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. Como Albert Einstein y sus colaboradores imaginaron en 1935, los objetos cuánticos pueden estar misteriosamente correlacionados aunque estén separados por grandes distancias. Pero por extraño que parezca el fenómeno, ¿por qué una idea tan antigua aún merece el premio más prestigioso de la física?

Coincidentemente, pocas semanas antes de que los nuevos premios Nobel fueran honrados en Estocolmo, otro equipo de distinguidos científicos de Harvard, MIT, Caltech, Fermilab y Google informaron que habían realizado un proceso en la computadora cuántica de Google que podría interpretarse como un agujero de gusano. . Los agujeros de gusano son túneles a través del universo que pueden funcionar como un atajo a través del espacio y el tiempo y son amados por los fanáticos de la ciencia ficción, y aunque el túnel creado en este experimento reciente solo existe en un mundo de juguete bidimensional, podría ser un gran avance para el futuro. investigación a la vanguardia de la física.

Pero, ¿por qué el entrelazamiento está ligado al espacio y al tiempo? ¿Y cómo puede ser esto importante para futuros avances en física? Bien entendido, el entrelazamiento implica que el universo es «monista», como lo llaman los filósofos, que en el nivel más fundamental, todo en el universo es parte de un todo único y unificado. Es una propiedad definitoria de la mecánica cuántica que su realidad subyacente se describe en términos de ondas, y un universo monista requeriría una función universal. Hace ya décadas, investigadores como Hugh Everett y Dieter Zeh demostraron cómo nuestra realidad cotidiana puede surgir de una descripción tan universal de la mecánica cuántica. Pero es solo ahora que 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 del espacio y el tiempo.

El entrelazamiento es más que un fenómeno cuántico extraño. Es el principio de acción lo que explica por qué la mecánica cuántica fusiona el mundo en uno y por qué experimentamos esta unidad fundamental como muchos objetos separados. Al mismo tiempo, el enredo es la razón por la que parecemos vivir en una realidad clásica. Es literalmente el cemento y el creador de los mundos. El entrelazamiento se aplica a los objetos que comprenden dos o más componentes y describe lo que sucede cuando se aplica el principio cuántico de que «cualquier cosa que pueda suceder, realmente sucede» a tales objetos compuestos. Por lo tanto, un estado entrelazado es la superposición de todas las combinaciones posibles en las que se pueden encontrar los componentes de un objeto compuesto para producir el mismo resultado general. De nuevo, es la naturaleza ondulada del dominio cuántico la que puede ayudar a ilustrar cómo funciona realmente el entrelazamiento.

Imagina un mar cristalino perfectamente tranquilo en un día sin viento. Ahora pregúntese cómo se puede producir un plano así al superponer dos patrones de onda individuales. Una posibilidad es que la superposición de dos superficies completamente planas nuevamente dé un resultado completamente igual. Pero otra posibilidad que podría producir una superficie plana es si se superpusieran dos patrones de onda idénticos compensados ​​por medio ciclo de oscilación, de modo que las crestas de onda de un modelo aniquilaran los valles de onda del otro y viceversa. Si simplemente observáramos el océano cristalino, viéndolo como el resultado de dos oleajes combinados, no habría forma de que descubramos los patrones de los oleajes individuales. Lo que parece perfectamente ordinario cuando hablamos de ondas tiene las consecuencias más extrañas cuando se aplica a realidades en competencia. Si tu vecina te dijera que tiene dos gatos, un gato vivo y un gato muerto, eso implicaría que el primer gato o el segundo están muertos y el gato restante, respectivamente, está vivo, sería una forma extraña y morbosa. para describir a sus mascotas, y es posible que no sepas cuál de ellas es la más afortunada, pero obtendrás la deriva del vecino. Este no es el caso en el mundo cuántico. En mecánica cuántica, la misma afirmación implica que los dos gatos se fusionan en una superposición de casos, de los cuales el primer gato está vivo y el segundo muerto y el primer gato está muerto mientras que el segundo vive, pero también posibilidades donde los dos gatos están medio vivo y medio muerto, o el primer gato está vivo en un tercio, mientras que el segundo gato suma los dos tercios de vida que faltan. En una pareja cuántica de gatos, los destinos y condiciones de los animales individuales se disuelven por completo en el estado del todo. De manera similar, en un universo cuántico, no hay objetos individuales. Todo lo que existe se fusiona en un solo «Uno».

