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La realidad última es una superposición de estados de complejidad inimaginable

A nivel fundamental, lo que existe es una realidad quántica en la que no hay ni ladrillos, ni pantallas de ordenador, ni gatos vivos o muertos, ni observadores independientes, y en la que sólo se da una superposición de estados de complejidad inimaginable. Nuestros cerebros no tienen suficiente capacidad para almacenar y procesar información tan compleja, y por ello dividen la realidad en mundos paralelos que nuestra inteligencia puede manejar con más facilidad. La teoría de los mundos paralelos fue formulada en 1957 por Hugh Everett, uno de los personajes más interesantes y desconocidos de la ciencia del siglo XX del que el científico ruso Eugene Shikhovtsev acaba de editar una nueva biografía disponible en red. Gracias a Everett, la idea de mundos paralelos ha ido ganando puntos sobre otras interpretaciones de la física quántica, llegando incluso a formar parte de la cultura popular. Por G. P.

La realidad última es una superposición de estados de complejidad inimaginable

Hugh Everett III nació en el día de la publicación del articulo de Einstein “On Religion And Science” («Sobre Religion y Ciencia», 1930). A los doce años, Hugh escribió unas cartas a Einstein preguntándole sobre la interpretación filosófica de sus teorías. Einstein le contestó con una carta cuya posible interpretación es que Dios actúa a veces como un niño testarudo.

Everett estudió matemáticas en Princeton, especializándose después en física teórica con John A.Wheeler. El mismo Wheeler, uno de los científicos más sobresalientes del siglo XX, colaboró en la elaboración de la tesis de doctorado de Everett, después publicada en Reviews of Modern Physics como ‘Relative State’ Formulation of Quantum Mechanics» («Formulacion de la Mecánica Quántica como ‘Estado Relativo’).

Wheeler consideraba la teoría de Everett como «importante aportación a la comprensión de los fundamentos de la física quántica», tal como escribió en un artículo de la misma revista titulado: «Assessment of Everett’s ‘Relative State’ Formulation of Quantum Theory» (Valoración de la Formulación de la Mecánica Quántica como ‘Estado Relativo’ de Everett»).

Las fórmulas matemáticas de la física quántica permiten calcular la evolución temporal del «estado» de un objeto físico: el conjunto de todas sus propiedades y de toda la información existente sobre del objeto. En otras palabras, permiten una representación matemática de todo lo que se puede decir sobre el objeto.

El objeto puede ser un átomo, una molécula, la pantalla de ordenador donde usted esta leyendo estas palabras, y incluso el universo entero. En este último caso, el concepto filosófico de «realidad» se puede definir como el estado quántico del universo.

Incertidumbre cuántica

En la mayoría de los casos, la física quántica no permite hacer previsiones unívocas sobre acontecimientos a nivel microscópico, y sólo permite calcular la probabilidad de una u otra evolución temporal del estado de un objeto: sólo se puede decir que una molécula puede emitir luz dentro de la próxima hora con cierta probabilidad, por ejemplo del 50%, y no se puede saber exactamente cuándo la emisión de luz se va a producir.

Se podría pensar que eso es debido a falta de conocimiento detallado sobre el estado quántico de la molécula, pero se puede demostrar que aún cuando podemos especificar exactamente y completamente el estado de la molécula (en otras palabras, aún cuando sabemos todo lo que se puede saber sobre ella), las leyes de la física no permiten conocer nada más que la probabilidad de emisión. La realidad no contiene información más detallada.

Eso no le gustaba a Einstein, que nunca quiso reconocer que la casualidad juega un papel fundamental en la naturaleza (El Dios que actúa como un niño testarudo). Es interesante recordar que en una ocasión Bohr le contestó: «Einstein, deja de una vez de decirle a Dios lo que puede y lo que no puede hacer». Hay más: la estructura matemática de la física quántica nos obliga a aceptar que el estado de un objeto siempre es una mezcla de sus estados posibles (superposición de estados).

En un experimento conceptual conocido como el del «gato de Schrödinger», encerramos un gato en una jaula con paredes opacas (de manera que nadie pueda ver lo que pasa en la jaula antes de abrirla). Dentro de la jaula hay una máquina que matará al gato cuando la molécula de la que hemos hablado antes emita luz. Por ejemplo, la luz puede accionar a un detector, el cual dejará caer un martillo que liberará un veneno mortal para el gato.

Superposición de estados

Una hora después, hay una probabilidad del 50% de que el gato sigua vivo, y una probabilidad del 50% de que el gato haya muerto. Poniéndolo así no parece que haya ningún profundo problema filosófico, pero al estudiar la estructura matemática de la teoría, nos damos cuenta de que al final de la hora el gato se encuentra en un estado que sólo se puede describir como una superposición de «gato vivo» y «gato muerto».

