Cuando la gente escucha la frase “física cuántica”, es probable que se imaginen a científicos descifrando ecuaciones sobre aspectos de la naturaleza que son tan misteriosos que bien podrían ser mágicos. Como resultado, cuando los creyentes escuchan que la física cuántica (o la mecánica cuántica, como a menudo se la llama) refuta nuestra fe, es posible que no sepan cómo responder.
Primero, recuerda que la física es el estudio de cómo interactúan la materia y las fuerzas entre sí. Nos dice, por ejemplo, qué ángulo y fuerza son necesarios para meter la bola ocho en la tronera de la esquina en una partida de billar. Cuántico significa simplemente "pequeño", por lo que la física cuántica es simplemente el estudio de cómo las partes más pequeñas del universo, como los átomos y los electrones, interactúan entre sí.
Sin embargo, a diferencia de las bolas de billar, estas pequeñas partes de nuestro universo se comportan de maneras extrañas e inesperadas. Para ver cuán extraña puede llegar a ser la física cuántica, echemos un vistazo a uno de sus experimentos más famosos.
Para comprender la rareza del mundo cuántico, debemos revisar cómo se comportan “normalmente” los objetos.
Imagínese que usted y yo estamos en una habitación armados con pistolas de paintball cuyos perdigones salpican al impactar. Junto a nosotros hay dos lienzos de pintura blanca, uno frente al otro. Son idénticos excepto por una diferencia: el lienzo frontal tiene dos pequeñas aberturas o hendiduras rectangulares cortadas en el medio. Cuando tú y yo disparamos bolas de pintura al lienzo frontal, parte de la pintura pasará por las ranuras y golpeará el lienzo trasero. Esto dejará dos patrones rectangulares.
Ahora imagina que los dos lienzos están medio sumergidos en un tanque de agua. Si dejas caer un peso pesado en un extremo del tanque, se creará una ola que viajará hasta el otro extremo del tanque. Cuando esta onda golpee las dobles hendiduras en el lienzo frontal, se romperá y luego se recombinará en el otro lado.
Si alguna vez has estado en el océano, probablemente hayas visto cómo las olas interactúan entre sí para formar olas más grandes e irregulares. Lo mismo sucede cuando las ondas pasan a través de las rendijas e interactúan entre sí en el otro lado. A diferencia de los dos rectángulos identificables que formaron las bolas de pintura, las ondas crearán una serie más larga de rectángulos y hendiduras más pequeños llamados "patrón de interferencia".
Muy bien, ahora traslademos este experimento mental al reino cuántico de los electrones, que son las partículas que orbitan alrededor del núcleo de un átomo. Durante mucho tiempo los científicos se preguntaron: “¿Los electrones son pequeñas partículas que rebotan como bolas de pintura o viajan y se disipan como ondas?”
Si disparamos electrones como una corriente de bolas de pintura a través de las rendijas dobles, ¿qué aparecerá en la lona trasera? Si vemos dos rectángulos, eso demostraría que los electrones son partículas. Pero si vemos un patrón de interferencia, eso probaría que los electrones son en realidad ondas de energía.
Resulta que cuando los electrones se disparan como una corriente de bolas de pintura a través de la doble rendija, forman un patrón de interferencia. Entonces los electrones son en realidad ondas, no partículas, ¿verdad?
No tan rapido.
Ingrese al reino cuántico
Imagínese que usted y yo estamos disparando bolas de pintura a las rendijas dobles del lienzo, pero disparamos nuestras pistolas de pintura en una secuencia de disparo extremadamente rápida. Es posible que tantas bolas de pintura se amontonen en las rendijas que reboten entre sí. Esto podría formar lo que parece un patrón de interferencia, aunque las bolas de pintura son pequeñas bolitas llenas de líquido, no ondas de energía.
Para evitar esta posibilidad con electrones que se disparan de manera similar, los científicos repitieron el experimento. Sin embargo, esta vez dispararon los electrones uno por uno hacia las dobles rendijas. A medida que cientos de electrones pasaban individualmente a través de las rendijas, golpeaban la lona trasera y dejaban una impresión que podía registrarse. Pero, a medida que las áreas donde impactaron se hicieron visibles, los científicos no podían creer lo que vieron: ¡un patrón de interferencia!
Eso parece imposible. Los patrones de interferencia ocurren cuando la energía de las ondas forma una interacción, pero los electrones se dispararon uno a la vez. ¿Cómo podrían estar “trabajando juntos” para formar un patrón de interferencia aunque no estén causalmente conectados entre sí? Una teoría era que cada electrón individual se convierte en una onda de energía después de ser disparado. Luego pasa a través de ambas rendijas, interactúa consigo mismo y luego golpea la lona trasera donde forma el patrón de interferencia.
