La cuántica y yo 3/3

Bien, la vez pasada nos quedamos en que cuando tenemos partículas muy pequeñas, es imposible saber precisamente “donde está”; lo único que podemos saber es con qué probabilidad está en ciertos puntos.
Tras la entrega anterior hubo un comentario muy bueno respecto a la relatividad, y es justamente hacia ese punto al que quería ir. Si nunca podemos saber exactamente donde está una partícula pequeña, ¿Qué tan relativo es todo realmente? Pues bien, primero pensemos en el mundo macroscópico en el que vivimos. Sabemos por experiencia personal, que si soltamos una pelota, se cae; y si la soltamos de la misma cien veces, cien veces cae igual… pero según la cuántica sólo había probabilidades, cierto, pero cuando, como en una pelota, tenemos billones de partículas interactuando entre ellas, las probabilidades se juntan y al final nos queda una respuesta conjunta con una probabilidad de 99.9999999999999 % de que la pelota caiga. Existe cierta probabilidad de que se mueva horizontalmente por un instante pero es tan pequeña, que para nosotros jamás sucederá… y es cierto, jamás sucederá porque cada vez que la pelota interactúe con lo que sea (aire, polvo, otras partículas de ella misma) volverá a tener el mismo casi 100 % de probabilidad de caer… es decir, va a caer. De modo que sí, es relativo, pero para nuestra percepción del mundo, esa relatividad ya no existe.
Pero que sucede si nos vamos a experimentos más pequeños, y más relacionados con nuestro cuerpo. Como por ejemplo los neurotransmisores, las partículas que transmiten las señales en nuestro cuerpo. Si tocamos algo caliente, estas son las partículas encargadas de transmitir la sensación al cerebro; y sucede que estas partículas son iones muy pequeños, están conformadas por dos o tres átomos, donde los efectos cuánticos empiezan a ser relevantes: Sin embargo, nuestra experiencia personal nos dice que eso no es tan relativo, cuando tocamos algo caliente, siempre nos damos cuenta si estamos saludables. Y es verdad, lo que sucede es que el cuerpo no se arriesga con un solo ion, sino que manda muchísimos que en realidad no hacen el viaje completo, pero entran salen de las neuronas cambiando las condiciones internas, pero eso es tema de otra entrega. A lo que iba es que teniendo muchos iones en el sistema sucede lo mismo que teniendo muchos átomos en la pelota, matamos la relatividad y el experimento se vuelve determinístico.
Ahora vamos a otro sistema aún más íntimo. Pensemos en el cerebro; ¿qué tanto sabemos de él? En realidad muy poco. Sabemos que cuando lo tenemos en uso, tenemos actividad electromagnética en ciertas regiones, tenemos iones y electrones moviéndose de un lugar a otro en algunos lugares. Los electrones son mucho más pequeños que los iones de los que hablamos antes, por lo tanto más sujetos a las leyes cuánticas. Son justamente esos electrones los que juegan el papel más importante cuando hacemos operaciones abstractas o tomamos decisiones… tomamos decisiones. Esa frase nos conecta mundos que por mucho tiempo pensamos totalmente independientes. Son muchos los científicos, teólogos, psicólogos y demás que han tomado esta área para incorporar un alma o nuestro yo independiente. Roger Penrose es quizás el más conocido físico que ha hablado al respecto. Tiene un libro llamado “el nuevo traje del emperador”, en el que hace referencia a la fábula del traje invisible del emperador, comparándola con la inteligencia artificial que a su parecer jamás podrá sustituir a la inteligencia humana. Pero por el otro lado también hay muchos científicos que hablan del determinismo “escondido”; argumentan que no tenemos aún una teoría precisa, que la cuántica está incompleta, es decir, no porque no sepamos la regla quiere decir que no exista.
En fin, hay argumentos para los dos lados y lo más objetivo científicamente, es reconocer nuestro desconocimiento de la materia a profundidad, lo cual nos deja con muchas preguntas filosóficas más que físicas.

