Por qué más físicos comienzan a pensar que el espacio y el tiempo son “ilusiones”

El pasado mes de diciembre se concedió el Premio Nobel de Física por la confirmación experimental de un fenómeno cuántico conocido desde hace más de 80 años: el entrelazamiento. Tal como lo concibieron Albert Einstein y sus colaboradores en 1935, los objetos cuánticos pueden relacionarse misteriosamente incluso si están separados por grandes distancias. Pero por extraño que suene el fenómeno, ¿por qué esta antigua idea todavía merece el premio más prestigioso en física?

Coincidentemente, solo unas semanas antes de que los recientes premios Nobel fueran honrados en Estocolmo, un equipo diferente de científicos distinguidos de Harvard, MIT, Caltech, Fermilab y Google informaron que habían ejecutado un proceso en la computadora cuántica de Google que podría explicar Es un agujero de gusano . Los agujeros de gusano son túneles a través del universo que pueden actuar como un atajo a través del espacio y el tiempo y son amados por los fanáticos de la ciencia ficción, y aunque el túnel realizado en este último experimento solo existe en un juego de universo 2D, podría ser un gran avance para futuras investigaciones. a la vanguardia de la física. .

Pero, ¿por qué el entrelazamiento está relacionado con el espacio y el tiempo? ¿Y cómo podría ser importante para futuros avances en física? El concepto de entrelazamiento, correctamente entendido, significa que el universo es “monométrico”, como lo llaman los filósofos, y que todo en el universo, en un nivel fundamental, es parte de un todo unificado. Es una propiedad definitoria de la mecánica cuántica que su realidad fundamental se describe en términos de ondas, y el universo monádico requiere una función global. Hace décadas, investigadores como Hugh Everett y Dieter Zeh demostraron cómo la realidad de nuestra vida cotidiana podría surgir de una descripción mecánica cuántica tan completa. Pero solo ahora investigadores como Leonard Susskind o Sean Carroll están desarrollando ideas sobre cómo esta realidad cuántica oculta podría explicar no solo la materia sino también la estructura misma del espacio y el tiempo.

El entrelazamiento es mucho más que otro extraño fenómeno cuántico. Es el principio que actúa detrás de por qué la mecánica cuántica fusiona el mundo en uno y por qué experimentamos esta unidad fundamental como muchas cosas separadas. Al mismo tiempo, el enredo es la razón por la que parecemos estar viviendo en la realidad clásica. Es, en el sentido literal de la palabra, el pegamento y creador de mundos. El entrelazamiento se aplica a los objetos que están formados por dos o más componentes y describe lo que sucede cuando se aplica el principio cuántico de que “todo lo que realmente puede suceder” a estos objetos componentes. En consecuencia, el estado de entrelazamiento es la superposición de todas las combinaciones posibles en las que los componentes del objeto componente pueden producir el mismo resultado global. Una vez más, es la naturaleza ondulada del campo cuántico lo que podría ayudar a explicar cómo funciona realmente el entrelazamiento.

Imagina un mar de cristal en perfecta calma en un día tormentoso. Ahora pregúntese, ¿cómo se puede producir tal nivel superponiendo dos patrones de onda individuales? Una posibilidad es que la superposición de dos superficies perfectamente planas nuevamente conduzca a un resultado perfectamente plano. Pero otra posibilidad de que resulte una superficie plana es si dos patrones de onda idénticos se superponen entre sí mediante un medio ciclo de oscilación, de modo que las crestas de onda de un patrón eliminen los valles de onda del otro y viceversa. Si solo observáramos la circunferencia del vítreo, ya que es el resultado de dos protuberancias juntas, no habría manera de que pudiéramos decir los patrones de las protuberancias individuales. Lo que parece absolutamente ordinario cuando hablamos de ondas tiene consecuencias aún más extrañas cuando se aplica a realidades en competencia. Si su vecina le dice que tiene dos gatos, uno vivo y el otro muerto, eso significa que el primero o el segundo gato está muerto y el gato restante, respectivamente, está vivo; esa sería una forma extraña y espeluznante de describir a las mascotas, y Puede que no sepas cuál de ellos es el afortunado, pero te pondrás a la deriva del vecino. No es así en el reino cuántico. En la mecánica cuántica, la misma declaración indica que los dos gatos se fusionaron en una superposición de estados, incluido el primer gato está vivo y el segundo está muerto y el primer gato está muerto mientras que el otro está vivo, pero también posibilidades en las que ambos gatos están a la mitad. vivos y medio muertos, o que el primer gato es un tercio de ellos están vivos, mientras que los segundos gatos suman dos tercios de la vida perdida. En una pareja cuantitativa de gatos, los destinos y circunstancias de los animales individuales se desvanecen por completo en el caso del conjunto. Asimismo, en el universo cuántico, no hay objetos individuales. Todo lo que existe se combina en un solo “uno”.

