Experimento cuántico sugiere que la realidad objetiva podría no existir


En un documento publicado en la revista Science Advances, los investigadores muestran que, en el mundo de los átomos y las partículas que se rige por las misteriosas leyes de la mecánica cuántica, dos observadores diferentes tienen derecho a describir sus propios hechos. En otras palabras, de acuerdo con nuestra mejor teoría de los componentes básicos de la naturaleza misma, los hechos pueden ser subjetivos, según los investigadores.

En muchas ocasiones he declarado que cada criatura humana vive y experimenta su propia realidad subjetiva, y esto es por una buena razón respaldada en conocimientos de la mecánica cuántica.

Los observadores juegan un papel muy importante en el mundo cuántico. Según la teoría, las partículas pueden estar en varios lugares o estados a la vez, esto se conoce como superposición. Pero curiosamente, este fenómeno solo sucede cuando no tenemos observadores en la escena de los hechos. ¿Qué quiere decir esto? que efectivamente, dos observadores afectan el acontecimiento de los hechos. En el segundo que alguien observa un sistema cuántico, sin querer, selecciona una ubicación o estado específico, rompiendo la superposición.

El hecho de que la naturaleza se comporta de esta manera se ha demostrado varias veces en los laboratorios, por ejemplo, en el famoso experimento de doble rendija.

El experimento de Wigner
En 1961, el físico Eugene Wigner propuso un experimento de pensamiento provocativo. Se preguntó qué sucedería si aplicamos la mecánica cuántica a un observador que se está observando.

El experimento mental postula a un "amigo de Wigner" en un laboratorio, y le permite realizar una medición cuántica en un sistema físico (esto podría ser un sistema de rotación o algo análogo al gato de Schrödinger). Se supone que este sistema se encuentra en una superposición de dos estados distintos, por ejemplo, el estado 0 y el estado 1 (o "muerto" y "vivo", en el caso del gato de Schrödinger). Cuando el amigo de Wigner mide el sistema en la base 0/1, de acuerdo con la mecánica cuántica, obtendrán uno de los dos resultados posibles (0 o 1) y el sistema colapsará en el estado correspondiente.

Ahora Wigner modela el escenario desde afuera del laboratorio, sabiendo que adentro, su amigo en algún momento realizará la medición 0/1 en el sistema físico. De acuerdo con la linealidad de las ecuaciones de la mecánica cuántica, Wigner asignará un estado de superposición a todo el laboratorio (es decir, el sistema conjunto del sistema físico junto con su amigo): el estado de superposición del laboratorio es entonces una combinación lineal de "el sistema está en el estado 0 / su amigo ha medido 0" y "el sistema está en el estado 1 / su amigo ha medido 1".

Cuando Wigner le pregunta a su amigo el resultado de la medición: cualquiera que sea la respuesta que le dé su amigo (0 o 1), Wigner le asignará el estado "el sistema está en el estado 0 / el amigo ha medido 0" o "el sistema está en el estado 1 / su amigo ha medido 1" en el laboratorio. Por lo tanto, es solo cuando se entera del resultado de su amigo que el estado de superposición del laboratorio se derrumba. ¿Qué quiere decir esto? que están entrelazados a nivel cuántico.

Sin embargo, a menos que se considere a Wigner en una "posición privilegiada como observador", el punto de vista su amigo debe considerarse igualmente válido, y aquí es donde entra en juego una aparente paradoja: desde el punto de vista de su amigo, el resultado de la medición se determinó mucho antes de que Wigner hubiera preguntado sobre las mediciones, y el estado del sistema físico ya colapsó. ¿Cuándo exactamente ocurrió el colapso? ¿Fue cuando el amigo terminó su medición o cuando la información de su resultado entró en la conciencia de Wigner?

Esto presenta un enigma. La realidad percibida por su amigo no puede conciliarse con la realidad del exterior.

Eugene Wigner diseñó el experimento mental para ilustrar su creencia de que la conciencia es necesaria para el proceso de medición en la mecánica cuántica (y, por lo tanto, que la conciencia en general debe ser una "realidad definitiva" según la filosofía «Pienso luego existo» de Descartes): "Todo lo que la mecánica cuántica pretende proporcionar son conexiones de probabilidad entre impresiones posteriores (también llamadas "apercepciones") de la conciencia".

Aquí, las "impresiones de la conciencia" se entienden como conocimiento específico sobre un sistema (medido), es decir, el resultado de una observación. De esta manera, el contenido de la conciencia de uno es precisamente todo el conocimiento del mundo externo y las medidas se definen como las interacciones que crean las impresiones en nuestra conciencia. Dado que el conocimiento sobre cualquier función de onda de la mecánica cuántica se basa en tales impresiones, la función de onda de un sistema físico se modifica una vez que la información sobre el sistema ingresa a nuestra conciencia. Esta idea se conoce como la interpretación de "la conciencia causa colapso".

