La física cuántica es un campo que va más allá del ámbito científico y académico, y puede ser relevante para todos, independientemente de tu formación o interés en la ciencia. Algunas razones para interesarse en la física cuántica incluyen:
- La física cuántica nos ayuda a entender el mundo a un nivel más profundo: Nos dice algo fundamental sobre la naturaleza de la realidad, y puede ayudarnos a entender el universo y nuestro lugar en él de una manera más completa.
- Tiene implicaciones filosóficas y metafísicas: La física cuántica nos invita a reconsiderar nuestras ideas sobre la causalidad, la realidad y el tiempo.
En Helgoland, Carlo Rovelli ofrece una nueva forma de pensar sobre la física cuántica, que cambia nuestra comprensión del universo y del tiempo. Rovelli argumenta que la física cuántica no es solo una teoría, sino una nueva manera de entender la realidad. La idea principal del libro es que la física cuántica nos dice que el mundo es una red de relaciones, no una colección de cosas, y que el tiempo es una construcción humana, no un aspecto fundamental de la realidad.
Cuál es la contribución o novedad de Helgoland
«Helgoland» es un libro notable por varias razones:
- Ofrece una nueva manera de pensar sobre la física cuántica, que cambia nuestra comprensión de la realidad y el tiempo.
- Presenta un enfoque interdisciplinario, que combina filosofía, historia y ciencia para explorar las implicaciones de la física cuántica.
- Se caracteriza por su sencillez y claridad, lo que lo hace accesible para lectores no especializados en ciencias naturales.
- Aborda temas filosóficos profundos y problemas metafísicos, tales como el problema de la naturaleza del tiempo y la realidad subyacente.
Qué teorías y creencias existentes ha desafiado el libro Helgoland de Carlo Rovelli?
Helgoland desafía varias creencias e ideas convencionales sobre la física cuántica y el mundo físico en general. Algunos de los conceptos que desafía incluyen:
- La idea de que el mundo está compuesto de partículas individuales y separadas: Rovelli argumenta que la realidad subyacente es una red de relaciones entre estas partículas, en lugar de una colección de cosas separadas.
- La noción de que el tiempo es una dimensión fundamental del universo: Rovelli sostiene que el tiempo es una construcción humana y que no es una dimensión fundamental del universo.
- La idea de que la física cuántica es solo una teoría matemática: Rovelli argumenta que la física cuántica nos dice algo fundamental sobre la naturaleza de la realidad.
Principales ideas de Helgoland de Carlo Rovelli
- Heisenberg inició un nuevo y complejo campo de estudio llamado física cuántica.
- Las superposiciones plantean preguntas difíciles sobre la naturaleza de la realidad.
- La interpretación relacional presenta un mundo donde todo cambia.
- El modelo relacional desmitifica el proceso de entrelazamiento cuántico.
- La filosofía y la ciencia están profundamente entrelazadas entre sí.
- Considerar las relaciones y correlaciones puede arrojar luz sobre cómo funciona la mente.
- Estudiar física cuántica puede ayudarnos a ver el mundo de nuevas maneras.
Heisenberg inició un nuevo y complejo campo de estudio llamado física cuántica.
El comienzo del siglo XX es una época apasionante para ser un físico joven y ambicioso. Niels Bohr, un físico danés, ha identificado recientemente un fenómeno extraño. Ha observado que, cuando se calientan, los átomos emiten luz en determinadas frecuencias específicas. Estos patrones implican que los electrones, las pequeñas partículas subatómicas que giran alrededor del núcleo del átomo, sólo orbitan a ciertas distancias específicas.
La pregunta en la mente de Heisenberg es ¿por qué? ¿Por qué los electrones deberían permanecer confinados a determinadas órbitas? ¿Y por qué deberían saltar entre órbitas de maneras específicas y cuantificables? Básicamente, quiere comprender la mecánica de los saltos cuánticos.
El problema era este: los científicos de la época no podían explicar las órbitas de los electrones ni los saltos cuánticos entre estas órbitas. Para describir el movimiento de las partículas, la física clásica se basó en números discretos para variables como la posición, la velocidad y la energía. Pero, en el caso de los electrones, era difícil determinar estas variables. Los científicos sólo pudieron observar cómo cambiaban estas variables a medida que los electrones saltaban entre órbitas.
