenían certeza" sobre esta. Irónicamente, Niels Bohr y Heisenberg, cuyos puntos de vista son los que principalmente sostienen la más tradicional de toda las interpretaciones, tampoco estaban siempre de acuerdo.
En otra pregunta sobre “¿qué es la función de onda?” —es decir, la descripción matemática del estado cuántico de un objeto—, casi la mitad (47%) respondió que se trata de “una herramienta matemática que predice resultados matemáticos y sus probabilidades con precisión”, mientras que un 36% dijo que es una representación de una realidad física (aunque también hay diferencias entre aquellos que respondieron que se trata de una realidad “parcial” o “completa”). Según Nature, “esto sugiere que existe una división significativa entre los investigadores que sostienen visiones ‘realistas’, que proyectan ecuaciones sobre el mundo real, y aquellos con visiones ‘epistémicas’, que dicen que la física cuántica se ocupa únicamente de la información”.
Incluso no parece haber consenso sobre “la división entre objetos cuánticos y clásicos”. El 45% dijo que no hay una frontera entre estos dos mundos, y el otro 45% dijo que sí hay una línea divisoria (aunque apenas el 5% indicó que esta línea divisoria está bien marcada). El 10% optó por responder que no estaba seguro de qué se estaba preguntando. “Me parece sorprendente que personas con mucho conocimiento sobre teoría cuántica puedan ser convencidas de puntos de vista completamente opuestos”, dijo Gemma De les Coves, física teórica de la Universidad Pompeu Fabra, en Barcelona, España, sobre estos resultados.
El consejo editorial de la revista Nature señaló en un artículo aparte que la comunidad científica no debería estar avergonzada sobre esta presunta incapacidad de establecer una narrativa única sobre la naturaleza básica de la realidad, o de las partículas y fuerzas que la configuran. “Este desacuerdo podría dificultar la comunicación de la física cuántica al público y evitar la ambigüedad que pueden aprovechar los promotores de la pseudociencia, pero estas discusiones hacen que el campo sea aún más fascinante e impulsan el avance de la ciencia”.
La revista ofrece como evidencia los avances más recientes en criptografía y computación cuánticas gracias a nuevas investigaciones en fundamentos cuánticos, una disciplina que empuja los límites de la mecánica cuántica, y que no sería posible si no hubiera un diálogo entre físicos y filósofos sobre la naturaleza de este terreno.
No hay nada de malo con solo trabajar las matemáticas sin pensar demasiado en la teoría, un acercamiento a la mecánica cuántica que se ha dado a conocer como “Cállate y calcula”, y que ha sido el motor de la era digital. Para muchos expertos sería como preguntarse por qué dos más dos es igual a cuatro. Pero nuevos estudios sobre fundamentos cuánticos podría abrir nuevas puertas y señalar el camino hacia una teoría mejorada que, por ejemplo, por fin incorpore la gravedad (la única fuerza fundamental de la naturaleza que la teoría cuántica actualmente no puede explicar) o pueda explicar otros misterios pendientes de la física.
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