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Por la madriguera del conejo

¿Cómo descubrieron los físicos que el mundo cuántico es un lugar tan extraño?

Una palabra: experimentos. Llevaron a cabo un montón de experimentos cuyos resultados eran tan extraños —y tan confusos— que la única forma de entenderlos era aceptar que la propia naturaleza se rige por reglas extrañas a nivel cuántico. Y cuando finalmente lo hicieron, abrieron una caja de Pandora que puso patas arriba nuestra comprensión de la propia realidad. Entender qué hay en esa caja de Pandora significa comprender los experimentos que nos llevaron a ella.

Hablemos de experimentos. Seré sincero: la física experimental es aburridísima. Claro, implica sondear cuestiones fundamentales sobre la naturaleza del universo. Pero la realidad es que casi siempre sabes de antemano cuáles van a ser las respuestas a esas preguntas.

De hecho, la única forma de sorprenderse por los resultados de un experimento es si

1. miles de científicos trabajando sin descanso durante siglos han malinterpretado cómo funciona la naturaleza y resulta que tú, un estudiante de posgrado con un salario mínimo, has hurgado en el universo de la forma adecuada para demostrar que todos están equivocados; o bien
2. has fastidiado el experimento.

El cerebro de un estudiante de posgrado medio funciona a base de pasta, cerveza barata y cuatro horas de sueño, así que normalmente es seguro asumir que un resultado experimental sorprendente se debe a la opción 2 y no a la 1. De hecho, la única forma en que podrías hacer que la opción 1 ocurriera es si tuvieras tantos conocimientos científicos relevantes que pudieras rivalizar con la comprensión colectiva de todos tus colegas científicos.

Hoy en día, eso sería mucho pedir. Pero a principios del siglo xix no era tan imposible y hubo un hombre que lo consiguió. Se llamaba Thomas Young y, además de médico, lingüista, teórico de la música y egiptólogo que descifró la piedra Rosetta, era una de las mentes científicas más destacadas de la época. Sus conocimientos eran tan amplios y profundos que su biografía de 2006 se titula The Last Man Who Knew Everything, y su perfil de LinkedIn debía ser un auténtico desastre.

En 1801, Thomas Young realizó un experimento que demostró por primera vez uno de los aspectos más misteriosos de la mecánica cuántica, aunque él no se dio cuenta en ese momento. Su sencillo experimento tendría implicaciones enormes y contraintuitivas para nuestra comprensión del universo. Y aunque lo llevó a cabo hace más de doscientos años, sentó las bases experimentales de teorías que algún día se utilizarían para predecir la existencia de universos paralelos, dualismo mente/cuerpo, y un montón más de cosas ridículamente fascinantes y controvertidas.

Esto es lo que hizo.

Agujeros en la física clásica

Young empezó abriendo dos pequeñas rendijas en una pantalla:

Luego apuntó un rayo de luz a la pantalla. El rayo era lo suficientemente ancho como para pasar por ambos huecos:

A continuación, bloqueó la rendija izquierda, de modo que la luz solo pudiera pasar por la derecha.

Y, por último, colocó una pantalla de visualización al otro lado de las rendijas, para ver cómo quedaba la luz después de atravesarlas:

El resultado fue bastante decepcionante: vio un único punto de luz en la pantalla de visualización, justo donde cabría esperar que cayera la luz si pasara por la rendija derecha. Y obtuvo el mismo resultado cuando bloqueó la rendija derecha: otro punto de luz, esta vez en el lado izquierdo de la pantalla, justo donde se esperaría que estuviera si la luz hubiera pasado por la rendija izquierda.

Hasta ahora, el mensaje es bastante sencillo: la luz solo puede viajar a través de agujeros abiertos en materiales opacos. Bueno, este libro ha empezado con muy buen pie.

Pero aquí es donde las cosas se ponen… raras. En el último paso, Young desbloqueó ambas rendijas para que la luz del rayo pudiera llegar a la pantalla de visualización desde la rendija 1 o desde la rendija 2. ¿Qué crees que ocurrió entonces?

Déjame adivinar, probablemente estés pensando: «Bueno, esto es estúpido. Tengo un punto de luz en el lado derecho de la pantalla si la rendija derecha está abierta, y un punto de luz en el lado izquierdo de la pantalla si la rendija izquierda está abierta. Así que, si ambas rendijas están abiertas, obviamente obtendré dos puntos de luz, uno a la izquierda y otro a la derecha».

