Helgoland por Carlo Rovelli

Contexto

Helgoland se refiere a un archipiélago en el Mar del Norte donde, en 1925, Heisenberg formuló sus ideas sobre la física cuántica. Esta perspectiva difería de la de Schrödinger que posteriormente dominó la física. En esta explicación, cada partícula tiene una onda asociada que puede interferir consigo misma. La característica de esta onda es la probabilidad de encontrar una partícula en un punto del espacio. Sin embargo, al medir la posición de la partícula, la onda colapsa sobre sí misma en el punto de medición. La partícula no se encuentra en ningún estado hasta que se mide, lo que implica que la física cuántica es probabilística e indeterminista.

El problema con la física cuántica no es que la teoría discrepe de los experimentos. Todos los experimentos coinciden con la interpretación de Copenhague. Es la filosofía la que no cuadra. Los investigadores han propuesto la teoría alternativa de los "mundos múltiples", que argumenta que el universo es una única función de onda en evolución y que no hay colapso.

Rovelli se inspiró en la teoría de la relatividad de Einstein para proponer una nueva interpretación de la física cuántica. Argumenta que las propiedades ondulatorias se deben simplemente a la falta de conocimiento del observador sobre el sistema. No es absoluto, por lo que diferentes observadores tienen información diferente y, por lo tanto, diferentes interpretaciones del sistema cuántico. Sin embargo, si los observadores comparten su información, deberían estar de acuerdo. Aplicado al gato de Schrödinger, Rovelli afirma que el gato dentro de la caja siempre sabrá si está vivo gracias a su propia información. El investigador fuera de la caja desconoce el estado actual del gato, que se muestra en un patrón de interferencia de ondas. Al abrir la caja, el gato y el investigador estarán de acuerdo sobre el estado del gato.

El enfoque relacional de Rovelli es similar al de Heisenberg, quien formuló la física cuántica como una serie de relaciones entre objetos. Esto reduce la física a las relaciones entre objetos. La física cuántica relacional resuelve la cuestión del observador, la medición y el colapso de la función de onda al afirmar que todo es un observador. La medición es cualquier proceso que comparte información entre observadores. La función de onda deja de ser un proceso físico ya que, al ser medida, no existe una onda física que cambie su comportamiento. Se convierte en una manifestación del intercambio de información entre observadores.

La mecánica cuántica relacional no puede probarse experimentalmente, pero concuerda con lo que ya se sabe en los modelos existentes.

Comentario

Helgoland: Dando sentido a la revolución cuántica se publicó por primera vez en italiano en 2020.

Heisenberg

En 1925, Werner Heisenberg viajó a Helgoland para aliviar sus ataques de fiebre del heno. Allí comenzó a cuestionar el modelo clásico de la física. Reconoció que los electrones no encajaban en ese modelo de variables fijas y mensurables, ya que se comportaban de forma impredecible, moviéndose entre estados de energía específicos.

Al mismo tiempo, Erwin Schrödinger imaginó los electrones como ondas, una interpretación diferente. Ambos describieron con precisión el comportamiento atómico, lo que condujo a la necesidad de nuevas reglas cuánticas.

Superposiciones

Las nociones tradicionales de la realidad fueron revolucionadas por el experimento mental del gato de Schrödinger, donde se producen estados contradictorios. En la mecánica cuántica, un fotón puede existir en múltiples estados hasta ser observado, lo que requirió nuevas interpretaciones. Las teorías de los 'múltiples mundos' y de las variables ocultas buscan responder a estas paradojas.

Interpretación relacional

La mecánica cuántica ha sugerido que el observador reduce las probabilidades a medidas concretas. La interpretación relacional del autor argumenta que las interacciones configuran la realidad, no solo la observación. Esta hipótesis sostiene que ninguna entidad existe aisladamente; las propiedades surgen de las interrelaciones. Por ejemplo, la velocidad está relacionada con un punto de referencia. En el caso del gato de Schrödinger, su estado se define por la situación dentro de la caja; el observador externo lo ve en superposición porque no hay interacción.

Dado que la teoría relacional se centra en las relaciones en lugar de en las cualidades fijas, muestra que el universo está en constante cambio. Esto lleva a la conclusión filosófica de que no existen verdades universales, solo realidades contextualizadas.

Entrelazamiento

En el entrelazamiento, cuando se mide una partícula afecta inmediatamente el estado de su partícula emparejada, no importa la distancia entre ellas.

La interpretación relacional de este fenómeno explica que el entrelazamiento es la aparición de propiedades mediante la interacción. Las partículas no tienen estados definidos hasta que un observador interactúa con ellas. Son las relaciones, no las propiedades aisladas, las que impulsan los comportamientos a nivel cuántico.