Eso quiere decir que el aparato de Schrödinger actúa como amplificador, permitiéndonos construir una superposición de estados de un objeto macroscópico (el gato) a partir de una superposición de estados de un objeto microscópico (la molécula).

Hay que repetir que no estamos hablando de simple falta de conocimiento sobre lo que está pasando en la jaula cerrada. La indeterminación del estado del gato es mucho más profunda y forma parte de la misma estructura de la realidad a nivel fundamental. La mayoría de los científicos que han analizado a fondo la física quántica coinciden en que antes de abrir la jaula, no tiene sentido preguntarse si el gato está vivo o muerto, porque la realidad aún no contiene la información que permitiría contestar a esta pregunta.

Pero, un momento, estará pensando usted. Cuando abrimos la jaula al final de la hora, no vemos a ninguna «mezcla de gato vivo y gato muerto». Podemos ver a un gato vivo, o podemos ver a un gato muerto. Eso es lo que nos cuenta nuestro sentido común, y por supuesto hay que tomárselo en serio. Además, ¿a qué se parecería una «mezcla de gato vivo y gato muerto»? Lo que es cierto es que no se parecería a la realidad macroscópica «estándar» que estamos acostumbrados a ver, y que se puede describir en nuestro lenguaje.

Gato vivo y muerto

Pero hay que tomar en serio también a la física quántica, que es nuestra mejor teoría sobre la naturaleza: las previsiones de la física quántica siempre han sido confirmadas por los experimentos que los científicos han llevado a cabo con aparatos siempre más complejos.

Además, el funcionamiento de nuestros aparatos electrónicos depende de la física quántica: la pantalla de ordenador donde usted esta leyendo estas palabras, su teléfono móvil, incluso su horno de microondas, no funcionarían si la física quántica no fuera válida.

La naciente tecnología de la computación quántica, que ya ha permitido desarrollar nuevas y revolucionarias técnicas criptográficas, está firmemente basada en la codificación de información en delicadas superposiciones de estados quánticos de sistemas físicos.

Entonces el problema filosófico y conceptual que hay que plantearse es: si nuestra mejor teoría sobre la naturaleza nos obliga a aceptar que incluso objetos microscópicos se encuentran en una superposición de estados, ¿por qué nunca vemos a un objeto macroscópico en una superposición de estados?

Es como si el niño testarudo de Einstein estuviese divirtiéndose con nosotros, destruyendo a la superposición de estados cuando intentemos observarla: al abrir la jaula cuando ha pasado la hora, la superposición de «gato vivo» y «gato muerto» desaparece dejando lugar a un gato vivo, o a un gato muerto.

Esa es una de las posibles interpretaciones de la física quántica (interpretación de Copenhague): la realidad evoluciona como superposición de estados quánticos, siendo su dinámica determinada por las leyes matemáticas de la mecánica quántica, excepto cuando hay un acto de observación.

La realidad última es una superposición de estados de complejidad inimaginable

Colapso de la superposición

Al producirse un acto de observación, la realidad quántica «colapsa» dejando lugar a una realidad macroscópica «estándar». El colapso se produce de manera aleatoria: antes de abrir la jaula no es posible calcular si el gato se encuentra vivo o muerto.

Y dentro del marco conceptual de la interpretación de Copenhague, la teoría y la experimentación demuestran que un sistema de medición automática no cumple con la definición de «observador»: el colapso sólo se produce cuando la información sobre el resultado de un acto de observación entra en la consciencia de un observador.

Claramente hay problemas conceptuales y filosóficos en la interpretación de Copenhague: ¿qué es una observación?; ¿Quién es un observador?. Un mosquito dentro de la jaula, ¿es un observador?; ¿y el mismo gato?; ¿y una inteligencia artificial?…

Esta formulación de la física quántica parece estar diciendo que los seres conscientes obedecen a leyes distintas que los demás seres del resto de las naturaleza, y en este sentido no encaja con la tradición filosófica de la ciencia moderna.

Superposición de observadores

Hugh Everett propuso una formulación de la física quántica conceptualmente y matemáticamente mucho mas elegante: no hay ningún colapso, y la realidad siempre evoluciona como superposición de estados quánticos, siendo su dinámica siempre determinada por las leyes matemáticas de la mecánica quántica.

Los observadores conscientes obedecen a las mismas leyes que el resto de la naturaleza. Después haber observado a una superposición de estados de un objeto, el mismo observador se encuentra en una superposición de estados.

Después haber abierto la jaula de Schrödinger, el observador se encuentra en una superposición de «observador que recuerda haber visto al gato vivo» y «observador que recuerda haber visto al gato muerto».