Para sortear este misterio, Heisenberg se centró en lo que realmente era observable, es decir, la frecuencia y amplitud de la luz emitida durante estos saltos. Reelaboró las leyes físicas clásicas y reemplazó cada variable separada con una tabla o matriz que representa todos los cambios posibles que podrían ocurrir. Las matemáticas eran extremadamente complicadas, pero el resultado coincidía perfectamente con lo que Bohr había observado.
Mientras tanto, Erwin Schrödinger, otro físico, adoptó un enfoque diferente. Consideró a los electrones no como simples partículas que orbitaban alrededor de un núcleo, sino como ondas electromagnéticas que se propagaban a su alrededor. Utilizando las matemáticas más simples de las ecuaciones de ondas, también pudo igualar con precisión las observaciones de Bohr. Pero hubo un inconveniente. Las ondas son difusas, pero cuando las observa un detector, los electrones son puntos o partículas claramente distintos.
¿Cómo conciliar estos modelos aparentemente incompatibles que, sin embargo, dan los mismos resultados? Un tercer pensador, Max Born, tenía la respuesta. Sostuvo que mientras los cálculos matriciales de Heisenberg explicaban los resultados de la observación de electrones, los cálculos de ondas de Schrödinger proporcionaban la probabilidad de realizar esas observaciones. Parecía que en esta nueva física cuántica, los electrones de alguna manera existían como ondas hasta que los veía un observador externo. Luego colapsan formando una punta.
Esto dio lugar a una nueva y desconcertante pregunta: ¿por qué?
Las superposiciones plantean preguntas difíciles sobre la naturaleza de la realidad.
Hay un experimento mental clásico que ilustra el confuso mundo de la física cuántica. Se trata de un gato en una caja con un dispositivo muy curioso. Cuando se activa, libera un poderoso sedante para adormecer al animal.
Ahora, digamos que el dispositivo sólo se activa por un determinado fenómeno cuántico, como la desintegración de un átomo. Además, digamos que las ecuaciones de Schrödinger dan una probabilidad de uno entre dos de que este fenómeno ocurra en cualquier punto dado. Entonces, hasta que no abrimos la caja, no sabremos si el fenómeno ha ocurrido. De alguna manera el gato está dormido y despierto.
Esto se llama superposición cuántica y ocurre cuando dos propiedades contradictorias están, en cierto sentido, ambas presentes. Es un concepto muy difícil de entender y, durante décadas, físicos y filósofos lucharon por explicar exactamente cómo funciona.
Este experimento mental, conocido como el gato de Schrödinger, ilustra un misterio central de la física cuántica. Si bien las superposiciones parecen improbables, los científicos han demostrado que realmente ocurren. Por ejemplo, ¡un solo fotón de luz puede actuar como si hubiera seguido dos caminos completamente separados! Hay explicaciones contrapuestas, a veces descritas como interpretaciones, para esta extraña realidad.
Una interpretación es la teoría de los muchos mundos. En este modelo, la idea de que el gato esté dormido y despierto se toma literalmente. Es decir, dado que la probabilidad de que ocurra el desencadenante es de una entre dos, ambos ocurren, solo que en diferentes líneas de tiempo. Tú, como observador, también existes en cada una de estas líneas de tiempo. De hecho, debido a que hay una cantidad infinita de eventos cuánticos, en realidad hay una cantidad infinita de líneas de tiempo o mundos.
Una interpretación competitiva, la teoría de las variables ocultas, evita mundos infinitos al separar la onda de Schrödinger de la propia partícula cuántica. En esta idea, la probabilidad predicha por Schrödinger existe de una manera real que aún no entendemos, aun cuando la realidad física observable sólo toma una forma. Entonces, el probable gato dormido existe en nuestro mundo, incluso si solo vemos uno despierto.
Sin embargo, una tercera interpretación, llamada bayesianismo cuántico o QBismo , es totalmente diferente. Según esta teoría, las superposiciones y las probabilidades de Schrödinger son sólo información, y además información incompleta. Cuando los observadores abren la caja y ven al gato, obtienen más información. De esta manera, el observador hace realidad a través de la observación pieza a pieza. Sin embargo, esto deja la pregunta: ¿quién es exactamente este observador?
La interpretación relacional presenta un mundo donde todo cambia.
Desde el punto de vista del profano sobre la mecánica cuántica, las superposiciones cuánticas existen hasta que llega un observador y ve lo que realmente está sucediendo. Entonces, un electrón zumba en una nube indeterminada de probabilidad hasta que llega un científico con un detector de electrones y, mediante observación, identifica su ubicación real.
