domingo, 1 de junio de 2014

Falacia cuántica I. La naturaleza es probabilística, y el que diga lo contrario es un "acientífico"

Si bien hay un consenso muy amplio sobre la naturaleza aleatoria de los sistemas cuánticos, ese tema aún no está cerrado. No olvidemos que el consenso no demuestra que algo sea de una determinada manera, los experimentos y las matemáticas lo hacen. Tampoco es esto una cuestión de decisión personal, la naturaleza es o no es probabilística, otra cosa es que seamos capaces de demostrar una cuestión tan profunda. Aunque yo creo profundamente que la naturaleza es probabilística, he de reconocer que eso aún no lo hemos probado. Hay mucha gente trabajando en ese tema (magufos, acientíficos, físicos experimentales, premios Nobel, en fin, gente de mal vivir), y creo que tendremos nuevos resultados pronto, pero eso no es seguro. A día de hoy si alguien defiende que debe haber una teoría más allá de la cuántica que nos dé una capacidad mayor de predicción está en su derecho. 

Historia


La aleatoriedad de la física cuántica es algo que molestó a mucha gente durante mucho tiempo. Einstein fue la principal figura que se opuso a este tema con su famosa frase "Dios no juega a los dados con el universo". En 1935 publicó un paper [1] con Boris Podolsky y Nathan Rosen formulando lo que para ellos era una paradoja ocasionada por la aleatoriedad cuántica. A esta aparente paradoja se la bautizó como la Paradoja EPR, por las iniciales de los autores. Paradójicamente, lo que describieron en ese artículo es lo que hoy en día se denomina un sistema entrelazado (entangled en inglés), y como veremos en breve precisamente el entrelazamiento es la propiedad que nos permite investigar sobre el carácter probabilístico de la mecánica cuántica. En su momento la postura de Einstein, Podolsky y Rosen (EPR) fue considerada una cuestión puramente filosófica, ya que no se podía medir. 

Otro crítico con la indeterminación fue David Bohm, quien en 1952 publicó su teoría sobre variables ocultas [2]. La idea de Bohm era clara, la incertidumbre cuántica no es intrínseca a la naturaleza, sino que ocurre porque hay variables que no vemos. Hay quien afirma que esto es sólo una interpretación, pero eso es muy discutible. Si alguien afirma que hay unas variables ocultas, pero que nunca se podrán medir, eso es una interpretación. Además, al introducir más complejidad para predecir lo mismo sería una interpretación bastante innecesaria. Como la física cuántica funciona con todos los experimentos realizados hasta el momento, esa teoría basada en variables ocultas invisibles debe dar los mismos resultados para ser aceptada. Sin embargo, si uno afirma que hay variables ocultas y que tal vez en el futuro podamos medirlas y cambiar la teoría probabilística por una determinista, eso no es una interpretación. Eso sería una nueva y más potente teoría. Eso no es filosofía, eso sería un paso de gigante para la ciencia. 

En esos momentos, aún todo era una cuestión de opinión, ya que no había resultados experimentales que pudieran probar el carácter aleatorio o determinista del universo. Todo cambió en 1964, cuando  John S. Bell propuso una manera de medir el entrelazamiento experimentalmente. ¿Qué tiene que ver esto con la aleatoriedad? Os preguntaréis. Pues básicamente, todo. Bell demostró lo que ahora se conoce como el Teorema de Bell, que afirma que "ninguna teoría de variables ocultas locales puede reproducir todas las predicciones de la mecánica cuántica". Habrá que preguntarse entonces qué es una "teoría de variables ocultas locales". Básicamente, Bell demostró que una de estas tres afirmaciones no puede ser ciertas:

- Las predicciones de la mecánica cuántica, en torno a los sistemas entrelazados, son correctas.
- La información no puede viajar a velocidades superiores a la de la luz (localidad).
- La naturaleza es determinista (variables ocultas). 

Hoy en día se añade una nueva afirmación, la de la libertad de medir lo que uno quiere, pero por ahora podemos centrarnos en estas tres. Lo que dice el teorema de Bell es que si la mecánica cuántica es correcta tendremos que aceptar o bien que no hay variables ocultas, o bien que la información viaja a velocidad superlumínica. Como lo segundo da lugar a paradojas temporales, según la relatividad, lo más lógico es simplemente aceptar que la naturaleza es probabilística. 

