Por la relatividad y la mecánica cuántica, sabemos cuál es nuestro lugar en el universo: Alejandro Frank

*El miembro de El Colegio Nacional coordinó y participó en la mesa El extraordinario mundo de los átomos y la luz: la mecánica cuántica desde Einstein a Oppenheimer y más allá *En la sesión participaron los físicos Alfred U’Ren Cortés y Shahen Hacyan, quienes reflexionaron sobre la forma de concebir la naturaleza del mundo, a partir del descubrimiento de la teoría cuánticaento depende del sistema físico que queremos observar y de cómo influye en él nuestra observación. En el mundo cuántico es inevitable la influencia del observador en lo observado”, sostuvo Hacyan. 

| | 29 Sep 2023

“El problema con la flecha del tiempo es que no hay ninguna forma física de explicar por qué el tiempo fluye en una dirección de pasado a futuro y no de otra. Podemos decir que fluye de pasado a futuro, porque así es muchísimo más probable que al revés, pero no imposible”, expuso el físico Shahen Hacyan¸ al participar en la mesa El extraordinario mundo de los átomos y la luz: la mecánica cuántica desde Einstein a Oppenheimer y más allá, coordinada por Alejandro Frank, miembro de El Colegio Nacional.  

El investigador del Instituto de Física de la UNAM aseguró que, en principio, no hay leyes en la física que prohíben absolutamente que el tiempo fluya en un sentido o en otro. “El único problema es la lógica. Si pudiera regresar al pasado con una máquina del tiempo, pasaría que me encontraría a mí mismo y me mataría, esto significa contrariedades de orden y lógica”. Pero las leyes de la física son simétricas con respecto a reflexiones espaciales y temporales de materia y antimateria. 

El científico recordó que las leyes de la física como se conocen gracias a Isaac Newton, no cambian ante una inversión del tiempo. “Si yo filmo el movimiento de los planetas y luego esa película la proyectó al revés, voy a ver los planetas girar en el sentido contrario, pero eso es posible de acuerdo a las leyes de la física, no hay nada que contradiga eso”. Lo anterior puede entenderse mejor con la entropía, que es la segunda Ley de la Termodinámica y se refiere la medida del desorden del universo.  

Agregó que la entropía aumenta donde aparece la flecha del tiempo. El físico austriaco Ludwig Boltzmann la definió como la probabilidad de un estado, entonces, el tiempo fluye de pasado a futuro, porque es muchísimo más probable que así sea y no al revés. “Esto nos lleva al mundo de la Mecánica Cuántica, vamos a ver si ahí existe algo parecido a la realidad. Según Niels Bohr, si yo mido la velocidad o la posición de una partícula le estoy dando realidad física, ya sea la velocidad o la posición según lo que yo decida medir. La realidad física tiene que ver con lo que yo decida hacer”.  

En otras palabras, el resultado de un experimento depende, en parte, del sistema físico que se quiere observar y de cómo influye en él la observación. Sin embargo, el físico Albert Einstein decía que la velocidad y la posición de una particula tiene realidad física independientemente de si se observa o no. “En el mundo cuántico es inevitable la influencia del observador en lo observado”, enfatizó Shahen Hacyan.  

Por su parte, Alfred U’Ren Cortés, investigador del Departamento de Estructura de la Materia y responsable del Laboratorio de Óptica Cuántica de la UNAM, recordó que para hablar de mecánica cuántica es fundamental conocer lo que significa el concepto de la luz. La luz tiene características que la hacen especial y entre éstas se encuentran el color, que corresponde a la frecuencia y a la longitud de onda, por ejemplo, la luz visible es la que los focos son capaces de detectar. Además, la luz tiene comportamientos como la reflexión, la refracción y la polarización.  

Al plantear la pregunta: ¿de qué se conforma la luz? ¿de ondas o partículas? El investigador respondió que, en el Siglo XVII, Isaac Newton argumentó que la luz estaba conformada de partículas, esto debido a que la formación de su sombra sugería trayectorias de este tipo. Sin embargo, Christian Huygens, físico holandés contemporáneo de Newton, argumentó que la luz en realidad estaba conformada por ondas, decía que cada punto de un frente de onda era la fuente de una onda secundaria, lo explicaba las características de la luz. Pero, en el siglo XIX, el científico James Clerk Maxwell propuso la teoría completa que describió el comportamiento ondulatorio de la luz.  

A principios del siglo XX, el físico alemán Max Planck postuló que la energía venía en paquetes que se conformaban de partículas, conocidas como fotones. “Entonces tenemos aparentemente una gran confusión. Pero la realidad es que la luz es amabas cosas, onda y partícula, y dependiendo de la situación que queramos observar o medir sale a reducir su comportamiento”. Agregó que existe partes de comportamientos complementarios, que indican que la medición de uno de ellos excluye la posibilidad de una medición de su complemento.  