Pero ¡NO! Eso no es lo que ocurre, al menos no si las dos rendijas son lo suficientemente pequeñas y están lo suficientemente juntas, y el rayo de luz se coloca con cuidado. En lugar de ver simplemente el punto de luz de la rendija derecha y el punto de luz de la rendija izquierda, Young vio un patrón de aspecto extraño y complicado que no se parecía a nada que hubiera visto antes:

Si eres como la mayoría de los físicos del siglo xviii, probablemente estés mirando esta última imagen y preguntándote: «¿Qué demonios es esto? No tiene sentido. Abro una rendija y obtengo una mancha en ese lado de la pantalla, lo cual es justo. Pero entonces abro ambas rendijas y obtengo este extraño grupo de manchas espaciadas uniformemente. ¿Qué demonios ha pasado?».

Originalmente se llamaba experimento de la doble rendija de Young, y es bastante famoso exactamente por la razón que acabas de entender: sus resultados son extraños. Sin embargo, sorprendentemente, a Thomas Young se le ocurrió una explicación.

Con ambas rendijas abiertas, esperaríamos ver dos simples puntos de luz. Pero, en lugar de eso, vemos un patrón mucho más complicado. Según Young, la única forma de que esto ocurra es si la luz de la rendija 1 se mezcla con la luz de la rendija 2 de alguna manera interesante que hace que el patrón en la pantalla se vea diferente de lo que esperaríamos.

He aquí una analogía: ¿conoces ese clásico proyecto de ciencias del colegio que consiste en mezclar bicarbonato de sodio y vinagre para crear un desastre espumoso? Bueno, si no supieras de antemano que el bicarbonato de sodio y el vinagre sufren una reacción química cuando se combinan, podrías haber esperado que una mezcla de bicarbonato de sodio y vinagre solo se viera como un aburrido montón de polvo húmedo. Como la suma literal de sus partes.

Pero, por supuesto, no lo hace: en su lugar, saca espuma y burbujea, formando el equivalente en bicarbonato de sodio y vinagre de la porquería de aspecto extraño que aparece en la pantalla de Thomas Young. Y el hecho de que no se parezca en nada al montón de polvo húmedo que esperabas te indica que ha habido algún tipo de interacción entre los dos ingredientes. Del mismo modo, la porquería de aspecto extraño en la pantalla de Young le decía que había una interacción entre la luz de la rendija 1 y la luz de la rendija 2.

De algún modo, la luz se mezclaba y producía un resultado mayor que la suma de sus partes, o al menos diferente.

Sin embargo, a los físicos no les gustan las palabras como «mezclar», prefieren decir que la luz de la rendija 1 debe estar «interfiriendo» con la luz de la rendija 2. Por tanto, el término técnico para la porquería que aparece en la pantalla de Young es «patrón de interferencia».

Así que, en lenguaje físico, la afirmación «¡He hecho dos agujeros en esta pantalla y se ha formado este extraño patrón de porquería en el otro lado!» se traduce como «Profesor, he reproducido el experimento de la doble rendija de Young y he observado un patrón de interferencia en la pantalla de visualización. ¿Puedo graduarme ya? Mi deuda estudiantil es absolutamente agobiante».

Y Young no se detuvo ahí. Después de averiguar que la porquería de aspecto extraño en su pantalla de visualización se generaba a partir de la interferencia entre las dos rendijas, también consiguió predecir qué patrones observaría con diferentes fuentes de luz y con diferentes rendijas.

Los detalles exactos implican algunas matemáticas y geometría en las que no tenemos tiempo de entrar aquí, pero, por ahora, digamos que el trabajo de Young fue considerado jodidamente impresionante por gente inteligente destacada. Y durante aproximadamente un siglo, se mantendría como la mejor respuesta que nadie tenía a la pregunta «¿Por qué hay porquería de aspecto extraño en mi pantalla de visualización?».

Pero entonces llegó Albert Einstein y lo arruinó todo.

Einstein anunció al mundo con orgullo que había hecho un descubrimiento muy, muy inconveniente: «Eh, chicos, ¿sabéis que Max Planck demostró que la energía está formada por paquetes discretos y que en realidad no es continua? Jérémie escribió sobre ello en el último capítulo. Pues bien, acabo de demostrar que la luz también está formada por paquetes discretos. Y los voy a llamar “fotones”. Así que sí, ahora existe esto. Disfrutad reescribiendo vuestros libros de texto, idiotas».

Puede que no resulte obvio por qué esto es un problema para la explicación de Young del experimento de la doble rendija. Incluso podrías estar pensando: «Bueno, no está tan mal, ¿verdad? Quizá los fotones de la rendija 1 y los fotones de la rendija 2 se mezclan entre sí o rebotan entre sí de alguna forma extraña que produce ese patrón».