Pero ¿qué hace que el científico sea tan especial? ¿ Hay algo en ella que le otorga un estatus privilegiado de observadora ? ¿Es su bata de laboratorio, su equipo técnico avanzado o su propia existencia como ser sensible capaz de ver, pensar y ser consciente?
En realidad, no es ninguna de estas cosas. En la interpretación relacional de la teoría cuántica, la observación no se trata de ver en el sentido tradicional. Realmente, cualquier tipo de interacción es una observación.
Cuando se trata de teoría cuántica, la palabra observación es un nombre poco apropiado. Implica una separación entre el mundo natural de la física y un sujeto especial, normalmente un ser humano, que de alguna manera observa este mundo desde fuera. Pero la interpretación relacional de la física cuántica destruye esta distinción. En este modelo, todas y cada una de las entidades del universo son observadas y observadoras.
Verá, el universo está lleno de una asombrosa variedad de cosas, desde fotones o partículas de luz y arco iris hasta gatos, relojes y galaxias. Ninguna de estas cosas, a veces llamadas sistemas físicos, existe de forma aislada. Están en constante interacción. Y, de hecho, son estas diversas interacciones las que dan a los sistemas físicos sus propiedades. Si algo no tuviera interacciones, no existiría en ningún sentido significativo.
De esta manera, todas las propiedades físicas, a veces llamadas información, son relacionales. Es decir, están en constante cambio, yendo y viniendo según las circunstancias. En cierto sentido, ya sabemos que esto es cierto. Una propiedad como la velocidad sólo surge a través de la relación de dos objetos. Si estás caminando en un bote, tu velocidad es diferente cuando se mide en relación con la cubierta del bote o la superficie del agua.
Imaginar el mundo como una red interminable de relaciones que crean propiedades no suena radical, pero lo es. Volvamos al gato de Schrödinger. Mientras está en la caja, el gato está dormido o despierto dependiendo de su relación con el desencadenante, pero para ti, afuera, no es ninguna de las dos cosas. Ambas cosas son ciertas porque diferentes relaciones producen diferentes realidades. Simplemente depende de qué evento relacional o marco de referencia se esté considerando.
El modelo relacional desmitifica el proceso de entrelazamiento cuántico.
Imagine dos fotones, ambos existentes en una superposición cuántica donde son rojos y azules. Al igual que el gato de Schrödinger, no podemos determinar el estado definitivo de ninguno de los dos hasta que hagamos una observación. Pero, como cada fotón tiene dos opciones, cada color tiene un 50 por ciento de posibilidades de manifestarse cuando se observa.
Enviemos uno de estos fotones a Viena y el otro a Beijing. Si echamos un vistazo al fotón de Viena, se manifestará en rojo o azul. Para este ejemplo, digamos que es rojo. Ahora, cuando observamos el fotón de Beijing, debería coincidir con el fotón de Viena aproximadamente la mitad de las veces.
Pero aquí es donde las cosas se ponen extrañas. Si el fotón de Viena es rojo, el fotón de Beijing también será rojo siempre. Este vínculo aparentemente mágico se llama entrelazamiento cuántico.
El entrelazamiento cuántico es uno de los fenómenos más extraños de la física. Cuando dos fotones se entrelazan, sus características se correlacionan o coinciden, incluso a través de distancias. Por supuesto, un par de guantes rojos también está correlacionado en el espacio: si los separas, ambos permanecen rojos. Sin embargo, un par de fotones en superposiciones rojo-azul no tienen ningún color hasta que se observan. Entonces, ¿cómo puede uno igualar al otro?
Bueno, el primer fotón podría de alguna manera enviar una señal al segundo. Sin embargo, se observa entrelazamiento a distancias donde esta señal tendría que violar la velocidad de la luz. O tal vez la pareja decida su color antes de separarse. Esta explicación también queda descartada por un complejo conjunto de ecuaciones llamadas desigualdades de Bell. Entonces, ¿qué está pasando realmente aquí? El modelo relacional puede dar algunas pistas.
Recuerde, en este modelo las propiedades sólo existen en las interacciones. Dado que ninguna entidad es capaz de observar simultáneamente los fotones de Viena y los de Beijing, cada uno de ellos no tiene propiedades reales en relación con el otro. El color rojo del fotón de Viena sólo existe en relación con los observadores en Viena. Así, para los vieneses, el fotón de Beijing, y de hecho todo lo que hay en Beijing, permanece en una superposición cuántica. Hasta que no se produzca una observación mutua, cualquier comparación carece de sentido.
