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La causalidad se disipa en el mundo cuántico

El orden temporal del mundo no siempre se cumple en el universo cuántico, sugiriendo que el futuro puede influir en el pasado y que el tiempo y el espacio son subproductos de fenómenos naturales todavía incomprendidos.

Laurie Letertre (*)

Durante poco más de una década, los físicos han estado estudiando un extraño fenómeno en el mundo cuántico. En una escala muy pequeña, es posible que el orden temporal entre diferentes eventos no siempre esté bien definido.

La física cuántica describe el mundo microscópico con una precisión impresionante. Sus predicciones nunca han sido contradichas por la experiencia. Pero también es famoso por sus rarezas.

De hecho, los objetos microscópicos se comportan de forma contraria a la intuición. Primero, sus propiedades (como su posición y velocidad) a veces solo pueden tomar ciertos valores muy precisos.

Para hacer una analogía con nuestro mundo macroscópico, todo sucede como si, cuando nos movemos en línea recta, solo pudiéramos movernos a «saltos» de un metro, sin que nunca pudiéramos tener una posición intermedia.

En segundo lugar, dos entidades pueden influirse entre sí estando separadas por grandes distancias, a velocidades superiores a las de la luz.

En tercer lugar, algunos objetos tienen propiedades (como su posición o velocidad) que se encuentran en «superposiciones cuánticas» de varios valores.

¿Qué significa, para un objeto, estar en una «superposición» de varias posiciones? ¿El objeto no está en ninguna parte? ¿En todas partes al mismo tiempo? Estas preguntas han animado a físicos y filósofos durante décadas.

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Una extrañeza más en el mundo cuántico

Sin embargo, en la última década han surgido nuevos descubrimientos que llevan la complejidad del problema al siguiente nivel.

El trabajo de físicos dispersos por todo el mundo indica que, cuando ocurren dos eventos en el mundo cuántico, el orden temporal entre estos eventos a veces es indefinido.

En nuestra escala, siempre es posible saber si una persona estornudó primero antes de disculparse, o al revés. Sin embargo, la física cuántica parece indicar que, a pequeña escala, podría ser que, a veces, ninguna de estas dos posibilidades es la correcta.

Lo cierto es que el orden temporal entre diferentes eventos está fuertemente ligado a relaciones causales. De hecho, una causa siempre debe preceder a su efecto. Por lo tanto, si el orden temporal entre diferentes eventos no está definido, también podría pasar lo mismo con su orden causal.

¿Cómo dar sentido a un mundo en el que las cosas no se desarrollan en un orden bien definido? Esta pregunta es un desafío para los filósofos de la ciencia. Sin duda, se ofrecerán respuestas audaces, y hasta es posible que tengamos que aceptar un cuestionamiento profundo de nuestra visión del mundo físico.

Una experiencia inquietante

Podemos observar órdenes causales indefinidos en el laboratorio, por ejemplo gracias al «interruptor cuántico», una disposición experimental muy particular que se ha llevado a cabo en varias ocasiones.

Detallemos uno de estos logros experimentales, en el que cada uno de dos investigadores realiza una acción sobre la misma partícula de luz, llamada fotón. Estas manipulaciones consisten, por ejemplo, en modificar una propiedad de este fotón, lo que se denomina “modo espacial”.

El orden en el que ocurren las dos operaciones está determinado, no por los propios científicos, sino por el valor de otra propiedad del fotón, llamada «polarización».

Cuando la polarización del fotón está en una «superposición cuántica» de dos valores distintos, y después de que un tercer experimentador haya medido esta polarización al final del experimento, no se puede describir lo que ha pasado.

¿La gota se eleva de nuevo antes de aterrizar? Elias Kauerhof / Unsplash , CC BY

Orden incierto

Es imposible describirlo, ni poniendo en primer lugar la manipulación del fotón antes de ser enviada al segundo investigador, ni cambiando el orden causal al revés.

Esta intrigante investigación se encuentra todavía en sus primeras etapas. Permitirá estudiar el comportamiento de las relaciones temporales o causales a muy pequeña escala, en el mundo cuántico.

Es importante dar sentido a la ausencia de un orden temporal o causal entre eventos. De hecho, el orden de los eventos a través del tiempo (y el espacio) forma la base sobre la cual los humanos construyen su comprensión de todo.

Por ejemplo, cuando un objeto se rompe después de una caída, lo explicamos por su impacto con el suelo, después de haber seguido un camino específico en el aire.

Asimismo, la historia de la humanidad se cuenta mediante el desarrollo de una sucesión continua de hechos que han ocurrido en diversas partes del mundo, en momentos muy concretos.

Futuro y pasado

Para mantener nuestros métodos de razonamiento clásicos, por lo tanto, debemos comprender qué sucede con las nociones de tiempo y espacio en el mundo cuántico. También debemos dar sentido a su posible ausencia.

Para responder a estas preguntas, ciertos filósofos y físicos consideran, por ejemplo, que el futuro puede influir en el pasado. Otros contemplan la idea de que el tiempo y el espacio sólo pueden ser el «subproducto» de fenómenos más fundamentales, cuya naturaleza aún no se ha comprendido.