Por lo tanto y de acuerdo con Alfred U’Ren Cortés, el enredamiento cuántico ayuda a distinguir el mundo clásico del mundo cuántico.  Para entender mejor este concepto está el ejemplo del gato de Schrödinger, que se ubica dentro de una caja con una botella de veneno y que plantea que, si no se observa al animal, hay una probabilidad de que el gato viva, pero también está la posibilidad de que muera si se observa. El enredamiento cuántico es tener este tipo de estados de dos o más subsistemas que tienen una correlación de otra naturaleza que la que permite el mundo clásico. “Físicos como Albert Einstein idearon dos conceptos, localidad y realismo, plantearon que cualquier teoría física tenía que ser local y tenía que ser realista, es decir, que un objeto no puede tener un efecto sobre otro y que éste tiene un estado, vertical u horizontal, sin importar si se mira. Cuánticamente este estado se ve afectado por la observación”, concluyó el especialista.  

La mecánica cuántica  

Al tomar la palabra, el físico Alejandro Frank recordó que, en el mundo clásico, antes del siglo XX, había pocas dudas de la existencia de una realidad racional e independiente de la percepción social. ¿El universo existe independientemente de nuestra conciencia?, se preguntó el miembro de El Colegio Nacional, quien aseguró que la primera gran revolución de la física fue la Ley de la relatividad, en la que se entendió que el espacio y el tiempo no eran absolutos. Y la segunda revolución fue la mecánica cuántica.  

“La mecánica cuántica es uno de los avances de los que podemos aprender. Podemos observar de qué está compuesto el cosmos, gracias a las huellas digitales de los átomos y las moléculas, también sabemos que el universo se expande gracias a estos descubrimientos. Hemos podido determinar, a través de la relatividad y mecánica cuántica, cuál es nuestro lugar en el universo”. 

De acuerdo con el colegiado, uno de los grandes líos que trajo la mecánica cuántica es la aparente y demostrada dualidad onda partícula de la luz. “Parecería que las partículas elementales se comportan como ondas o partículas dependiendo de cómo las midamos. Mientras no las medimos “existen” en ese estado ambivalente. Ese es el misterio de la física cuántica”. 

Explicó que existen modelos y teorías que surgieron a partir de la acción fantasmal y la pérdida de casualidad que propuso Albert Einstein en la materia, como la interpretación de Copenhague, que hace referencia a la interpretación de la mecánica cuántica realizada por científicos como Born, Heisenberg y Bohr, quienes aceptaron que no había una realidad a parte de la observada por los seres humanos hasta el multiverso. Esta interpretación estableció el sentido de incertidumbre, el cual no opera en el mismo sentido hacia atrás y hacia adelante en el tiempo.  

“Esta interpretación es del tipo “realismo mágico” que es el que ocupa el escritor indio Deepak Chopra y otros charlatanes para decir que todo está conectado, que el agua tiene memoria, y que hasta películas se han hecho”, subrayó Frank. Comentó que el físico teórico estadounidense Richard Feynmann afirmó que la mecánica cuántica era absurda de vista del sentido común. Y, sin embargo, estaba totalmente de acuerdo con el experimento. Además, comentó que la naturaleza no era clásica, la imaginación de la naturaleza era mucho mayor que la imaginación del hombre. 

En palabras del colegiado, “el tiempo es un fenómeno emergente, no sabemos bien qué es, los físicos somos más concretos y decimos que es lo que marca un reloj, pero realmente aceptamos que la dirección del tiempo es hacia adelante. La explicación tiene que ver con la segunda Ley de la termodinámica”. Alejandro Frank y sus colegas lo han llamado de manera humorística Tlalpan interpretation, que explica que la física del micromundo es reversible, porque no hay nadie que le diga a la partícula en qué dirección va el tiempo y no existe una estadística de estas partículas. “Este es el punto central que quiero transmitir”.  

“Los sistemas cuánticos son reversibles y su comportamiento extraño se debe a su capacidad de las partículas de viajar hacia el pasado. Se han observado fenómenos muy delicados que hablan de la retrocausalidad. El físico y filósofo de la Universidad de Cambridge, Huw Price, tiene una idea lógica que dice que el tiempo no marcha hacia adelante en los fenómenos cuánticos”. Un tema que continua en discusión, concluyó el físico mexicano.  

La conferencia El extraordinario mundo de los átomos y la luz: la mecánica cuántica desde Einstein a Oppenheimer y más allá, transmitida en vivo el 28 de septiembre, se encuentra disponible en el Canal de YouTube de la institución: elcolegionacionalmx.  

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