El siglo XXI reinterpreta la física cuántica del siglo XX / Karim Gherab Martín

El siglo XXI reinterpreta la física cuántica del siglo XX / Karim Gherab Martín

 Fotografía del físico alemán Max Planck Constante de Planck

La interpretación filosófica tradicional de los procesos de interacción cuántica afirma que el intento de observación de un objeto cuántico, como un átomo, requiere el inevitable intercambio de un cuanto de acción, equivalente a un múltiplo entero de ħ. La idea fundamental es que ħ simboliza la imposibilidad de una medida sin interacción y, con ello, destruye epistemológicamente la explicación causal determinista y anula la objetividad clásica vinculada a la noción de realidad fsica independiente de la observación.

Por una parte, la física clásica había interpretado los átomos (y demás objetos microscópicos) como esferas sólidas cuya posición y momento eran simultáneamente medibles con exactitud idealmente infinita. Este modelo, que interpretaba el mundo físico como un conglomerado de “bolas de billar”, permitía presentar los átomos como objetos reales, con propiedades intrínsecas independientes de cualquier proceso de observación. Es decir, observar un átomo no implicaba afectar a sus propiedades cinemáticas y dinámicas. Así, la observación de un objeto microscópico resultaba ser independiente del acto de observación, que consiste en un proceso mediado por un instrumento de medida mesoscópico.

Sin embargo, por otra parte, la física cuántica introdujo un elemento distorsionador de este equilibrio entre el mundo microscópico y el mundo mesoscópico, diluyendo la independencia hasta entonces concebida entre el objeto microscópico observado (por ejemplo, el átomo) y el observador (por ejemplo, un detector). El principio de indeterminación de Heisenberg impuso la imposibilidad de medir simultáneamente la posición y momento (y, análogamente, tiempo y energía) de una partícula microscópica. Y como Bohr mostró claramente en los congresos Solvay, el objeto cuántico está inexorablemente ligado al instrumento de medida: para Bohr, el objeto fenoménico es el objeto en sí más el instrumento de medida.

Desde entonces, cualquier proceso de medida se ha considerado como un proceso distorsionador del estado del objeto físico observado como consecuencia del intercambio de, al menos, un cuanto de acción. El “transporte” del cuanto de acción se ha visualizado tradicionalmente como una interacción mediada por una partícula de prueba (por ejemplo, un fotón) que es la que “extrae” la información del objeto cuántico (por ejemplo, un átomo) que queremos observar. En el caso de un fotón y un átomo, el fotón nos aportaría información acerca del estado del átomo, pero dejaría el estado de dicho átomo alterado una vez efectuada la medida.

Sin embargo, experimentos recientes, basados en un ingenioso montaje experimental propuesto en 1993 por los físicos teóricos israelíes Elitzur y Vaidman, han mostrado que es posible la detección de objetos sin mediar absorción. Este tipo de medidas son conocidas como Interaction-Free Measurements (IFM) y algunos, como el conocido físico-matemático británico Roger Penrose, también las catalogan como “contrafácticas” porque es posible establecer una cadena causal de eventos y extraer información sobre el evento consecuente sin que se haya producido el antecedente. En general, el fenómeno que se produce es un derivado de gedankenexperiments (experimentos mentales) más antiguos llamados “experimentos de resultado negativo”.

Distintas versiones del montaje experimental original de Elitzur y Vaidman que hacen uso de un efecto cuántico asombroso denominado Efecto Zenón Cuántico (que lo que hace, a grandes rasgos, es “congelar” la evolución de un estado cuántico en el tiempo) han conseguido mejorar la eficiencia de tal modo que varios físicos experimentales han sido capaces de detectar la presencia de un objeto físico sin interaccionar con él (en el sentido clásico, es decir, sin absorción o esparcimiento de la partícula de prueba por parte del objeto observado), con un nivel de certeza asintóticamente cercano al 100%.

Una de las predicciones teóricas más sorprendentes que ha sido obtenida con este tipo de montajes experimentales es la posibilidad de extraer, mediante una partícula de prueba (un fotón adecuadamente polarizado) información acerca del estado superposición en el que se encuentra un átomo sin destruir o alterar el estado superpuesto del átomo, es decir, que es posible conocer el estado interno del átomo sin hacer colapsar la superposición a uno de sus autovectores (que es la jerga de los físicos para denominar los diferentes e incompatibles estados observables del átomo). Es más, tampoco se vería afectado el entrelazamiento (otro efecto cuántico sorprendente) de dicho átomo con otros átomos. En resumen, se extrae información manteniendo la coherencia cuántica del átomo.

Huelga decir que ya hay físicos y filósofos de la física intentando acometer una reinterpretación de los fenómenos cuánticos desde una perspectiva filosófica renovada que tome en cuenta las sutilezas de los descubrimientos realizados en fechas recientes, trazando una nueva línea de demarcación entre el objeto microscópico observado y el observador mesoscópico que no puede seguir siendo el concebido por la física cuántica tradicional, a saber, el intercambio de un cuanto de acción ħ mediado por una partícula de prueba.

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