Sin embargo, estos acontecimientos distantes pueden entrar en relación. Un científico en Viena puede llamar a su homólogo en Beijing. Esta interacción, u observación, proporciona información sobre el color rojo del fotón de Viena, lo que hace que el fotón entrelazado se manifieste como rojo. Por lo tanto, no existe un vínculo misterioso a través de la distancia, sino más bien una red de relaciones que conectan estos eventos y les dan sus propiedades.
La filosofía y la ciencia están profundamente entrelazadas entre sí.
Ernst Mach es probablemente el pensador más influyente del que jamás hayas oído hablar. Científico y filósofo a la vez, su don para la intuición contraintuitiva y el pensamiento provocador le valieron admiradores y detractores en muchos campos.
El revolucionario ruso Vladimir Lenin escribió críticas mordaces del trabajo de Mach. Otro revolucionario, Alexander Bogdanov, los defendió ferozmente. El aclamado novelista Robert Musil incorporó el pensamiento de Mach en su novela épica El hombre sin cualidades. Y tanto Einstein como Heisenberg dan crédito a las ideas de Mach como influencias importantes en sus propios avances.
Entonces, ¿qué nociones radicales defendió Mach para enviar tales ondas de choque a través de los mundos de la política, las artes y la física? Bueno, sugirió que el mundo estaba formado por sensaciones, una idea que tiene una curiosa resonancia con la teoría cuántica relacional.
A lo largo de los siglos XVIII y XIX, la ciencia estuvo dominada en gran medida por una premisa filosófica llamada mecanicismo. En su nivel más básico, el mecanicismo sostenía que la realidad funcionaba un poco como un reloj. El universo era un vasto contenedor vacío llamado espacio y todos los fenómenos consistían en materia que interactuaba rígidamente en este espacio.
Para Ernst, este modelo era útil pero limitante. Consideraba que el mecanismo era demasiado metafísico o abstracto. En cambio, argumentó que la ciencia debería centrarse en lo que es realmente observable, es decir, las sensaciones que ocurren cuando los elementos interactúan. Si esto le suena familiar, es porque esta idea exacta inspiró a Heisenberg a investigar las acciones de los electrones, abriendo la puerta a la teoría cuántica.
Pero las nociones de Mach tienen un alcance aún más profundo. En su concepción de la realidad, los objetos físicos no son elementos independientes que interactúan mecánicamente, sino que son estas interacciones las que producen el mundo. Y los observadores tampoco están separados de este sistema. Ellos también conocen el mundo sólo a través de las sensaciones de las interacciones. Una vez más, esta noción parece presagiar la interpretación relacional de la física cuántica, donde las propiedades no existen independientemente de su contexto.
Esto no quiere decir que Mach tuviera una comprensión profética de la mecánica cuántica. Más bien, la visión de Mach muestra la valiosa interacción entre ciencia y filosofía. Si Heisenberg hubiera ignorado a Mach y se hubiera adherido rígidamente a los principios del mecanicismo, es posible que nunca hubiera llegado a sus descubrimientos cruciales. De la misma manera, los filósofos contemporáneos pueden lidiar con los conocimientos científicos más recientes para afinar y refinar sus propias ideas sobre la realidad. Entonces, ¿cómo se ve todo esto cuando se aplica a un tema complicado como la conciencia? Lo examinaremos en el próximo apartado.
Considerar las relaciones y correlaciones puede arrojar luz sobre cómo funciona la mente.
Dedique unos momentos a navegar por Internet y verá conceptos cuánticos aplicados o, más exactamente, mal aplicados de innumerables maneras creativas. Los gurús hablan de espiritualismo cuántico, los médicos estafadores anuncian la curación cuántica y los empresarios tecnológicos ensalzan todo tipo de tonterías cuánticas.
Parece que la extrañeza inherente a la física cuántica tiene una forma de despertar la imaginación. Pero ¿puede la teoría cuántica arrojar luz sobre las grandes cuestiones de la vida? ¿Puede explicar el amor, dilucidar el origen de la belleza y la verdad o dar sentido a la existencia?