Wigner luego dice que "el ser con conciencia debe tener un papel diferente en la mecánica cuántica que el dispositivo de medición inanimado": si el amigo fuera reemplazado por algún dispositivo de medición sin conciencia, el estado de superposición describiría el sistema articular de giro y dispositivo, correctamente.

Además, Wigner consideraba que un estado de superposición para un ser humano es absurdo, ya que su amigo no podría estar en un estado de "animación suspendida" antes de responder a la pregunta. Esta consideración necesitaría que las ecuaciones de la mecánica cuántica no sean lineales. Wigner pensaba que las leyes de la física deben modificarse al permitir que se incluyan seres conscientes. Sin embargo, más tarde entró en conflicto con esta consideración, y de acuerdo con los libros de texto formales sobre mecánica cuántica, la descripción del experimento mental de Wigner es perfectamente válida.

El experimento

Durante mucho tiempo, el escenario ha sido un interesante experimento mental. ¿Pero, realmente refleja la realidad?

Científicamente, ha habido muy poco progreso en este problema hasta hace muy poco, cuando Časlav Brukner de la Universidad de Viena demostró que, bajo ciertos supuestos, el experimento mental de Wigner puede usarse para probar formalmente que las mediciones en mecánica cuántica son subjetivas para los observadores.

Brukner propuso una forma de probar esta noción, traduciendo el escenario del amigo de Wigner en un marco establecido, por primera vez, por el físico John Bell en 1964.

Brukner consideró dos pares de Wigner y su amigo, en dos cajas separadas, realizando mediciones en un estado compartido, dentro y fuera de su caja respectiva.

Los resultados se pueden resumir para utilizarlos en última instancia para evaluar la llamada "desigualdad de Bell". Si se viola esta desigualdad, los observadores podrían tener hechos alternativos.

El estudio
Ahora, por primera vez, los investigadores realizaron esta prueba experimentalmente en la Universidad Heriot-Watt de Edimburgo en una computadora cuántica a pequeña escala compuesta por tres pares de fotones enredados.

"El primer par de fotones representa las monedas, y los otros dos se utilizan para lanzar la moneda, midiendo la polarización de los fotones, dentro de su caja respectiva. Fuera de las dos cajas, quedan dos fotones en cada lado, que también se pueden medir", dicen los investigadores.

"A pesar de utilizar tecnología cuántica de vanguardia, tomó semanas recopilar suficientes datos de solo seis fotones para generar suficientes estadísticas. Pero finalmente, logramos demostrar que la mecánica cuántica podría ser incompatible con la suposición de los hechos objetivos: violamos la desigualdad".

La teoría, sin embargo, se basa en algunos supuestos. Estos incluyen que los resultados de la medición no están influenciados por las señales que viajan por encima de la velocidad de la luz y que los observadores son libres de elegir qué mediciones realizar. Ese puede o no puede ser el caso.

Otra interrogante importante es saber si los fotones individuales pueden considerarse como "observadores".

En la propuesta de la teoría de Časlav Brukner, los observadores no necesitan ser criaturas conscientes, simplemente deben ser capaces de establecer hechos en forma de un resultado de medición. Por lo tanto, un detector inanimado sería un observador válido, segun reportan los investigadores.

Y los libros de texto sobre mecánica cuántica no nos dan ninguna razón para creer que un detector, que puede ser tan pequeño como unos pocos átomos, no puede describirse como un objeto cuántico, como un fotón, por ejemplo. También es posible que la mecánica cuántica estándar no se aplica a escalas de gran longitud, pero probar eso es un problema separado.

Por lo tanto, este experimento muestra que, al menos para los modelos locales de mecánica cuántica, necesitamos repensar nuestra noción de objetividad.

Los hechos que experimentamos en nuestro mundo macroscópico parecen permanecer como hechos definitivos, pero surge una pregunta importante sobre cómo las interpretaciones existentes de la mecánica cuántica pueden acomodar hechos subjetivos.

Conclusiones
Algunos físicos ven estos nuevos desarrollos como interpretaciones reforzadoras, que permiten que ocurra más de un resultado diferente para una observación, por ejemplo, la existencia de universos paralelos en los que ocurre cada resultado.

Otros lo ven como evidencia convincente de teorías intrínsecamente dependientes del observador, como el bayesianismo cuántico, en el que las acciones y experiencias de una persona son preocupaciones centrales de la teoría.

Pero otros toman esto como un fuerte indicador de que quizás la mecánica cuántica se descompondrá por encima de ciertas escalas de complejidad. Claramente, estas son preguntas filosóficas sobre la naturaleza fundamental de la realidad. Cualquiera que sea la respuesta, nos espera un futuro interesante. Por ultimo, me gustaría aclarar que el hecho de que una persona pueda vivir y experimentar su propia realidad subjetiva no quiere decir que los hechos de esa persona sean verdades absolutas; son solo experiencias personales, no realidades universales.

Referencia del documento científico:
Massimiliano Proietti et al. 2019. Prueba experimental de la independencia del observador local. Science Advances, Vol. 5, no. 9, eaaw9832; DOI: 10.1126 / sciadv.aaw9832

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