La Mecanica cuantica y la Filosofia

La Causalidad, el determinismo, el mundo real, la mecánica cuántica.

Las cuestiones en que la Mecánica cuántica se aparta del realismo cotidiano, digamos, y que parecen paradójicas, son muchas, así que entresacamos unas cuantas, sin compromiso de completitud: No hay una causalidad estricta, pero si una cierta causalidad (la dirección y el momento de la Emision de una partícula alfa por u núcleo inestable no están determinados, pero si la vida media: un gramo de radio decae a medio en 1.500 años). No hay determinismo (las “orbitas” que el electrón describen en el átomo son inexistentes, pero hay electrones sujetos al átomo por fuerzas eléctricas y los niveles de energías se calculan a partir del planteamiento clásico del problema (Hamiltoniano). La componente del espin de plata en el experimento Stern-Gerlach (1922) no esta predeterminada, pero la medida da solo proyecciones máximas,  ± ½ (ese resultado fue un rompecabezas en la cuántica antigua, anticipando que una medida produce solo el auto valor del observable).

Los sistemas cuánticos extensos pueden aparecer como en todo, de modo que una medida en un extremo local presupone el resultado de la medida en otro, especialmente separado: hay inseparabilidad (wholeness) del sistema. Algunas propiedades  predicables de un sistema no están objetivamente determinadas hasta que no se miden, entonces el resultado puede ser aleatorio: hay una relajación del realismo objetivo.

Es interesante señalar que la desintegración radiactiva (Rutherford, 1902) y el salto del electrón de “orbita” a “orbita” con emisión de luz (Bohr, 1913) son puzzles de la teoría cuántica (del atomismo diríamos) puestas de relieve ya antes de la cuántica1 moderna, y como tales ya fueron advertidas en su momento: Einstein se dio cuenta del carácter no causal de la caída radiactiva, lo que le produjo cierto malestar (Unbehagen), y Rutherford pregunto a Bohr como demonios sabia el electrón cuando y donde debe caer; Einstein se atormento por esa cuestión toda su vida (llego a hablar de libre albedrío del electrón). Aquí nos interesa resaltar que bajo una concepción atomista del mundo, y con la posibilidad de estados excitados de la materia, la causalidad estricta es imposible: la partícula alta tiene que emitirse, y salga por donde salga se rompe la simetría: el proceso ya no será causal estricto; la coexistencia del atomismo con la simetría rotacional implica la rotura espontánea de esta.

La combinación de un positivismo sensato y del atomismo democriteo trae como inevitable consecuencia la relajación de la causalidad estricta; ojala las otras paradojas cuanticas se resuelvan de la misma manera. Esta es, creo, la lección a aprender: entender la lógica de la teoría cuántica1, para que lo que parece paradójico a un Einsten, por ejemplo, a nosotros nos parezca inevitable.

Veamos ahora en detalle el caso del realismo, que aun causo mas quebraderos de cabeza a Einstein: el realismo (extremo) dice que hay una realidad tangible ajena al observador, que es objetiva, y que el observador solo va descubriendo, pero que era preexistente al experimento; intentemos poner esto a prueba experimental: dos electrones (o fotones) entrelazados (entangled), es decir, formando parte de UN sistema, por ejemplo con espin total cero, NO tiene la dirección de su espin fijada ANTES de que se mida, como se compraba detectando  con un Stern-Gerlach la dirección de una solo: es el azar. Pero si detectamos la dirección  del espin de uno de ellos, predecimos la dirección del otro, cuya medida ya no es probabilística sino cierta, a pesar de poder estar espacialmente separado: aquí Einstein hablaba de acción a distancia fantasmal, cuando lo que “pasa” es que la interpretación es NO realista: ANTES de la medida no hay una “cosa” objetiva en una cierta dirección, pero la medida sobre un electrón canaliza, conceptual pero no físicamente, la dirección del espin del otro.