Para probar esta hipótesis, se colocaron detectores en cada rendija para ver cuál (o posiblemente ambas) servía como camino del electrón. Pero aquí es donde la “rareza cuántica” asoma su cabeza paradójica. Cuando los electrones fueron disparados uno por uno a través de las rendijas mientras los detectores estaban encendidos, formaron sólo dos patrones rectangulares, no un patrón de interferencia.
El propio hecho de observar los electrones hizo que estos dejaran de actuar como ondas que pasaban por ambas rendijas. ¡Los detectores hicieron que actuaran como partículas que atravesaban sólo una de las rendijas! Este experimento ilustra maravillosamente la esencia de la física cuántica y por qué la observación y la dualidad hacen que esta rama de la ciencia sea tan extraña y única.
Cuando miras un árbol, lo que “ves” es una partícula de luz (o fotón) que rebota en el árbol y golpea tu ojo. Luego, esta interacción envía una señal a su cerebro que se decodifica para revelar cómo se ve el árbol. Como los árboles son tan grandes, no se ven afectados por unos pocos fotones que los golpean.
Pero los átomos y los electrones son diferentes. Debido a que son tan pequeños, cualquier forma de observarlos resultará en interacciones con otras partículas como fotones o electrones. Esto hace imposible que cualquier científico sea “neutral” y observe un sistema cuántico sin afectarlo. Las observaciones también tienen la capacidad de cambiar las cualidades de lo que se observa.
El experimento de la doble rendija demostró que elementos atómicos individuales como los electrones (e incluso algunos átomos y moléculas más grandes) pueden describirse en “términos de partícula” y “términos de onda” (esto se llama “dualidad onda-partícula”). Además, a diferencia de la física clásica, el movimiento de estos elementos sólo puede describirse probabilísticamente, y las respuestas definitivas sólo son posibles una vez que estos elementos se observan directamente (ver “El dilema de Schrödinger”, más adelante).
Desafortunadamente, esta conclusión científica ha dado lugar a una forma perniciosa de pseudociencia y pensamiento de la “nueva era” que dice que podemos crear nuestras propias realidades, y que Dios es simplemente algo dentro de cada uno de nosotros y no el creador trascendente del universo.
¿Conciencia cuántica?
Deepak Chopra es un gurú de la autoayuda conocido por ofrecer consejos que algunos encuentran profundos. Por ejemplo, en un artículo Chopra dice:
La teoría cuántica implica que la conciencia debe existir y que el contenido de la mente es la realidad última. Si no la miramos, la luna se ha ido. En este mundo, sólo un acto de observación puede conferir forma a la realidad: a un diente de león en un prado, o a una vaina de semilla, o al sol, al viento o a la lluvia. De todos modos, es increíble, e incluso tu perro también puede hacerlo (“La ilusión del pasado, presente, futuro”).
Chopra no entiende cómo funciona la teoría cuántica. Los observadores son capaces de reducir el estado probabilístico de las partículas a estados definidos, pero también puede hacerlo cualquier interacción a nivel cuántico. Un estado cuántico no pregunta si una partícula que lo afecta proviene de un observador consciente como nosotros o de una fuerza inconsciente como el sol.
Más importante aún, las conclusiones de la física cuántica no se aplican a objetos que son más grandes que una molécula. La propiedad de onda (o longitud de onda) de estos objetos es prácticamente cero (según se incluye en la ecuación de De-Broglie), por lo que no se comportan como partículas subatómicas. Si enviaras lunas o dientes de león a través de una doble rendija, no actuarían como lo hacen los electrones.
Chopra utiliza estos aspectos de la física cuántica para argumentar que la realidad última es la conciencia y que, por tanto, podemos "crear nuestra propia realidad", porque nuestra mente es consciente. Ahora bien, se puede argumentar que era necesario un observador no físico al comienzo del universo para actualizar el primer estado cuántico. Pero de ello no se sigue que nuestras mentes creen y sostengan el universo tal como existe actualmente.
Nuestras mentes son conscientes porque estamos hechos. a imagen de dios, no porque seamos Dios. En su reflexión sobre la Nueva Era denominada Jesucristo el Portador del Agua de la VidaComo enseñaban los Consejos Pontificios para la Cultura y el Diálogo Interreligioso, “Dios no se identifica con el Principio de Vida entendido como el 'Espíritu' o 'energía básica' del cosmos, sino que es ese amor que es absolutamente diferente del mundo y, sin embargo, creativamente. presente en todo y conduciendo al hombre a la salvación” (4).
