Incluso el reino cuántico parece haber sido invadido por hechos alternativos de una forma bastante viral. Aunque esto es pueda ser contrario a la intuición, después de todo, el método científico está basado en nociones confiables de observación, medición y repetibilidad.

Nuestra realidad objetiva es aquello que podemos ver que existe físicamente y por lo tanto se ha creído siempre que existe, aún cuando no tengamos conocimiento de ello.

Sabemos que un hecho, según lo establecido por una medición, debe ser objetivo, de modo que todos los observadores puedan estar de acuerdo con él.

Sin embargo, ahora un artículo publicado recientemente en Science Advances, muestra que en el micromundo de átomos y partículas que se rige por las extrañas reglas de la mecánica cuántica, dos observadores diferentes tienen derecho a sus propios hechos. En otras palabras, según nuestra mejor teoría de los bloques de construcción de la naturaleza misma, los hechos pueden ser subjetivos.

Los observadores son jugadores poderosos en el mundo cuántico. Según la teoría, las partículas pueden estar en varios lugares o estados a la vez; esto se denomina superposición. Pero curiosamente, este es solo el caso cuando no se observan. En el segundo que observa un sistema cuántico, selecciona una ubicación o estado específico, rompiendo la superposición. El hecho de que la naturaleza se comporte de esta manera se ha demostrado varias veces en el laboratorio, por ejemplo, en el famoso experimento de doble rendija (pueden ver el vídeo a continuación).

En 1961, el físico Eugene Wigner propuso un experimento de pensamiento provocativo. Se preguntó qué sucedería al aplicar la mecánica cuántica a un observador que se está observando. Imagine que un amigo de Wigner arroja una moneda cuántica, que está en una superposición de caras y sellos, dentro de un laboratorio cerrado. Cada vez que el amigo tira la moneda, observan un resultado definitivo. Podemos decir que el amigo de Wigner establece un hecho: el resultado del lanzamiento de la moneda es definitivamente cara o sello.

Wigner no tiene acceso a este hecho desde el exterior, y de acuerdo con la mecánica cuántica, debe describir al amigo y la moneda para estar en una superposición de todos los resultados posibles del experimento. Esto se debe a que están «enredados», muy conectados, de modo que si manipulas uno también manipulas al otro. Wigner ahora puede, en principio, verificar esta superposición utilizando el llamado «experimento de interferencia», un tipo de medición cuántica que le permite desentrañar la superposición de un sistema completo, confirmando que dos objetos están enredados.

Cuando Wigner y el amigo compararon las notas más adelante, insistieron en que vieron resultados definitivos para cada lanzamiento de moneda. Wigner, sin embargo, no estuvo de acuerdo cada vez que observó a un amigo y una moneda en una superposición.

Esto presenta un enigma. La realidad percibida por el amigo no puede conciliarse con la realidad del exterior. Wigner originalmente no consideraba esta gran paradoja, argumentó que sería absurdo describir a un observador consciente como un objeto cuántico. Sin embargo, más tarde se apartó de esta visión, y de acuerdo con los libros de texto formales sobre mecánica cuántica, la descripción es perfectamente válida.

Nuestra realidad objetiva no existe, sugiere un nuevo experimento. Crédito: geralt / Pixabay

El experimento

El escenario ha sido durante mucho tiempo un interesante experimento mental. ¿Pero refleja la realidad? Científicamente, ha habido poco progreso en esto hasta hace muy poco, cuando Časlav Brukner de la University of Vienna demostró que, bajo ciertas suposiciones, la idea de Wigner puede usarse para probar formalmente que las mediciones en mecánica cuántica son subjetivas para los observadores.

Brukner propuso una forma de probar esta noción traduciendo el escenario del amigo de Wigner en un marco establecido por primera vez por el físico John Bell en 1964. Brukner consideró dos pares de Wigners y amigos, en dos cuadros separados, realizando mediciones en un estado compartido: dentro y fuera de su respectiva caja. Los resultados se pueden resumir para utilizarlos en última instancia para evaluar la llamada «desigualdad de Bell». Si se viola esta desigualdad, los observadores podrían tener hechos alternativos.

Ahora, por primera vez, se ha realizado esta prueba experimentalmente en la Universidad Heriot-Watt de Edimburgo en una computadora cuántica a pequeña escala compuesta por tres pares de fotones enredados. El primer par de fotones representa las monedas, y los otros dos se utilizan para lanzar la moneda, midiendo la polarización de los fotones, dentro de su caja respectiva. Fuera de las dos cajas, quedan dos fotones en cada lado que también se pueden medir.

Investigadores con el experimento realizado. Provista por autores.

A pesar de utilizar tecnología cuántica de vanguardia, tomó semanas recopilar datos suficientes de solo seis fotones para generar estadísticas suficientes. Pero finalmente, se logró demostrar que la mecánica cuántica podría ser incompatible con la suposición de hechos objetivos: ¡la desigualdad se rompió!

La teoría, sin embargo, se basa en algunos supuestos. Estos incluyen que los resultados de la medición no están influenciados por las señales que viajan por encima de la velocidad de la luz y que los observadores son libres de elegir qué mediciones realizar. Ese puede o no puede ser el caso.

Otra pregunta importante es si los fotones individuales pueden considerarse observadores. En la propuesta de la teoría de Brukner, los observadores no necesitan ser conscientes, simplemente deben poder establecer hechos en forma de un resultado de medición. Por lo tanto, un detector inanimado sería un observador válido. Y la mecánica cuántica de los libros de texto no nos da ninguna razón para creer que un detector, que puede hacerse tan pequeño como unos pocos átomos, no debe describirse como un objeto cuántico como un fotón. También es posible que la mecánica cuántica estándar no se aplique a grandes escalas de longitud, pero probar eso es un problema separado.

Por lo tanto, este experimento muestra que, al menos para los modelos locales de mecánica cuántica, necesitamos repensar nuestra noción de objetividad. Los hechos que experimentamos en nuestro mundo macroscópico parecen permanecer seguros, pero surge una pregunta importante sobre cómo las interpretaciones existentes de la mecánica cuántica pueden acomodar hechos subjetivos.

Puede haber muchos mundos por ahí. Crédito: Nikk / Flick

Algunos físicos ven estos nuevos desarrollos como interpretaciones reforzadoras que permiten que ocurra más de un resultado para una observación, por ejemplo, la existencia de universos paralelos en los que ocurre cada resultado. Otros lo ven como evidencia convincente de teorías intrínsecamente dependientes del observador, como el bayesianismo cuántico, en el que las acciones y experiencias de un agente son preocupaciones centrales de la teoría. Pero otros toman esto como un fuerte indicador de que quizás la mecánica cuántica se descompondrá por encima de ciertas escalas de complejidad.

Claramente, estas son preguntas profundamente filosóficas sobre la naturaleza fundamental de la realidad. Cualquiera sea la respuesta, le espera un futuro interesante.

El estudio científico ha sido publicado en la revista Science Advances.

Fuente: The Conversation