El entrelazamiento cuántico revela un área completamente nueva y vasta para explorar. Define una nueva base para la ciencia y da un vuelco a nuestra búsqueda de una teoría del todo, para construir sobre la cosmología cuántica en lugar de la física de partículas o la teoría de cuerdas. Pero, ¿qué tan realista es para los físicos adoptar tal enfoque? Sorprendentemente, no es solo realista, de hecho lo hacen. Los investigadores a la vanguardia de la gravedad cuántica están comenzando a repensar el espacio-tiempo como consecuencia del entrelazamiento. Un número cada vez mayor de científicos ha llegado a basar sus investigaciones en la inseparabilidad del universo. Hay grandes esperanzas de que, al adoptar este enfoque, finalmente puedan llegar a comprender el espacio y el tiempo, en las profundidades de su fundamento, de verdad.

Ya sea que el espacio se mantenga unido por el entrelazamiento, que la física se describa mediante objetos abstractos más allá del espacio y el tiempo o el espacio de posibilidades representado por la función de onda universal de Everett, o que todo en el universo se reduzca a un solo objeto cuántico, todas estas ideas comparten un carácter distintivo. sabor a monismo. En la actualidad, es difícil juzgar cuáles de estas ideas informarán el futuro de la física y cuáles eventualmente desaparecerán. Lo interesante es que, si bien las ideas se desarrollaron originalmente en el contexto de la teoría de cuerdas, parecen haber superado a la teoría de cuerdas, y las cuerdas ya no juegan un papel en las últimas investigaciones. El hilo común ahora parece ser que el espacio y el tiempo ya no son esenciales. La física contemporánea no parte del espacio y el tiempo para continuar las cosas dispuestas en este trasfondo preexistente. En cambio, el espacio y el tiempo se ven a sí mismos como productos de una realidad de proyección más fundamental. Nathan Cyberg, un pionero de la teoría de cuerdas en el Instituto de Estudios Avanzados de Princeton, no es el único que opina lo mismo cuando dice: “Estoy casi seguro de que el espacio y el tiempo son ilusiones. Estos son conceptos rudimentarios que van a ser reemplazados por algo más complejo”. Además, en la mayoría de los escenarios que proponen espacios-tiempos emergentes, el entrelazamiento juega un papel principal. Como señala el filósofo de la ciencia Rasmus Yaxland, esto significa en última instancia que ya no hay objetos individuales en el universo; Que todo está conectado con todo lo demás: “Abrazar el enredo como el mundo hace relación tiene el precio de renunciar a la posibilidad de separación. Pero quizás aquellos que están dispuestos a dar ese paso deberían buscar en el enredo la relación básica por la cual se establece”. dará forma a este mundo (y quizás a todo el otro mundo) potencial)”. Así, cuando el espacio y el tiempo desaparecen, emerge uno unificado.

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Por el contrario, desde la perspectiva del monismo cuántico, estas alucinantes consecuencias de la gravedad cuántica no están muy lejos. Ya en la teoría general de la relatividad de Einstein, el espacio ya no es una fase estacionaria. Más bien, es la fuente de las masas de materia y su energía. Al igual que la opinión del filósofo alemán Gottfried W. Leibniz, describe el orden relativo de las cosas. Si ahora, de acuerdo con la unidad cuantitativa, solo queda una cosa, no queda nada que ordenar o arreglar, y al final ya no hay necesidad del concepto de espacio en este nivel fundamental de descripción. Él es “el Uno”, un único universo cuántico que da origen al espacio, el tiempo y la materia.

“GR = QM”, afirmó audazmente Leonard Susskind en una carta abierta a los investigadores de la ciencia de la información cuántica: La relatividad general no es más que mecánica cuántica, una teoría centenaria que se ha aplicado con gran éxito a todo tipo de cosas, pero nunca. realmente lo era Totalmente comprensible. Como señala Sean Carroll, “probablemente fue un error cuantificar la gravedad, y el espacio-tiempo ha estado al acecho en la mecánica cuántica todo el tiempo”. Para el futuro, “en lugar de cuantificar la gravedad, tal vez deberíamos probar la mecánica cuántica. O, de manera más precisa pero menos emocionante, “encontrar la gravedad dentro de la mecánica cuántica”, sugiere Carroll en su blog. Quantum en serio desde el principio, si se entiende como una teoría que no ocurre en el espacio y el tiempo, sino dentro de una realidad de dispositivo de visualización más fundamental, se podrían haber evitado muchos callejones sin salida en la exploración de la gravedad cuántica. Filosofía de un año adoptada en la antigüedad, perseguida en la Edad Media, revivida en el Renacimiento, retocada en el romanticismo: los primeros Everett y Zee se habrían referido a ellos en lugar de apegarse a la interpretación del influyente pionero cuántico Niels Bohr, quien acortó su mecánica. Quantum en una herramienta, estaremos en camino de desmitificar los fundamentos mismos de la realidad.

Adaptado de Uno: cómo una idea antigua sostiene el futuro de la física por Heinrich Bass. Copyright © 2023. Disponible en Basic Books, un sello de Hachette Book Group, Inc. Todos los derechos reservados.