¿Algo de la nada?
Mientras que gurús como Chopra intentan utilizar la física cuántica para demostrar que sólo existe una realidad espiritual, los escépticos a veces la utilizan para argumentar que sólo existe lo material y que no es necesario que Dios explique por qué hay algo en lugar de nada. Afirman, por ejemplo, que los científicos han observado las llamadas “partículas virtuales” que emergen, aparentemente sin causa, del vacío. Esto supuestamente muestra que la existencia del universo se puede explicar sin Dios, porque la física cuántica demuestra que "algo puede surgir de la nada". En una entrevista con la Radio Pública Nacional, dijo el físico Lawrence Krauss: "Nada puede crear algo todo el tiempo debido a las leyes de la mecánica cuántica".
Sin embargo, este fenómeno no refuta el principio metafísico de que algo no puede surgir de la nada. Esto se debe a que el vacío cuántico del que surgen estas partículas no es "nada". Más bien, es un campo con un nivel de energía muy bajo que puede fluctuar. A diferencia de nada, este campo tiene propiedades y puede describirse positivamente. Esto lo hace más que capaz de producir "algo" parecido a una partícula virtual. Filósofo y físico teórico David Albert (aqui):
Los estados de vacío (no menos que las jirafas, los refrigeradores o los sistemas solares) son disposiciones particulares de materia física elemental. . . . [E]l hecho de que las partículas puedan aparecer y desaparecer con el tiempo, a medida que esos campos [cuánticos] se reorganizan, no es ni un ápice más misterioso que el hecho de que los puños puedan aparecer y desaparecer con el tiempo, a medida que esos campos [cuánticos] se reorganizan. Mis dedos se reorganizan. Y ninguno de estos estallidos, si se los mira correctamente, equivale a nada remotamente cercano a una creación de la nada.
Albert dice que la afirmación de Krauss de que los campos cuánticos tienen la propiedad de poder crear universos no resuelve la cuestión en absoluto. Sostiene que físicos como Krauss “no tienen nada que decir sobre el tema de dónde vinieron esos campos, o de por qué el mundo debería haber consistido en los tipos particulares de campos que tiene, o de por qué debería haber consistido en campos en todo, o de por qué debería haber existido un mundo en primer lugar. Período. Caso cerrado. Fin de la historia."
(Posteriormente, Krauss descartó a críticos como Albert calificándolos de “filósofos idiotas”, a pesar de que Albert tiene un doctorado en física teórica además de un doctorado en filosofía).
¿El fin de la causalidad?
Un crítico podría responder que incluso si estos campos no fueran “nada”, la física cuántica todavía muestra que el universo podría haber existido sin Dios. Después de todo, los fenómenos cuánticos como la desintegración de partículas en los núcleos atómicos no tienen causas y son totalmente impredecibles. Puede que simplemente se dé el caso de que el surgimiento de nuestro universo de la nada haya sido un suceso cuántico similar y sin causa.
Primero, la naturaleza “sin causa” o, más precisamente, indeterminada de los eventos cuánticos no es un hecho probado. Más bien, es una característica de algunas interpretaciones de las fórmulas matemáticas utilizadas en la física cuántica (generalmente la Interpretación de Copenhague). Estas interpretaciones describen el mundo representado en estas ecuaciones pero, como admite el fallecido físico ateo Victor Stenger, “Otras interpretaciones viables de la mecánica cuántica aún no tienen consenso sobre cuál es la correcta, si es que existe alguna”. Stenger dice que tenemos que permanecer “abiertos a la posibilidad de que algún día se puedan encontrar causas para tales fenómenos” (¿La ciencia ha encontrado a Dios?, 188-89).
Por ejemplo, la interpretación de David Bohm de la física cuántica no tiene eventos sin causa. Según la visión de Bohm (o la interpretación de DeBroglie-Bohm), la forma en que se comportan las partículas está completamente determinada por los eventos físicos que ocurrieron anteriormente en el tiempo. Los eventos cuánticos parecen ser aleatorios a pesar de que tienen una causa determinada en forma de una “variable oculta” que los físicos no han descubierto (y posiblemente no puedan) descubrir.
Sin embargo, incluso si eventos cuánticos como el surgimiento de partículas del vacío o la desintegración de núcleos atómicos no tienen causas determinadas (es decir, condiciones físicas identificables que los provocaron), no se sigue que no tengan causa. Pueden ser simplemente el resultado de causas indeterministas o estructuras que explican el origen de un evento sin explicar por qué ocurrió un evento particular en lugar de otro.