No exactamente. Pero aplicar los conceptos de la teoría cuántica relacional a una cuestión como la naturaleza de la conciencia puede abrir nuevos caminos para la investigación y la indagación.
En general, la filosofía ofrece tres modelos principales para la mente humana. Existe el dualismo, donde la mente existe como una entidad separada, casi espiritual, del cuerpo y la naturaleza. Está el idealismo, donde la mente abarca y da cuenta de toda la realidad. Y está el materialismo ingenuo, donde los fenómenos mentales son sólo el resultado de procesos físicos brutos.
La teoría cuántica relacional puede ofrecer una explicación ligeramente diferente de la mente. Para entenderlo, es útil pensar en el significado. Para la cognición humana, el significado es extremadamente importante. Vemos señales, leemos palabras o tenemos pensamientos; estos significan algo porque se refieren o significan algo externo en el mundo real. El filósofo alemán Franz Brentano llama a este proceso intencionalidad y es la forma en que nos comunicamos entre nosotros y navegamos por la realidad.
Pero ¿cómo surge la intencionalidad? Una respuesta es a través de información relativa relevante. La información relativa es una correlación que surge cuando dos sistemas se relacionan. Entonces, detectar una roca que cae crea información relativa al correlacionar un objeto externo, la roca, con un estado interior, y el cerebro determina su descenso. Esta información se vuelve relevante porque determina la reacción de tu cuerpo, es decir, apartarse del camino.
En este escenario, la información generada por las relaciones entre exterior e interior produce intencionalidad: la visión de una roca que cae significa peligro y te mueves para evitarlo. Por supuesto, esta explicación sólo describe los procesos físicos que tienen lugar entre varios sistemas. No dice nada sobre tu experiencia individual al esquivar una roca. Explicar cómo surge una experiencia tan subjetiva es más complicado. A esto se le llama el “problema difícil” de la conciencia y sigue siendo un tema abierto de debate.
Estudiar física cuántica puede ayudarnos a ver el mundo de nuevas maneras.
Cuando miras a un gato, ¿qué ves realmente?
Bueno, en el modelo tradicional de vista, la percepción consiste en absorber información. Los fotones rebotan en la forma, el pelaje y los bigotes del gato y entran en tus ojos. Tus retinas procesan la luz en una señal y la envían a tu cerebro. Finalmente, tus neuronas interpretan la señal en la imagen de un lindo gatito.
Pero eso no es exactamente correcto. En realidad, su cerebro predice lo que deberían ver los ojos. Los ojos todavía captan luz pero sólo transmiten señales que entran en conflicto con esta imagen preexistente. Estas discrepancias entre lo que esperamos y lo que detectamos son la información crucial que utilizamos para darle sentido al mundo externo.
Esta segunda explicación de la vista, donde el cerebro juega un papel protagónico y primario, proviene de un concepto llamado modelo de conciencia proyectiva. En esta teoría, la conciencia surge del cerebro que refina constantemente sus ideas preconcebidas y representaciones mentales contra los datos recopilados por nuestros sentidos. De esta manera, nuestra interpretación de la realidad es una “alucinación confirmada” que se actualiza y evoluciona constantemente.
En cierto modo, la ciencia funciona según los mismos principios. La humanidad sueña una visión de cómo funciona el mundo y luego, a través de la experiencia y la experimentación, encontramos todas las formas en que la realidad se aleja de estos modelos y los desafía. Por supuesto, mientras nuestro cerebro realiza este proceso en una fracción de segundo, la ciencia lo hace mucho más lentamente. El ciclo de pruebas y refinamiento es un esfuerzo colectivo que abarca generaciones.
Nuestras teorías de la física cuántica, incluida la interpretación relacional, no son más que el último resultado de este proceso en curso. Actualmente, nos dan la imagen más precisa de la realidad según lo que podemos observar, cartografiar y medir. Sin embargo, es una imagen muy extraña.
La física cuántica relacional presenta un mundo donde no existen cosas estáticas y estables. En lugar de entidades concretas que interactúan en el espacio, toda la realidad es una red de interacciones donde los eventos convergen y se disuelven en una espuma interminable. Tampoco estamos al margen de este torbellino de relaciones. Incluso nuestra propia identidad, o subjetividad, es producto de este continuo aluvión de correlaciones. Ver el mundo de esta manera puede parecer peculiar, incluso psicodélico, pero por ahora, esta alucinación ha sido confirmada y deberíamos ver a dónde nos lleva a continuación.
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