Pero si eso fuera cierto, entonces el patrón debería desaparecer si enviamos solo un fotón a través de las rendijas a la vez. Si no hay fotones pasando por ambas rendijas, entonces seguramente no pueden mezclarse o rebotar entre sí, y deberíamos volver a ver el simple resultado de dos puntos que esperábamos en primer lugar. ¿No?

Eso es exactamente lo que la gente intentó hacer: utilizaron una fuente de luz muy tenue para hacer brillar literalmente un fotón cada vez en las rendijas.

Y a medida que más y más fotones aterrizaban en la pantalla uno a uno, ¿adivina qué forma empezaron a formar juntos?

¡El mismo maldito patrón de interferencia de antes!

¿Cómo es posible? Por un lado, realmente parece que la luz de la rendija 1 está afectando a la luz de la rendija 2; no hay otra forma de explicar el patrón de interferencia.

Pero, por otro lado, parece que la interferencia se produce incluso cuando solo pasa una partícula de luz a la vez. ¿Cómo podría esa partícula estar contribuyendo al patrón de interferencia? ¿Interfería consigo misma? ¿Podría ser?

Y si se interfiere a sí misma, ¿por qué rendija ha pasado? ¿Por la derecha? ¿Por la izquierda? ¿Por las dos?

Oh no, pasó por los dos, ¿verdad?

Sí. Sí, lo hizo. Ese maldito y minúsculo fotón pasó literalmente por ambas rendijas al mismo tiempo.

Ahí lo tienes. El hecho de que la luz esté hecha de partículas, combinado con el resultado de la doble rendija de Young, obligó a los físicos a enfrentarse a una posibilidad muy inquietante: que partículas cuánticas como los fotones pudieran existir en dos lugares al mismo tiempo.

Y no es que esto fuera algo puntual. Desde los días de los descubrimientos de Einstein y Planck, muchos otros experimentos han demostrado que las partículas subatómicas (los componentes básicos de los átomos) se comportan como si hubieran estado en dos lugares a la vez, o viajado a distintas velocidades o en distintas direcciones simultáneamente.

De hecho, los experimentos no solo demuestran que las partículas pueden estar en muchos lugares al mismo tiempo o hacer muchas cosas diferentes a la vez, sino que también demuestran que las partículas prefieren existir de esa manera. Si se la deja a su aire, una partícula que originalmente se encuentra en un único lugar empezará a dispersarse por el espacio, ocupando cada vez más lugares cercanos, hasta llegar a extenderse por grandes regiones, a menos que haya una pared o algo que lo impida.

Así que, aunque el trastorno subatómico de personalidad múltiple no esté en el DSM-5, sí aparece en casi todos los libros de texto sobre mecánica cuántica que puedas leer.

También es un hilo del que no se puede tirar mucho antes de deshacer el tejido mismo de la realidad. Está en la raíz de todo lo mágico y alucinante de la mecánica cuántica, y se ha utilizado para defender la existencia de almas, universos paralelos, capas profundamente ocultas de la realidad y todo lo demás.

Y ahí es exactamente donde estamos a punto de ir. Pero antes de llegar allí, hay algo embarazoso que tengo que decirte.

Mecánica cuántica: un pequeño y sucio secreto

A los físicos nos gustan las teorías. Para ser sinceros, el 80 por ciento del trabajo de mecánica cuántica consiste simplemente en plantear una serie de teorías que muestren cómo algo que nos interesa cambia con el tiempo.

Pero los físicos tienen un ego frágil y no quieren que lo sepas. Así que ponen cajas especiales (llamadas «kets») que se parecen a esto: ┤⟩ alrededor de sus imágenes para hacerse creer que están haciendo algo más complicado de lo que realmente hacen.

El ket indica que estás hablando del «estado cuántico» de lo que sea que esté dibujado en su interior. Y «estado cuántico» no es más que una forma elegante de decir «estado», que no es más que una forma elegante de decir «la forma en que es una cosa».

Por ejemplo:

Así que la principal diferencia entre un idiota que dibuja figuras de palitos y un teórico cuántico es el uso del ket ┤⟩ en la imagen de la derecha. El ket indica que estamos hablando del objeto que hemos dibujado en el contexto de la mecánica cuántica.

Para encajar con la gente de la física, usaremos esta elegante notación ket de ahora en adelante. Ten en cuenta que lo único que estamos haciendo es dibujar cosas.

Ahora, veamos cómo esas sencillas imágenes pueden ayudarnos a hurgar en el tejido del universo.

Conoce el electrón

Antes hemos hablado de los fotones, las partículas de luz que hicieron tan difícil de explicar el experimento de la doble rendija de Young.

Son geniales y todo eso, pero para entender por qué puede haber copias de ti corriendo por innumerables universos paralelos, o por qué algunos físicos piensan que la mecánica cuántica significa que tenemos almas incorpóreas, tendremos que introducir un segundo tipo de partícula cuántica llamada «electrón».