Por ejemplo, podríamos preguntarnos por qué un hablante eligió pronunciar una determinada serie de palabras, pero no cuestionaríamos el hecho de que fue él quien provocó que se pronunciaran esas palabras. John Jefferson Davis muestra cómo se aplica este mismo razonamiento a los sistemas cuánticos:
Los acontecimientos de la mecánica cuántica pueden no tener causas clásicamente deterministas, pero no por eso carecen de causa ni son acausales. La desintegración de un núcleo se produce en vista de realidades y potencialidades físicas internas a él, en relación con un nexo espaciotemporal regido por las leyes de la mecánica cuántica. El hecho de que los átomos de uranio se descompongan consistentemente en átomos de plomo y otros elementos (y no en conejos o ranas) muestra que tales eventos no son causales, sino que tienen lugar dentro de un nexo causal y estructuras similares a leyes (Fronteras de la ciencia y la fe, 55-56).
En resumen, los sistemas cuánticos pueden carecer de determinación causal, pero aun así tienen condiciones causales predecibles que conducen a ciertos resultados. Si no lo hicieran y realmente carecieran de propiedades casuales, entonces los científicos no podrían replicar los experimentos cuánticos. De hecho, los científicos suelen describir los campos o núcleos cuánticos como “productores” de partículas o efectos, pero la palabra producir es sinónimo de causa. Esto muestra que incluso estos sistemas peculiares se adhieren a alguna forma del principio metafísico de causalidad y no prueban que “algo pueda surgir de la nada”.
Sabiduría desde lo alto
Todavía quedan muchos misterios dentro del ámbito de la física cuántica que los científicos deben explorar. Por ejemplo, la teoría de la relatividad de Einstein describe los efectos de la gravedad utilizando la física clásica, pero la teoría no describe cómo funciona la gravedad a nivel cuántico. Por eso los físicos están trabajando actualmente en una “teoría cuántica de la gravedad” para estudiar cosas como los primeros momentos de la expansión del universo después del Big Bang.
A medida que se sigan realizando futuros descubrimientos en física cuántica, no debemos permitir que sean motivo de preocupación. En lugar de ello, deberíamos hacernos eco de la CatecismoLa declaración de: “Estos descubrimientos nos invitan a una admiración aún mayor por la grandeza del Creador, impulsándonos a darle gracias por todas sus obras y por la comprensión y sabiduría que brinda a los estudiosos e investigadores” (283).
Barra lateral 1: ¿La sabiduría de Chopra?
Considere estas dos citas de Deepak Chopra:
"La atención y la intención son los mecanismos de manifestación".
"Tu conciencia silencia una expresión de conocimiento".
La primera es una cita real de Chopra; este último es una combinación aleatoria de palabras unidas por un "generador de citas de Deepak Chopra" en línea (sabiduríadechopra.com).
Es difícil distinguirlos, porque la “sabiduría” de Chopra es sólo una vaga afirmación de que la mente crea la realidad combinada con una jerga científica relacionada con la física cuántica para darle un aire de legitimidad.
Recuadro 2: El dilema de Schrödinger
En 1935, Erwin Schrödinger creó un experimento mental en el que involucraba a un gato encerrado en una caja de acero con un frasco de veneno. El vial se rompería si una molécula radiactiva llamada isótopo se desintegrara y activara un detector. Dado que la desintegración atómica ocurre a nivel cuántico, es imposible predecir cuándo un isótopo emitirá una partícula subatómica.
Según una interpretación popular de la física cuántica llamada interpretación de Copenhague, estas partículas existen en una superposición o "estado fusionado". Este estado probabilístico no se convertiría en una realidad definitiva hasta que sea observado (similar a cómo los electrones en el experimento de la doble rendija no pasan a través de una sola rendija hasta que son observados).
Schrödinger dijo que si la interpretación de Copenhague fuera correcta, entonces los efectos cuánticos del isótopo serían inciertos hasta que un observador colapsara este estado (o “función de onda”). Esto significaría que el gato, cuya vida depende de que uno de los dos estados sea definido, existiría en un estado incierto y estaría vivo y muerto hasta que alguien mirara en la caja.
Es importante recordar que Schrödinger no pensó que el gato pudiera estar vivo y muerto al mismo tiempo. En cambio, utilizó este experimento para resaltar lo que consideraba una debilidad en la interpretación de Copenhague de la física cuántica.