Caso cerrado. Se acabó. No hay variables ocultas. El que diga lo contrario es un acientífico, un magufo, etc. 

Bueno, yo no lo diría tan rápido, ni mucho menos tan seguro como hacen otros. La cuestión es que antes hay que demostrar que las predicciones de la mecánica cuántica con respecto a los sistemas entrelazados son correctas. Para hacer eso quizás no baste con escribir en internet. Para eso tal vez tengamos que arremangarnos y experimentar un poco. 


Experimentación

La experimentación sobre el entrelazamiento empezó en 1972, cuando Freedman and Clauser observaron la violación de las desigualdades de Bell. Después ha seguido hasta el día de hoy por científicos como Aspect, Zeilinger o Salar (ver la lista de experimentos en la Wikipedia). Algunos son tan recientes como este paper de Zeilinger en Nature [3]. No deja de ser curioso que para ser este un tema cerrado en los 50, según algunos, se sigan publicando papers en revistas de alto impacto. 

Evidentemente, el tema no está cerrado, ni mucho menos podía estarlo en los 50, veinte años antes de empezar los experimentos. El problema es que cada experimento realizado hasta la fecha tiene siempre algún tipo de defecto (loophole en inglés). Con sólo mirar la Wikipedia se puede ver una lista de loopholes. Así que por ahora, los defensores de las teorías de variables ocultas, que aún son muchos, todavía no defienden nada acientífico. De hecho, aunque tengamos un experimento perfecto, aún las variables ocultas no habrán muerto del todo, ya que siempre se puede formular una teoría de variables ocultas no-local. 

De hecho, a día de hoy todavía se proponen y estudian teorías de variables ocultas. Dos ejemplos que sigue la gente estudiando son la teoría de Gerard t´Hoff [4] y la clase de teorías de variables ocultas no-locales de Anthony Legget. Ambos son unos magufos de cuidado, claro está, magufos y premios Nobel. Y las decenas de equipos experimentales que trabajan en probar o refutar sus teorías son más magufos aún.

Estado actual y reflexión

Sinceramente, no puedo entender como científicos con formación pueden hacer afirmaciones categóricas sobre este tema sin revisar antes la bibliografía. Mucho menos puedo entender que descalifiquen a gente que quiere investigar en esta dirección. Como he explicado hay una pregunta abierta, y hasta que no se cierre es perfectamente lícito indagar en ella. Es válido y es científico, no filosófico como dicen algunos. Hablamos de teorías y experimentos que pueden refutar esas teorías. Con sólo buscar "entanglement" en cualquier repositorio de revistas se puede ver una enorme lista de experimentos al respecto.

Por otro lado, lo que no es válido es decir que las cosas son de una determinada manera, no demostrarlo, y de paso atacar e insultar a los que trabajan en probarlo o refutarlo.

Referencias


[1] A. Einstein.; B. Podolsky; N. Rosen. Phys. Rev.  47 777 (1935).
[2] D. Bohm, Phys. Rev. 85, 166 (1952) ; 85, 180 (1952) . Ver también, Phys. Rev. 87, 389 (1952).
[3] M. Giusina et al. Nature, 497 227 (2013).
[4] G. 't Hooft,  Class. Quant. Grav. 16, 3263-3279 (1999).

2 comentarios:

  1. "Ambos son unos magufos de cuidado, claro está, magufos y premios Nobel."

    Dejando a un lado la sutil ironía, y agradeciendo que se vaya más allá de la falacia de autoridad con argumentos, sólo recordar -igual el lector de este blog no lo necesita- que se puede ser premio Nobel y un magufo de cuidado (Kary Mullis, un, dos, tres, responda otra vez). Me hizo gracia enterarme de que hasta había apuestas de cuánto tiempo tardaba un premio Nobel en decir una soberana estupidez, con algunos récords espantosos.

    Un saludo y enhorabuena por las entradas, son muy clarificantes para entusiastas de la materia como servidor.

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  2. Lo de las variables ocultas promete, el problema es que, demostrado, no podemos ni imaginarnos como esas variables darían sentido a la cuántica. Un buen ejemplo, las variables ocultas de la relatividad especial.
    http://forzon.blogspot.com.es/2013/05/masa-de-accion-y-masa-de-reaccion-las_29.html
    Un saludo y gracias por el mapeado del estado de la cuántica, muy revelador.

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