Los electrones son partículas subatómicas diminutas. Para nosotros, un electrón es como una bola muy, muy pequeña.

Las bolas pueden girar en sentido horario o antihorario. Y los electrones también.

Así es cómo podríamos dibujar un electrón girando mediante nuestra notación ket:

Lo único extraño de la mecánica cuántica

En realidad, la mecánica cuántica solo tiene una cosa rara, y ya sabes cuál es: las partículas, en la mecánica cuántica, pueden hacer simultáneamente muchas cosas aparentemente excluyentes.

Por ejemplo, el experimento de la doble rendija de Young demostró que los fotones pueden estar en dos lugares al mismo tiempo. Y que gran número de experimentos alucinantes similares al de la doble rendija de Young demuestran que los electrones tienen superpoderes similares. También pueden estar en muchos sitios a la vez, y pueden girar en el sentido de las agujas del reloj y en sentido contrario al mismo tiempo.

Para imaginar cómo funciona esto, ayuda pensar en los colores: si en el sentido de las agujas del reloj es «blanco» y en sentido contrario es «negro», entonces lo que estoy diciendo es que los electrones pueden ser «grises».

Parece una idea increíble, incluso inverosímil. Al fin y al cabo, nunca hemos visto nada que gire en dos direcciones a la vez. Pero las matemáticas y los experimentos sugieren que eso es exactamente lo que ocurre.

Veamos cómo podemos dibujar esta situación utilizando nuestra notación ket. Mostraremos que nuestro electrón está haciendo dos cosas a la vez sumando sus dos kets mediante un signo más:

Según la mecánica cuántica, estas partículas «grises» están en todas partes, girando en dos direcciones al mismo tiempo.

«¡Pero espera!», dices. «Si el mundo está lleno de objetos raros que giran en el sentido de las agujas del reloj y en sentido contrario al mismo tiempo, ¿por qué nunca en toda mi vida he visto que eso ocurra?».

Esa excelente pregunta es el núcleo de lo que ahora se conoce como la «paradoja de la medición cuántica». Es muy posiblemente la pregunta más importante de la física actual.

Y la respuesta nos llevará directamente a los multiversos y a la conciencia cuántica.

Contar historias con kets

Hay una última cosa que tenemos que analizar antes de abrir nuestra caja de Pandora de mecánica cuántica: tenemos que tomarnos un segundo para hablar de cómo contar historias con kets.

Supongamos que tenemos un electrón en una caja cerrada. Imagina que junto a él hay un detector especial que hace clic si el electrón gira en el sentido de las agujas del reloj y no hace nada si gira en sentido contrario.

Si este detector hace clic, enviará una señal a una pistola (también en la caja), que disparará y matará a un gato (también en la caja).

Dibujemos este escenario con nuestra notación ket. Si nuestro electrón gira en el sentido de las agujas del reloj, así es como se verán las cosas antes de que se encienda el detector:

Un minuto después, encendemos el detector. Como el electrón gira en el sentido de las agujas del reloj, el detector hace clic. Lo indicamos con una pequeña marca de verificación (✓):

El detector envía ahora su señal a la pistola, que se dispara una fracción de segundo después, momento en el que nuestra caja tiene este aspecto:

La bala vuela por el aire y un instante después alcanza a nuestro gato, que se convierte en la triste víctima de nuestro experimento:

En comparación, el caso en el que el electrón gira en el otro sentido es sencillo. Como el electrón gira en sentido contrario a las agujas del reloj, no activará el detector y no ocurrirá nada:

Estas dos historias —una en la que el gato vive y otra en la que muere— tienen mucho sentido hasta ahora.

Pero ¿y si nuestro electrón no girara simplemente en un sentido o en otro, sino en ambos al mismo tiempo?

Dos palabras: gato zombi.

Gatos zombis cuánticos

Contemos una nueva historia. Esta vez, nuestro electrón comienza en su estado de giro simultáneo en sentido horario y antihorario.

Este es el aspecto que tendrá cuando se dibuje con kets:

Ahora la pregunta del millón: ¿qué ocurre cuando encendemos nuestro detector de espín electrónico? ¿Hará clic o no hará clic?

Según la mecánica cuántica, hace ambas cosas. Parte de él verá un giro en el sentido de las agujas del reloj y parte verá un giro en sentido contrario. Es casi como si el detector se dividiera en dos por nuestro electrón.

De nuevo, usando kets:

Observa que dentro de los paréntesis grises se forman dos minihistorias diferentes: en una el electrón gira en el sentido de las agujas del reloj y el detector hace clic y en la otra, el electrón gira en sentido contrario y el detector no se mueve.