Filosofía y pensamiento cuántico

Ernst Mach ya había presentado ideas contra el universo mecanicista antes de las ideas cuánticas de Heisenberg. Afirmó que la ciencia debería describir lo observable, en lugar de teorizarlo en abstracción. Heisenberg aplicó estos principios al estudio de los electrones. Esta integración de la filosofía y la física demuestra cómo el pensamiento interdisciplinario puede propiciar avances.

El problema difícil de la conciencia

El problema difícil de la conciencia tiene sus raíces en el racionalismo cartesiano y la cuestión mente/materia. Trata sobre cómo explicar que una entidad física como el cerebro pueda producir ideas no físicas.

Si pensamos en términos de procesos, eventos, propiedades relativas, en un mundo de relaciones, la brecha entre los fenómenos físicos y los fenómenos mentales es mucho menos dramática. Forma un puente entre la física y la conciencia.

La teoría cuántica relacional sostiene que la mente interpreta la realidad mediante conexiones entre la conciencia interna y los eventos externos. Si ves caer una piedra enorme, tu cerebro construye el mensaje: ¡peligro! Esta capacidad de vincular la percepción con la acción es la base de la cognición. Explica el proceso físico, pero no dice nada sobre la experiencia de la conciencia ni su naturaleza, que es el problema difícil.

Ver la realidad de otra manera

La investigación científica sugiere que la vista no es un receptor pasivo de luz, sino un proceso activo en el que el cerebro predice lo que espera. La cuántica relacional sostiene que la percepción se basa en la interpretación de las discrepancias entre las predicciones y los datos recibidos. Trata la realidad no como una verdad estática, sino como una red dinámica de interacciones. Redefinimos nuestra comprensión de la realidad de forma constante. El proceso es tan importante como las conclusiones a las que llegamos.

Incertidumbre y probabilidad

A diferencia de la física clásica, cuyos resultados parecían predecibles, ya que las variables podían determinar la conclusión, la mecánica cuántica introdujo la incertidumbre como una característica principal del universo. El principio de incertidumbre de Heisenberg afirma que no se puede medir con precisión la posición y el momento de una partícula al mismo tiempo. Esto sustituyó el universo predecible de Newton por un mundo basado en probabilidades, no en certezas.

Experimentación

La física cuántica va más allá de los hechos para revelar cómo pensamos. El progreso científico se logra mediante la experimentación y la revisión de creencias y suposiciones previas. Esto dinamiza un enfoque indagatorio que busca conectar disciplinas.

Temas

La naturaleza de la realidad

Rovelli rechaza la distinción tradicional entre observador y observado. Argumenta que la realidad en el ámbito cuántico no es estática, sino una cuestión de relaciones, definidas por sus interacciones. Esto se basa en la visión de la mecánica cuántica de que las partículas no tienen propiedades definitivas hasta que se miden. Esto ilustra que tanto el observador como el acto de observación desempeñan un papel central en la configuración de la realidad. Esto nos anima a cuestionar la suposición de que existe una realidad objetiva, aislada de nuestra percepción y cognición. 

Entrelazamiento

Entendido dentro de la visión interconectada del universo de Rovelli, el entrelazamiento, donde dos partículas se vinculan en un estado dependiente a distancia, da testimonio de la no localización de la realidad. Difumina los límites de la existencia independiente y conecta con las tradiciones filosóficas que subrayan la unidad de todas las cosas. Einstein describió el entrelazamiento como:

"Acción espeluznante a distancia".

Sin embargo, desde el punto de vista de Rovelli, el entrelazamiento tiene menos que ver con partes aisladas y más con una visión holística en la que la influencia existe en un campo amplio.

Metáfora

En la hipótesis del autor, el universo no es un gran escenario, sino una conversación cósmica compuesta por numerosas interacciones locales. Este cambio radical implica imaginar la materia y la energía no como entidades separadas, sino como elementos de una red de interrelaciones dinámicas. Esto afecta nuestra manera de abordar las cuestiones de conciencia,, identidad y existencia. Si nuestra comprensión del universo se basa en relaciones, nuestras experiencias pueden interpretarse como fundamentalmente conectadas con el cosmos. 

Fluidez

Filosóficamente, la teoría de la interconexión de Rovelli promueve una perspectiva fluida de la realidad que resiste la tentación actual de las certezas y las definiciones estáticas. Se inscribe en la tradición de Heráclito , quien planteó la hipótesis de que el equilibrio natural del cosmos se encontraba en constante cambio: « panta rei » (todo fluye).

El enfoque de Rovelli también estimula la visión de que nuestras percepciones están moldeadas por las interacciones y el entrelazamiento con el cosmos.