Finalmente, el descubrimiento del «interruptor cuántico» y los órdenes causales indefinidos bien podrían resultar útiles en el campo de la informática cuántica y para el desarrollo de futuras «computadoras cuánticas» de nuevo tipo.

De hecho, la existencia de estos fenómenos podría aprovecharse para realizar nuevos desarrollos. También podrían hacer posible realizar ciertos cálculos de manera más eficiente que con más computadoras cuánticas estándar. Así, la investigación reciente en física cuántica promete posibles revoluciones, tanto filosóficas como tecnológicas.

(*) Laurie Letertre es estudiante de doctorado en filosofía de la física en la Universidad Grenoble Alpes (UGA). Este artículo se publicó originalmente en The Conversation. Se reproduce con autorización.

Imagen superior: Stan Bonnar, Flickr.

Firma invitada

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16 comentarios

  • Estos avances de la ciencia cuántica está un paso de descubrir el viaje en el tiempo o la forma de enviar mensajes en el tiempo lo cual al dar un nuevo pasó en la ciencia trae con sigo nuevas teorías y nuevas incógnita sobre los avances a descubrir cada paso es un cambio en el futuro

  • ¿existe el tiempo cuántico? a modo de unidad de medida… debe ser muy distinto a la forma de medir el tiempo ordinario… supongo hacen las pruebas usando el tiempo ordinario, es como buscar la trayectoria de dos balones de fútbol que giran indistinta y aleatoriamente sobre sus ejes, que al ser pateadas por jugadores distintos en canchas distintas, y supuestamente al mismo “tiempo”, supongo tendría un comportamiento … supongo que se podría calcular pero con nuestras unidades de tiempo y espacio… ¿algo así no?¿podrían aclararme ello? gracias.

  • todo lo que dice este estudiante de física sobre los problemas filosóficos de la ciencia. Por ejemplo, la gravedad y el magnetismo actúan a distancia si lo pensamos en términos mecánico causales. En otro sentido, confunde causalidad con determinismo. Mario Bunge aclaro eso en varios libros notables. En fin: al público le gusta el misterio y a los estudiantes de doctorado les gusta proponer la física como algo mágico y esotérico. El viaje en el tiempo es otro absurdo. Todos viajamos en un tiempo espacio irreversible. La serie the Big Ban Teoría ya termino.

  • Solo una duda, el caso del big bang, se da sobre una singularidad. A mí esto siempre me generó un poco de confusión. Una singularidad sería un «evento» (por llamarlo de alguna manera sin ingresar en un debate filosófico) que se desencadena sin una causa. O sea, el origen del universo ¿es una excepción al principio de causalidad?.

    • En efecto, una singularidad a la fecha es lo único que no está sujeto a la ley de la causalidad ni a ninguna ley física como tal, ya que se cree que ocurren cosas… Raras por no decir extraordinarias dentro de una.

  • Por nada del planeta voy a aceptar la ausencia de causalidad, todo es parte del mismo juego
    Y que la causa va antes del efecto es mentira, en primer lugar el tiempo son solo formas de entender el mundo y segundo si quitamos pasado y futuro no existen causa y efecto ni siquiera hechos porque el futuro presente y pasado coexisten

  • No estaríamos ahora en este momento, si no hubiera existido el ayer.
    Mañana llegará, solo si hoy seguimos existiendo?
    Me fascina el orden matemático de muchas cosas que existen.
    Como es que se determinó que el sol sigue colgando en el Uníverso todos los días,y así todos los días somos conscientes del milagro de la vida.

  • Leyendo como «lega» del ambito de la medicina clinica, perdon de antemano por la pregunta. Se puede relacionar este concepto de tiempo-espacio con las premoniciones? Con algunas experiencias personales e involuntarias, y despues de despejar las resignificaciones o explicaciones que se pueden hacer «a posteriori» de una «premonicion» no queda otra explicacion que el sentido del tiempo y causalidad no son los «intuitivos». Alguien que haya estudiado esta relacion?. Gracias

    • Ud. ha hecho una pregunta que a muchos nos tiene atrapados. Hace más de 40 años tuve un sueño donde oía decir a una amiga muy querida, que uno de sus hermanos y yo nos amábamos intensamente .Al despertar me dije: «Que sueño más loco he tenido!» Pasaron siete años y la Vida trajo al hermano de mi amiga a mi «espacio-tiempo! «, y nos enamoramos, formamos un hogar y una familia.

  • Yo tengo una teoría desde hace años y los avances me dan la razón ..si juntamos la materia oscura a una escala incomprensible, y le sumamos la teoría de cuerdas con los multiversos entenderíamos q también existe la leí de la casualidad. Todo se formó gracias a ese multiverso q comparte materia entre universos primogénios q no tenían es materia …ejemplo hierro silicio ..etc etc asta dar con el nuestro y de hay y la casualidad de los elementos nacio la tierra cn la suficiente variedad de materia para formar la vida tal y como la conocemos y eso se debe a mi teoría la casualidad cuántica del espacio tiempo. Hay lo dejo señores. Nosotros somos prácticamente materia cuántica .