Ahora esperamos a que la señal viaje del detector a la pistola. ¿Se disparará el arma o se quedará la bala en la recámara?

La respuesta es la misma que para el detector: hará las dos cosas. El arma se dividirá en dos, una versión se habrá disparado y la otra no:

…lo que nos lleva a nuestro gato.

A estas alturas, probablemente ya sepas cuál será su destino. Al igual que el detector y la pistola, el gato se dividirá en dos: una versión morirá a causa de la bala, y la otra seguirá haciendo grandes cosas de gato.

Aquí está el estado final de todo en nuestra caja:

Observa que ahora tenemos dos historias totalmente independientes sobre el contenido de la caja: en una, el electrón giraba en el sentido de las agujas del reloj, la pistola se disparaba y el gato moría. En la otra, el giro era antihorario, la pistola no se disparaba y el gato vivía.

Ambas son verdaderas. Ninguna es más cierta que la otra. Coexisten dentro de la caja.

¿El electrón gira en el sentido de las agujas del reloj o en sentido contrario? Ambos.

¿El detector hizo clic o no? Ambos.

¿El gato está vivo o muerto? Ambos. #gatozombi

Por la madriguera del conejo

Vale, eres escéptico con la historia que te acabo de contar. Nunca has visto un gato medio muerto, medio vivo.

Puede que incluso quieras decir: «Bueno, está claro que la mecánica cuántica no funciona porque nunca he visto un gato zombi, así que desechemos todo el asunto».

Pero el problema es que la mecánica cuántica hace las mejores predicciones de cualquier teoría física del universo que hayamos tenido (literalmente, nunca). Así que no podemos meter todo en el mismo saco.

De alguna manera vamos a tener que explicar por qué la mecánica cuántica dice que debería haber gatos zombis cuando nadie ha visto nunca uno.

En la década de 1920, un físico sesquipedálico ** danés llamado Niels Bohr hizo el primer intento de explicar por qué ocurría esto.

«Nunca he visto un gato zombi, pero las matemáticas dicen que está ahí», se dijo Bohr, probablemente en danés. «Si el gato zombi existe hasta el momento en que lo miro, entonces debe haber algo especial en mí, o en el equipo que utilizo para observarlo, que obliga al gato a elegir un estado (vivo o muerto) cuando lo miro. El acto de observar a un gato zombi debe obligarle a “colapsar” de su estado híbrido simultáneo vivo/muerto y convertirse en vivo o muerto, pero no en ambos. Colapsar: esa es la respuesta».

Esto es lo que Bohr sugería:

Uno de los problemas de la idea del colapso de Bohr es que nunca dejó muy claro qué se consideraba una «observación» o qué podía considerarse un «observador». Insinuó que los objetos «grandes», como los microscopios y las cámaras, eran probablemente los responsables de forzar el colapso de los sistemas más pequeños, pero no estaba muy seguro de los detalles.

Lo único que sabía con certeza era que el proceso de colapso tenía que producirse lo suficientemente pronto como para evitar que objetos «grandes», como las pelotas de béisbol, existieran en muchos lugares al mismo tiempo o giraran en muchas direcciones distintas a la vez, porque esas son cosas que no vemos en el mundo que nos rodea.

Para los inquietos físicos que temían perder el control de la realidad del que habían disfrutado hasta principios del siglo xx, el concepto todavía verde de colapso de Bohr era mejor que nada. De momento, calmaba sus ansiedades y permitía a todos volver al trabajo sin soñar despiertos con gatos zombis. O al menos, eso es lo que Bohr esperaba que ocurriera.

Pero no todo el mundo estaba contento con el panorama de colapso de Bohr. De hecho, su mayor oponente resultaría ser nada menos que el anuncio ambulante de acondicionadores para el cabello Albert Einstein.

La opinión de Einstein

La solución de Bohr al problema del gato zombi tenía una característica que a Einstein no le gustaba nada: la aleatoriedad.

Según Bohr, el hecho de observar a nuestro gato zombi obliga al universo a elegir al azar el estado en el que debe colapsar. Bohr creía que la aleatoriedad era fundamental: según él, era teóricamente imposible predecir el resultado de un colapso, por muy sofisticados que fueran tus dispositivos de medición. El universo mismo no sabía qué resultado iba a manifestar en el momento de la observación.

Pero Einstein había crecido en la era de la física newtoniana, una época en la que se creía que el universo era fundamentalmente predecible y que cada acontecimiento se remontaba a causas anteriores. En ese mundo newtoniano, si se conocía suficiente información sobre el universo en algún momento del pasado, se podía predecir el futuro con certeza, hasta cada electrón que giraba en el sentido de las agujas del reloj y cada gato vivo o muerto.

