crédito: Aleksei Isachenko/Alamy
en el experimento mental más famoso del mundo, el físico Erwin Schrödinger describió cómo un gato en una caja podría estar en una situación incierta. Las reglas peculiares de la teoría cuántica significaban que podía estar vivo y muerto, hasta que la caja fue abierta y el estado del gato fue medido., Ahora, dos físicos han ideado una versión moderna de la paradoja reemplazando al gato con un físico haciendo experimentos, con implicaciones impactantes.
La teoría cuántica tiene una larga historia de experimentos de pensamiento, y en la mayoría de los casos estos se utilizan para señalar debilidades en varias interpretaciones de la mecánica cuántica. Pero la última versión, que involucra a múltiples jugadores, es inusual: muestra que si la interpretación estándar de la mecánica cuántica es correcta, entonces diferentes experimentadores pueden llegar a conclusiones opuestas sobre lo que el físico en la caja ha medido., Esto significa que la teoría cuántica se contradice a sí misma.
el experimento conceptual ha sido debatido con entusiasmo en los círculos de la física durante más de dos años, y ha dejado a la mayoría de los investigadores perplejos, incluso en un campo acostumbrado a conceptos extraños. «Creo que este es un nuevo nivel de rareza», dice Matthew Leifer, físico teórico de la Universidad Chapman en Orange, California.
Los autores, Daniela Frauchiger y Renato Renner del Instituto Federal Suizo de tecnología (ETH) en Zurich, publicaron su primera versión del argumento en línea en abril de 2016., El documento final aparece en Nature Communications el 18 de Septiembre1. (Frauchiger ha dejado la academia.)
Mundo Extraño
la mecánica cuántica subyace a casi toda la física moderna, explicando todo, desde la estructura de los átomos hasta por qué los imanes se pegan entre sí. Pero sus fundamentos conceptuales siguen dejando a los investigadores aferrados a las respuestas. Sus ecuaciones no pueden predecir el resultado exacto de una medición, por ejemplo, de la posición de un electrón, solo las probabilidades de que pueda producir valores particulares.,
los objetos cuánticos, como los electrones, viven en una nube de incertidumbre, matemáticamente codificada en una ‘función de onda’ que cambia de forma suavemente, al igual que las ondas ordinarias en el mar. Pero cuando se mide una propiedad como la posición de un electrón, siempre se obtiene un valor preciso (y se obtiene el mismo valor de nuevo si se mide inmediatamente después).
la forma más común de entender esto fue formulada en la década de 1920 por los pioneros de la teoría cuántica Niels Bohr y Werner Heisenberg, y se llama la interpretación de Copenhague, por la ciudad donde Bohr vivió., Dice que el acto de observar un sistema cuántico hace que la función de onda ‘colapse’ de una curva de dispersión a un solo punto de datos.
la interpretación de Copenhague dejó abierta la cuestión de por qué deberían aplicarse reglas diferentes al mundo cuántico del átomo y al mundo clásico de las mediciones de laboratorio (y de la experiencia cotidiana). Pero también fue tranquilizador: aunque los objetos cuánticos viven en Estados inciertos, la observación experimental ocurre en el ámbito clásico y da resultados inequívocos.
Ahora, Frauchiger y Renner están sacudiendo a los físicos de esta posición reconfortante., Su razonamiento teórico dice que la imagen básica de Copenhague — así como otras interpretaciones que comparten algunos de sus supuestos básicos — no es internamente coherente.
¿Qué hay en la caja?
Su escenario está considerablemente más involucrado que el gato de Schrödinger-propuesto en 1935-en el que el felino vivía en una caja con un mecanismo que liberaría un veneno sobre la base de una ocurrencia aleatoria, como la desintegración de un núcleo atómico. En ese caso, el estado del gato era incierto hasta que el experimentador abrió la caja y la marcó.,
en 1967, el físico húngaro Eugene Wigner propuso una versión de la paradoja en la que reemplazó el gato y el veneno con un amigo físico que vivía dentro de una caja con un dispositivo de medición que podría devolver uno de dos resultados, como una moneda que muestra cabezas o colas. ¿Colapsa la función de onda cuando el amigo de Wigner se da cuenta del resultado? Una escuela de pensamiento dice que sí, sugiriendo que la conciencia está fuera del Reino cuántico., Pero si la mecánica cuántica se aplica a la física, entonces ella debería estar en un estado incierto que combina ambos resultados hasta que Wigner abra la caja.
Frauchiger y Renner tienen una versión aún más sofisticada (ver ‘nuevos gatos en la ciudad’). Tienen dos Wigner, cada uno haciendo un experimento en un amigo físico a quien guardan en una caja. Una de las dos amigas (llamada Alice) puede lanzar una moneda y-usando su conocimiento de la física cuántica-preparar un mensaje cuántico para enviar al otro amigo (llamado Bob)., Usando su conocimiento de la teoría cuántica, Bob puede detectar el mensaje de Alice y adivinar el resultado de su lanzamiento de moneda. Cuando los dos Wigner abren sus cajas, en algunas situaciones pueden concluir con certeza en qué lado aterrizó la moneda, dice Renner, pero ocasionalmente sus conclusiones son inconsistentes. «Uno dice, ‘estoy seguro de que es cruz’, y el otro dice, ‘estoy seguro de que es cara'», dice Renner.,
El experimento no se puede poner en práctica, porque requeriría que los Wigner midieran todas las propiedades cuánticas de sus amigos, lo que incluye Leer sus mentes, señala la teórica Lídia del Rio, una colega de Renner en ETH Zurich.,
sin embargo, podría ser factible hacer que dos computadoras cuánticas desempeñen el papel de Alice y Bob: la lógica del argumento requiere solo que conozcan las reglas de la física y tomen decisiones basadas en ellas, y en principio uno puede detectar el estado cuántico completo de una computadora cuántica. (Las computadoras cuánticas lo suficientemente sofisticadas para hacer esto aún no existen, señala Renner.)
interpretaciones de duelo
Los físicos todavía están llegando a un acuerdo con las implicaciones del resultado., Ha provocado acaloradas respuestas de expertos en los fundamentos de la teoría cuántica, muchos de los cuales tienden a ser protectores de su interpretación favorita. «Algunos se emocionan», dice Renner. Y diferentes investigadores tienden a sacar conclusiones diferentes. «La mayoría de la gente afirma que el experimento muestra que su interpretación es la única que es correcta.»
para Leifer, producir resultados inconsistentes no debería ser necesariamente un factor decisivo. Algunas interpretaciones de la mecánica cuántica ya permiten visiones de la realidad que dependen de la perspectiva., Eso podría ser menos desagradable que tener que admitir que la teoría cuántica no se aplica a cosas complejas como las personas, dice.
Robert Spekkens, físico teórico del Perimeter Institute for Theoretical Physics en Waterloo, Canadá, dice que la salida de la paradoja podría esconderse en algunas suposiciones sutiles en el argumento, en particular en la comunicación entre Alice y Bob.
«en mi opinión, Hay muchas situaciones en las que tomar el conocimiento de alguien a bordo implica alguna traducción de su conocimiento.,»Tal vez la inconsistencia surge de Bob no interpretar correctamente el mensaje de Alice, dice. Pero admite que aún no ha encontrado una solución.
por ahora, es probable que los físicos continúen debatiendo. «No creo que hayamos dado sentido a esto», dice Leifer.