Admitamos, con Einstein, que el carácter no realista de la teoría cuántica es mas atragantante que el carácter acausal; pero los resultados experimentales son inequívocos, y es de esperar, como ha pasado con el indeterminismo, que generaciones futuras vean el realismo mitigando que propone la cuántica actual ser de algún modo también inevitable. Lo que comentamos aquí ha sido el origen de las desigualdades de Bell (1964), correlaciones no clásicas, quizás (con la integral de camino de Feynman) las únicas  aportaciones al formalismo cuantico dignas de mención, desde el periodo fundacional 1925)-1928, ni que decir tiene que han sido comprobadas ad nauseam, incluso se ha cerrado el “agujero” (loophole) de la deficiencia de los detectores.

Incidentalmente, Popper, a quien seguí en su critica a Bohr acepta de buena fe  el indeterminismo, incluso lo ensalza, pero se aferra a un realismo a ultranza (cuyas raíces el establece ¡¡debido a lo que ocurrió lo de Hiroshima!!), e interpreta los experimentos de Aspect como debidos a acción a distancia (inaceptable); mi lectura es que ni siquiera Popper esta libre de prejuicios, y su realismo preconcebido es incompatible con las lecciones de la  Naturaleza.

Conclusión primera: Una filosofía que defienda la causalidad estricta (“todo efecto se sigue de una causa”) hay que rechazarla para explicar ciertos fenómenos atómicos, y por tanto deja de tener validez universal; pues la desintegración radiactiva es el azar, y por ello impredecible conspicuamente en el tiempo.

Conclusión segunda: La doctrina filosófica que asegura que hay un determinismo absoluto deja de ser valida (cualquiera que sea su aparente validez en otros dominios) en la desintegración radiactiva, pues la dirección de emisión en el espacio no esta predeterminada (los mismos experimentos).

Conclusión tercera: La posición filosófica que afirma que existe un mundo real y objetivo, anterior e independiente de nuestra observación, es incompatible con ciertos resultados incontrovertibles obtenidos de experimentos, llevados a cabo con partículas entrelazadas (entangled): pues los componentes del espin de dos partículas de espin ≠ 0 en un estado de espin total = 0 NO tienen una realidad objetiva ANTES que se localice una de ellas, sino que es el sistema extenso el verdadero objetivo único, y por ello la detección de la dirección del espin de una  de ellas determina automáticamente el resultado sobre la detección  de la dirección del espin de la otra. La misma conclusión se sigue en el experimento de los dos rendijas: no es que el foton (o el electrón) vaya por las dos rendijas a la vez, sino que su trayectoria no es un elemento de la realidad del fenómeno: y si disponemos de información sobre la trayectoria, la figura de interferencia desaparece; hoy dia hay decenas de experimentos corroborando eso mismo.

Conclusión cuarta: Los sistemas cuanticos presentan una unidad-identidad que no es local, sino extensa; por ello, deja de tener sentido lo que Einstein llamo “Extrañas acciones a distancia”. Los experimentos de elección retardada (delayed choise) apoyan esta paradójica situación sin duda alguna: hay una “totalidad” (wholeness) espacio-temporal.

Si nos detenemos a estudiar sobre la filosofía que puede deducirse de la obra de W. Pauli, podemos detectar muchos puntos que se acercan y se asemejan al punto de vista que aquí se expone, aunque en general, Pauli no era muy abierto y si muy parco en exponer sus puntos de vista sobre la filosofía en relacion a la mecánica cuántica1.

Un apunte sobre este tema no es algo banal y tiene sus cuestiones profundas que hay que exponer muy bien matizadas. Una buena teoría, una vez fijada, hace predicciones; y, habría que ver si otros experimentos (anteriores o posteriores) confirman estas elecciones filosóficas, de modo que la posición científica tenga poder pre y postdictivo; en la segunda parte de este artículo nos fijaremos en dos aspectos de la realidad cuántica1: la estadística de partículas idénticas y la integral de caminos de Feyman.

Gracias amigos por vuestra paciencia. Siendo un tema largo, haremos una segunda parte.

La fuente de este escrito esta en el Volumen 5 nº 1 de la Revista Iberoamericana de Fisica y esta escrito por mi compañero de la RSEF Don Luis Joaquin BOYA del Departamento de Fisica, Universidad de Zaragoza (España).

[?]