A Einstein le encantaba esa previsibilidad. Le parecía bonita. Y el modelo de Bohr, con sus colapsos impredecibles y aleatorios, le parecía asqueroso. Así que se negó a aceptarlo.

En serio, esa era su razón. No era una inteligente operación matemática. No era alguna observación genial sobre la órbita de Saturno o un eclipse solar. Simplemente un «Creo que tu teoría es asquerosa».

Esto es lo curioso: la mayoría de la gente piensa que los físicos son Nobles Buscadores de la Verdad Científica®, pero la realidad es que personas como Bohr y Einstein tenían prejuicios como el resto de nosotros. Mientras que un físico puede pensar que el universo tiene que ser determinista, sin dejar espacio para el azar, otro puede creer que el azar es intrínseco a la naturaleza, y otro puede pensar que las leyes de la física fueron diseñadas por un creador omnisciente para maximizar el número de franquicias de hamburguesas McDonald’s en el cosmos. La opinión de un físico sobre estas cuestiones suele depender tanto de su instinto visceral y sus prejuicios intrínsecos como de cualquier otra cosa. Pero hablaremos de ello más adelante.

En la época en que Einstein y Bohr discutían sobre el colapso y el determinismo, un montón de experimentos ya demostraban que las partículas de la mecánica cuántica pueden comportarse de formas que parecen genuinamente aleatorias. De algún modo, Einstein iba a tener que demostrar que esa aleatoriedad era una ilusión.

Puede que no sea una tarea tan difícil como parece. Y es que resulta que la mayoría de las cosas que tú y yo podríamos considerar «aleatorias» —como lanzar una moneda al aire— no lo son en absoluto.

Espera, ¿lanzar monedas al aire no es aleatorio? Me alegro de que preguntes.

No, el lanzamiento de una moneda no produce resultados aleatorios. Si tuviéramos suficiente información sobre una moneda —como su distribución exacta de peso y tamaño, cómo afectaría la resistencia del viento a su vuelo, etc.— y tuviéramos un superordenador a mano para simular el lanzamiento, podríamos determinar con un 100 % de certeza si una moneda saldría cara o cruz. La aleatoriedad del lanzamiento de una moneda es una ilusión: solo pensamos que sale cara o cruz al azar porque el cálculo que tendríamos que realizar para predecir qué resultado obtendríamos es tan increíblemente complicado que nos echamos las manos a la cabeza y decimos: «Da igual, llamémoslo azar».

Si estuviéramos lo suficientemente obsesionados, podríamos hacer predicciones seguras sobre los lanzamientos de moneda, pero la mayoría de nosotros tenemos muchas otras cosas que hacer ahora mismo y tenemos que ir a trabajar y esas cosas, así que aún no nos hemos puesto a ello.

La idea de Einstein era que, si buscábamos lo suficiente, acabaríamos descubriendo que los resultados experimentales «aleatorios» (como «gato vivo» o «gato muerto», y «giro en el sentido de las agujas del reloj» o «giro en sentido contrario») estaban controlados en secreto por variables de las que no éramos conscientes. Estas variables ocultas serían como la distribución del peso, la masa, etc., de nuestra moneda: si pudiéramos descubrir sus valores, la mecánica cuántica dejaría de contener aleatoriedad.

Einstein pasó los últimos años de su vida buscando febrilmente una teoría que funcionara de ese modo, pero nunca consiguió elaborar una interpretación satisfactoria de las variables ocultas, aunque otros lo harían con el tiempo.

La discusión ente Einstein y Bohr desencadenó una batalla de relaciones públicas por el corazón y el alma de la física cuántica. En los años siguientes, Bohr recorrió las aulas de física de todo el mundo predicando su concepto del colapso a todo el que quisiera escucharle. Con el tiempo, sus ideas se convertirían en la forma «convencional» de interpretar las leyes de la mecánica cuántica, gracias sobre todo a su tenacidad, perseverancia y astucia política.

Pero esas mismas ideas allanarían el camino a una nueva generación de especulación mecánica cuántica, que situaría a la propia conciencia en el centro del escenario.

La conciencia se vuelve cuántica

La comunidad de físicos estaba bastante asustada por el problema del gato zombi y buscaba desesperadamente una solución. Tan desesperada que estaba dispuesta a aceptar cualquier explicación, siempre que fuera promovida por alguien con un pelo decente (lo siento, Einstein) y una personalidad carismática por naturaleza. Niels Bohr y su teoría del colapso eran la única opción posible.