El entrelazamiento cuántico revela un vasto territorio completamente nuevo para que exploremos. Define una nueva base para la ciencia y da un vuelco a nuestra búsqueda de una teoría del todo: confiar en la cosmología cuántica en lugar de la física de partículas o la teoría de cuerdas. Pero, ¿qué tan realista es para los físicos seguir este enfoque? Sorprendentemente, no es solo realista, ya lo hacen. Los investigadores a la vanguardia de la gravedad cuántica han comenzado a rediseñar el espacio-tiempo como consecuencia del entrelazamiento. Un número creciente de científicos ha llegado a basar sus investigaciones en la inseparabilidad del universo. Hay muchas esperanzas de que, siguiendo este enfoque, finalmente puedan comprender lo que realmente son el espacio y el tiempo, en lo profundo de los cimientos.

Ya sea que el espacio se ensamble por 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 remonte a un solo objeto cuántico, todas estas ideas comparten un identidad diferenciada. sabor monista. En la actualidad, es difícil juzgar cuáles de estas ideas informarán el futuro de la física y cuáles eventualmente desaparecerán. Lo que es interesante es que, si bien originalmente las ideas a menudo se desarrollaron en el contexto de la teoría de cuerdas, parecen haber ido más allá de la teoría de cuerdas, y las cuerdas ya no juegan ningún papel en la mayoría de las investigaciones recientes. Un hilo común ahora parece ser que el espacio y el tiempo ya no se consideran fundamentales. La física contemporánea no parte del espacio y del tiempo y continúa con las cosas situadas en este trasfondo preexistente. En cambio, el espacio y el tiempo en sí mismos se ven como productos de una realidad de proyección más fundamental. Nathan Seiberg, uno de los principales teóricos de cuerdas del Instituto de Estudios Avanzados de Princeton, no está solo en sus sentimientos cuando dice: “Estoy bastante seguro de que el espacio y el tiempo son ilusiones. Estas son nociones primitivas que serán reemplazadas por algo más sofisticado. Además, en la mayoría de los escenarios que proponen espacios-tiempos emergentes, el entrelazamiento juega un papel fundamental. Como señala el filósofo de la ciencia Rasmus Jaksland, esto implica en última instancia que ya no hay más objetos individuales en el universo; que todo está vinculado a todo lo demás: “Adoptar el enredo como una relación de creación de mundos tiene el costo de abandonar la separabilidad. Pero quien esté dispuesto a dar este paso quizás deba buscar en el enredo la relación fundamental con la que constituir este mundo (y quizás todos los demás posibles). Así, cuando el espacio y el tiempo desaparecen, emerge un Uno unificado.

Por el contrario, desde la perspectiva del monismo cuántico, estas alucinantes consecuencias de la gravedad cuántica no están muy lejos. Ya en la teoría de la relatividad general de Einstein, el espacio ya no es un escenario estático; más bien, proviene de las masas y la energía de la materia. Al igual que la opinión del filósofo alemán Gottfried W. Leibniz, describe el orden relativo de las cosas. Si ahora, según el monismo cuántico, sólo queda una cosa, no hay nada más que disponer ni ordenar y finalmente ya no es necesario el concepto de espacio en este nivel fundamental de descripción. Es «el Uno», un único universo cuántico que da lugar 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. . entendido completamente. Como ha señalado Sean Carroll, «Quizás fue un error cuantificar la gravedad, y el espacio-tiempo estuvo oculto en la mecánica cuántica todo el tiempo». Para el futuro, “en lugar de cuantificar la gravedad, tal vez deberíamos tratar de gravitar la mecánica cuántica. O, de manera más específica pero menos evocadora, ‘encontrar la gravedad dentro de la mecánica cuántica’”, sugiere Carroll en su blog. De hecho, parece que si la mecánica cuántica se hubiera tomado en serio desde el principio, si se hubiera entendido como una teoría que se desarrolla no en el espacio y el tiempo sino en una realidad más fundamental de proyección, de muchos callejones sin salida en la exploración de la gravedad cuántica. podría haberse evitado. Si hubiéramos aprobado las implicaciones monistas de la mecánica cuántica, el legado de una filosofía de tres mil años que fue abrazada en la antigüedad, perseguida en la Edad Media, revivida en el Renacimiento y alterada en el romanticismo, ya en Everett y Zeh los había señalado, en lugar de apegarnos a la interpretación pragmática del influyente pionero cuántico Niels Bohr que reducía la mecánica cuántica a una herramienta, estaríamos más avanzados en desmitificar los fundamentos de la realidad.

Adaptado de The One: Cómo una vieja idea sostiene el futuro de la física por Heinrich Pas. Copyright © 2023. Disponible en Basic Books, un sello de Hachette Book Group, Inc.