La cuántica y yo 2/3

Recapitulando, en el artículo anterior nos quedamos en que el modelo que tenemos del mundo, cuando lo analizamos con física cuántica, está compuesto por “ondas-partículas” que son imposibles de localizar totalmente bien. Ahora pensemos en ¿cómo podría modelarse una onda partícula? o más a fondo ¿cómo interactúan?

En otros modelos más clásicos, cuando hablábamos de partículas, se describe la posición “x” con un número y no había ambigüedad; pero en cuántica, como ya mencionamos, no podemos dar exactamente la posición. La solución a este problema fue uno de los más grandes avances desde el punto de vista filosófico de la ciencia. Se propuso describir a la partícula como una “función de onda”; lo cual es una distribución de probabilidades. En lugar de decir en donde está la partícula, decimos que probabilidad tiene la partícula de estar en cierto lugar. Por ejemplo, imaginemos que tenemos una canica en una caja cerrada, que mide 1 cm, la función de onda podría ser como el dibujo, en donde la caja va de 0 a 1. La canica tiene que estar adentro de la caja y por eso, la función de onda es cero afuera, quiere decir que no es posible que esté afuera, pero tiene que estar adentro y no sabemos exactamente donde está adentro así que tiene la misma probabilidad de estar en cualquier lugar adentro.


Esto es exactamente lo que pasa a niveles más pequeños, como con los electrones, aunque las funciones de onda suelen parecerse más al siguiente dibujo:



Donde podemos ver que hay un lugar con mayor probabilidad y luego se va haciendo menos hasta que podemos ya considerarlo cero. Estas funciones pueden ser muy complicadas, pero siempre solemos aproximarlas con funciones más simples como la que vemos aquí.

Ahora ¿cómo interactúan estas ondas? Ya tenemos bien definido el modelo, ahora hay que estudiar las reglas. Pues sucede que cuando se encuentran entre ellas, interactúan como si estuvieran en un solo lugar. Lo cual fue otra paradoja para el modelo… primero nos tuvimos que convencer de que no podíamos saber exactamente dónde estaban, y salimos con la idea de que podíamos conocer las probabilidades de su localización, y ahora sucede que cuando se encuentran entre ellas sí tienen un lugar definido… Pero esos lugares definidos siempre siguen esas funciones de probabilidad que llamamos funciones de onda. Es decir si en lugar de una, tenemos varias partículas iguales con la misma interacción, los resultados corresponden a las probabilidades que da la función de onda. Y esto da lugar a la primera gran discusión que se tiene en la actualidad alrededor de la cuántica: ¿estas reglas que inventamos se pueden aplicar a una sola “onda-partícula” o sólo aplican a cuando tenemos muchas? A fin de cuentas la única forma de “ver” una partícula es mediante su interacción, así que jamás podremos ver realmente una función de onda de una sola partícula, lo que hacemos es medir muchas e inferir. Imaginemos abrimos la caja de la canica 100 veces diferentes y encontramos que la canica está con la misma probabilidad en el centro a la izquierda o a la derecha, esa sería la función de onda plana que tenemos arriba. Pero imaginemos que en la caja hay imanes y la canica está imantada ahora de las 100 veces que abrimos la caja, 50 encontramos a la canica del lado izquierdo, 30 al centro y 20 a la derecha. Entonces tendríamos una función de onda más o menos así:



Pero no tenemos forma de saber realmente lo que está pasando adentro, porque cuando la abrimos ya estamos interactuando con ella, con la luz o cualquier forma que usemos para saber donde está.

Entonces bien, se podría concluir que la cuántica funciona sólo para cuando tenemos muchas partículas y ya. Pero existen varios experimentos que usan una sola partícula y tienen los mismos resultados… Durante buena parte del siglo pasado, y el actual, se han tratado de hacer muchos experimentos para romper la paradoja, pero jamás se ha conseguido satisfactoriamente. Este era uno de los problemas que más atormentaba a Einstein pues tras pensar que sólo había probabilidades para saber dónde estaba una partícula, meditaba con respecto a la interacción divina, y solía decir: “Dios no juega a los dados”.

En el siguiente artículo concluiremos el tema hablando de algunos experimentos más concretos junto con las implicaciones filosóficas y teológicas que esto tiene; pensemos en el determinismo…