El problema era que el modelo de Bohr planteaba algunas preguntas incómodas:

• ¿Qué hace que los humanos, o los aparatos de medición que construyen, sean tan especiales como para obligar a un sistema cuántico (como nuestro sistema electrón/detector/pistola/gato) a colapsar en un estado único y bien definido (como «muerto» o «vivo»)?
• ¿Tiene un gato el poder de colapsar el estado de la combinación electrón/detector/pistola? ¿Y un mono?
• ¿Y la pistola o el detector? ¿Por qué no pueden colapsar el estado del electrón?

Los físicos discrepaban mucho sobre cómo responder a estas preguntas. Algunos empezaron a lanzar interpretaciones de la Nueva Era que podían sonar francamente espeluznantes: «Si cosas como los gatos zombi parecen colapsar solo cuando los humanos los observan, entonces quizá haya algo especial en la observación humana que desencadena los colapsos. Así que, tal vez», se preguntaron, «los humanos somos seres especiales, y lo que nos hace especiales, lo que nos da acceso a nuestros mágicos poderes de colapso es… ¡la conciencia!».

¿Es eso posible? ¿Podría la conciencia forzar el colapso de los objetos cuánticos en el momento en que dirige su atención hacia ellos? ¿Podríamos estar perdiéndonos una física de la consciencia que ha estado dando forma en secreto al universo en el que vivimos todo este tiempo?

Un pequeño grupo de físicos con los ojos muy abiertos dijeron: «Pues sí. Sí, podríamos», y así nació el campo de la mecánica cuántica basada en la conciencia. Se discutió qué parte del cuerpo humano contenía conciencia, qué otras especies podían tenerla y qué podía significar todo esto para el significado cósmico de la humanidad.

Si eres de los que piensan que las conferencias de física no deberían sonar como un anuncio de pulseras energéticas de la Nueva Era, esta idea de que la conciencia es fundamental para el tejido de la realidad puede que te retuerza un poco. Y lo entiendo, me pasa lo mismo. Pero nuestra incomodidad mutua no cambia el hecho de que los físicos serios se entretuvieron con la mecánica cuántica basada en la conciencia, y todavía lo hacen hoy en día. También hablaremos de eso más adelante.

Por ahora, digamos que el colapso abrió una caja de Pandora de hipótesis y especulaciones. Los físicos le daban todas las vueltas posibles, desde las teorías basadas en la conciencia hasta la más ambigua de Bohr de «el colapso se debe a la observación, pero no voy a decir qué “observaciones” utilizando palabras con menos de doce sílabas», y todo lo demás. La única constante era que nadie sabía realmente cómo se producía el colapso, ni cuándo, ni por qué.

Así que, al final, unos cuantos físicos que estaban hasta las narices decidieron plantear una pregunta peligrosa: ¿cómo podemos sacar el colapso del modelo cuántico?

Una palabra: multiverso.

Multiversos

En los años 50, un tipo llamado Hugh Everett III ideó una nueva forma de explicar por qué no vemos gatos zombis a nuestro alrededor.

Everett dijo: «Escuchad, idiotas. ¿Qué os hace pensar que sois mucho mejores que un maldito gato? No lo sois. Solo sois unos vagos con una pizarra».

No es una cita directa, pero oye, si quisieras exactitud histórica irías a Wikipedia.

A lo que Everett quería llegar era a que no deberíamos pensar en los humanos o en los observadores como si fueran especiales de alguna manera. En su lugar, sugirió pensar en nosotros mismos como objetos cuánticos que podríamos meter en un ket, igual que el gato, la pistola y el detector.

Veamos cómo se desarrollaría. Tomaremos nuestra caja de gato zombi y añadiremos el experimentador/observador como otra parte de nuestro sistema, en un ket como todo lo demás.

Antes de que el experimentador mire dentro de la caja, este es el aspecto que tendrá nuestro sistema:

Ahora mira en su interior. Al igual que el gato, la pistola y el detector, él también está dividido en dos copias distintas de sí mismo:

Ahora imagínate que le preguntas al experimentador —a sus dos versiones— cuál fue el resultado del experimento.

¿Estaba muerto el gato? Una versión de él dará un «sí» definitivo, y la otra un «no» definitivo.

¿Viste al gato vivo y muerto simultáneamente? Ambas versiones de él dan la respuesta obvia: «Por supuesto que no. Qué pregunta más estúpida».

En cada caso, el experimentador solo ve un resultado: el gato está vivo o muerto, pero nunca ambas, aunque las leyes de la mecánica cuántica digan que existen las dos versiones del gato.

El experimentador no se da cuenta porque está atrapado en una de estas dos líneas temporales, incapaz de ver la otra.

