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La probabilidad a escala macroscópica emerge de las fluctuaciones cuánticas

La probabilidad a escala macroscópica emerge de las fluctuaciones cuánticas

La teoría cuántica explica ciertos fenómenos del mundo microscópico, que sirven para comprender el funcionamiento de átomos y partículas. Investigadores de la Universidad de California en Davis sugieren ahora que las llamadas ‘fluctuaciones cuánticas’ (que se dan a escala subatómica) serían responsables de la probabilidad no solo a nivel subatómico, sino también a escala macroscópica. Esto supondría que nuestro universo pertenece a un multiverso (de múltiples probabilidades), y también un desafío para la propia teoría cuántica.

La probabilidad a escala macroscópica emerge de las fluctuaciones cuánticas

Desde que el físico austriaco Erwin Schrödinger pusiera a su desafortunado gato en una caja, los físicos han utilizado la llamada “teoría cuántica” para explicar y comprender la naturaleza de las ondas y de las partículas.

Pero un nuevo artículo realizado por los científicos Andreas Albrecht y Dan Phillips, de la Universidad de California en Davis (Estados Unidos), defiende que las fluctuaciones cuánticas en realidad son responsables de la probabilidad de todas las acciones a todas las escalas del cosmos, lo que tendría implicaciones para las teorías existentes sobre el universo.

Para ponernos en antecedentes: las fluctuaciones cuánticas son cambios temporales en la cantidad de energía en un punto en el espacio, como resultado del principio de incertidumbre enunciado por Werner Heisenberg. A su vez, este principio establece la imposibilidad de determinar, en términos de la física cuántica, simultáneamente y con precisión arbitraria, ciertos pares de variables físicas, como son, por ejemplo, la posición y el momento lineal (cantidad de movimiento) de un objeto dado. Toda esta incertidumbre sería ‘aceptable’ a escala microscópica pero, ¿puede aplicarse a la escala macroscópica?

El colapso macroscópico

De hecho, la teoría cuántica es una rama de la física teórica que se esfuerza por comprender y predecir las propiedades y el comportamiento de los átomos y de las partículas. Cierto es que sin ella, no podríamos fabricar, por ejemplo, transistores u ordenadores.

Un aspecto sorprendente de esta teoría –y que se relaciona en parte con el principio de incertidumbre antes mencionado- es que las propiedades exactas de una partícula no se determinan hasta que alguien la observa. Entonces, sucede lo que en la jerga física se denomina “colapso de la función de onda».

El famoso experimento –mental- de Schrödinger extendió esta idea a nuestra escala: un gato es encerrado en una caja con un frasco de veneno que se libera cuando un átomo radiactivo se desintegra al azar. No se puede saber si el gato está vivo o muerto sin abrir la caja. Schrödinger argumentó que hasta que no se abra la caja y se mire dentro, el gato no estará ni vivo ni muerto, sino en un estado indeterminado.

Como hemos dicho, este experimento fue “mental”, es decir, hasta ahora no se había trasladado este colapso de la función de onda del mundo subatómico a la escala macroscópica. Sin embargo, en un comunicado de la UC Davis Albrecht asegura que, como físico teórico, ha concluido hace años que la probabilidad a todas las escalas funcionaría del mismo modo que a escala subatómica.

El cambio en sus ideas se produjo con la publicación en 2009 de un artículo escrito por Don Page, de la Universidad de Alberta de Canadá. Entonces, afirma Albrecht “me di cuenta de cómo pensábamos sobre las fluctuaciones cuánticas y que la probabilidad afecta a cómo pensamos nuestras teorías sobre el universo”.

Choque entre multiverso y cuántica

A escala subatómica, una de las consecuencias de las fluctuaciones cuánticas es que cada función de onda colapsada produce realidades diferentes: en una de ellas el gato está vivo y en otra el gato está muerto, por ejemplo.

La realidad, tal como la experimentamos, toma un camino a través de estas posibles alternativas casi infinitas. Estos múltiples universos podrían ser incluidos en un vasto «multiverso», como los numerosos huecos de una mesa de billar.

A escala macroscópica, básicamente, los teóricos han abordado el problema de la adaptación de la física cuántica al “mundo real” de dos formas, explica Albrecht: aceptar que en realidad puede haber muchos mundos o universos múltiples o asumir que algo falla en la teoría cuántica. Albrecht se decanta por la primera opción.

«Nuestras teorías cosmológicas señalan que la física cuántica funciona en todo el universo», afirma. Por ejemplo, las fluctuaciones cuánticas del universo temprano explican por qué las galaxias se han formado como lo hicieron: una predicción que puede confirmarse mediante observaciones directas.

El problema con los universos múltiples, señala Albrecht, es que si hay un gran número de universos distintos, se vuelve muy difícil obtener respuestas sencillas a las cuestiones de la física cuántica, como cuál es la masa de un neutrino (partícula subatómica eléctricamente neutra).

«Don Page expuso que las reglas cuánticas de probabilidad simplemente no pueden responder a preguntas clave en un multiverso extenso, dentro del cual no estamos seguros de qué universo habitamos realmente», explica el investigador.

Una importante desviación de la teoría

Una respuesta a este problema ha consistido en añadir un nuevo ingrediente a la teoría: un conjunto de números que indica la probabilidad de que nos encontremos en cada uno de los universos posibles. Esta información puede ser combinada con la teoría cuántica, y hacer que las matemáticas (y el cálculo de la masa de un neutrino) vuelvan a funcionar.

No tan rápido, advierten Albrecht y Phillips. Mientras que las probabilidades asignadas a cada universo puedan parecer más de lo mismo, en realidad suponen un cambio radical en el uso cotidiano de las probabilidades, ya que, a diferencia de cualquier otra aplicación de la probabilidad, han demostrado que no tienen ninguna base en la teoría cuántica. «Los múltiples universos serían mucho, mucho más que una desviación de la teoría (cuántica) actual que la gente tiene asumida», señala Albrecht.

El documento ha sido publicado en ArXiv.org y ya ha despertado un debate considerable, afirma el científico. «Nos obliga a pensar en las diferentes clases de probabilidad, que a menudo se confunden, y tal vez pueda ayudar a trazar una línea entre todas ellas», concluye.

Referencia bibliográfica:

Andreas Albrecht, Daniel Phillips. Origin of probabilities and their application to the multiverse. arxiv.org (2013).

RedacciónT21

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