Se puede presumir que nuestros cerebros no tienen suficiente capacidad para almacenar modelos mentales de una realidad demasiado compleja, así que el colapso se produce a nivel de la consciencia del observador: ninguno de los dos estados tiene consciencia del otro.

Universos paralelos

Desafortunadamente, los artículos de Everett no son muy claros sobre este punto fundamental, así que hay que «interpretar a la interpretación de Everett». La bibliografía del ensayo de Shikhovtsev tiene enlaces a interpretaciones muy interesantes aparecidas en la literatura científica de los últimos 40 años.

En la formulación que ha entrado a formar parte de la cultura popular, por ejemplo a través de ensayos de divulgación científica y novelas de ciencia ficción, en lugar de un universo único hay un «multiverso» que contiene una infinidad de universos paralelos.

Según esta formulación, los dos estados del observador del experimento de Schrödinger, con sus memorias de dos acontecimientos distintos, se encuentran en dos mundos paralelos.

En esta infinidad de mundos hay uno donde usted no está leyendo estas palabras porque hace diez minutos ha decidido salir a tomar una copa. Hay un universo donde George Bush ha perdido las elecciones en el 2000, y uno donde le ha tocado a usted el gordo. Aún siendo muy útil como etapa en el camino de la comprensión de la física quántica, me parece que esta formulación carece de claridad científica y filosófica.

Fuera de la cueva

Mi propia interpretación es que la realidad es mucho más compleja de lo que nuestros sentidos pueden observar, de lo que nuestra inteligencia puede entender, y de lo que nuestro lenguaje puede describir en esta fase de la evolución de nuestra especie.

A nivel fundamental, la realidad es una realidad quántica donde no hay ni ladrillos, ni pantallas de ordenador, ni gatos vivos, ni gatos muertos, ni observadores independientes, y donde sólo existe una superposición de estados de complejidad inimaginable.

Nuestros cerebros no tienen suficiente capacidad para almacenar y procesar información tan compleja, y entonces dividen la realidad en mundos paralelos que nuestra inteligencia puede manejar con más facilidad.

La realidad macroscópica «estándar» observada por nuestros sentidos es entonces una proyección de la realidad sobre nuestro modelo mental de la misma. Como propuso Platón, estamos en una cueva y sólo podemos observar a la proyección del gran mundo de fuera sobre las paredes de nuestra pequeña cueva.

Sobre las sombras que se mueven en las paredes formulamos teorías científicas y conceptos morales. ¿Qué hay fuera exactamente? Aún no lo sabemos, pero la ciencia nos está acercando a la comprensión.

Inmortalidad en otros universos

Quizás nuestra conciencia y identidad se encuentren en realidad fuera de la cueva, en la gran superposición de estados quánticos, y lo que percibimos como nuestra conciencia e identidad no sean más que proyecciones en las paredes de nuestros cerebros.

Decepcionado por la falta de entusiasmo sobre sus teorias en la comunidad científica de entonces, Hugh Everett dejó la investigación en física teórica y trabajó primero como analista de defensa y luego como empresario de éxito hasta su muerte en 1982 a los 51 años.

Quien encontró su cuerpo sin vida fue su hijo Mark Oliver Everett, que luego se convirtió en estrella del rock y líder del grupo Eels. Las anécdotas disponibles sobre la vida de la familia Everett nos revelan a un hombre enteramente dedicado a su pensamiento y que, igual que muchos otros científicos y filósofos de genio, no solía dedicarle mucha atención a los demás.

Everett estaba convencido de que su teoría implicaba la inmortalidad: en los mundos paralelos del multiverso, «su conciencia siempre encontraría el rumbo que no conduce a la muerte, sino al infinito».

Su hija Liz, nacida en 1957, se suicidó en 1996 a los 39 años. En su carta de despedida Liz hizo mención de las teorías de Hugh escribiendo que iba a dejar este mundo para irse a otro mundo paralelo mejor. Yo espero que otra versión de Liz se encuentre, más feliz, en alguna de las otras cuevas.

G. P., licenciado en Física Teórica y Computacional, es Miembro del Consejo Editorial de Tendencias Científicas y del Comité Directivo de The World Transhumanist Association.

Referencias:

Sobre la vida de Hugh Everett III: BIOGRAPHICAL SKETCH of HUGH EVERETT, III, Eugene Shikhovtsev

Sobre las teorias de Hugh Everett III: Everett FAQ, Michael Price, disponible en muchos sitios en la red (busqueda en Google sobre «Everett fAQ». Por ejemplo, aquí

Sobre la vida de Mark Oliver Everett y la vida de la familia Everett

Sobre computación y la criptografía quántica

Giulio Prisco

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