Y eso era lo que Everett quería decir: la razón por la que nunca hemos visto gatos zombis o pistolas medio disparadas, medio no disparadas, es que en el momento en que miramos estos objetos, nosotros mismos nos dividimos en múltiples líneas temporales, donde diferentes versiones de nosotros ven resultados diferentes, pero bien definidos.

Hasta ahora, me he referido a los dos grupos de kets —uno en el que el gato está vivo y otro en el que está muerto— como «historias» o «líneas temporales», pero otra palabra que también podrías usar es «universo». Esto se debe a que todo lo relacionado con las líneas temporales «viva» y «muerta» empezará a cambiar drásticamente con el paso del tiempo.

Por ejemplo, el experimentador que ve al gato muerto puede entristecerse tanto que acabe dejando su trabajo y no invente nunca una tecnología clave que, de otro modo, habrían utilizado millones de personas. Y esta diferencia gigantesca entre los universos «vivo» y «muerto» surgió del giro de un solo electrón diminuto.

Según este modelo, como los electrones y otras partículas llevan vidas paralelas a nuestro alrededor, nuestro multiverso se divide constantemente y genera nuevas líneas temporales o universos con cada resultado de interacción posible.

Ni que decir tiene que el modelo de Everett se apartaba de las ideas convencionales sobre la naturaleza de la realidad. Pero no es que el mágico colapso cuántico de Bohr o las capas de realidad secretamente ocultas de Einstein sean menos dramáticas. De hecho, si hay algo que esta guerra de ideas en torno a la historia cuántica ha obligado a los físicos a reconocer es que, independientemente de quién tenga razón al final, el universo va a resultar ser un lugar mucho más extraño de lo que nadie imaginó jamás.

Y como probablemente puedas imaginar, redibujar toda tu imagen del universo según los modelos de Bohr, Einstein o Everett tiene algunas consecuencias importantes para el objeto más importante de tu rincón particular de ese universo: tú.

Este es tu cerebro en cuanto a la mecánica cuántica

Cada modelo de la mecánica cuántica nos pide que redefinamos nuestra imagen del yo desde la base de una forma completamente distinta.

El modelo de Bohr plantea una pregunta: ¿tienen los seres humanos o los animales alguna propiedad especial que haga que los sistemas cuánticos se desprendan de sus múltiples personalidades y colapsen cuando los miramos? ¿Podría haber algo genuinamente mágico en la conciencia o en la observación? ¿O podría el colapso tener una explicación menos misteriosa?

En cambio, las variables ocultas de Einstein te hacen preguntarte: si el futuro está coreografiado y predeterminado por variables ocultas, ¿no me convierte eso en un robot glorificado? ¿Significa eso que no tengo libre albedrío? Y si no lo tengo, ¿qué sentido tiene la conciencia? ¿Y qué son esas variables ocultas?

Los universos paralelos de Everett cuestionan la idea misma de que siquiera pueda existir un «tú». Después de todo, si «tú» estás destinado a convertirte en miles de millones de versiones de ti mismo en solo una fracción de segundo en el futuro, entonces ¿cuál eres «tú»? ¿Son todos? ¿Qué implicaciones tiene esto para tus decisiones vitales y para el sentido de la responsabilidad de tus actos?

Estas preguntas son solo la punta de un iceberg grande y muy extraño. Y responderlas nos conducirá a muchísimas otras, muchas de las cuales se consideraban antes fuera del alcance de la física. Por ejemplo: ¿Estamos solos en el universo? ¿Se creó el universo pensando en la humanidad? ¿Hay vida después de la muerte? ¿Podría ser cierto el animismo? ¿Son conscientes los átomos? Y ¿por qué la mantequilla de cacahuete natural se separa en esa molesta capa aceitosa que tarda una eternidad en mezclarse?

La caja de Pandora de la teoría cuántica fue una sorpresa. Durante siglos, el progreso científico había significado una mayor certeza sobre la naturaleza fundamental del universo y una imagen más clara de la realidad. De repente, la mecánica cuántica abrió de par en par puertas que creíamos cerradas para siempre y amenazó con reintroducir la ambigüedad y la incertidumbre en nuestra comprensión de la física.

En lo que está por venir, redescubriremos el mundo a través de la lente de diferentes teorías de la mecánica cuántica. Veremos cómo cuentan historias muy diferentes sobre el universo, la vida, los seres humanos y nuestra importancia cósmica. Y veremos que estas ideas tienen importantes implicaciones para cosas que no tienen nada que ver con la física, como la sociedad y el derecho. En cierto sentido, exploraremos la física del bien y del mal.

Por el camino, veremos la forma desordenada, política y tristemente graciosa en que se elabora el embutido científico, y cómo las estructuras académicas acaban jugando políticamente con nuestra comprensión de la propia realidad.

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