100 años después, los físicos siguen sin entender del todo a la mecánica cuántica

La teoría de la mecánica cuántica ha transformado la vida cotidiana desde que se propuso hace un siglo. Sin embargo, su funcionamiento sigue siendo un misterio, y los físicos están profundamente divididos sobre lo que realmente está sucediendo, según una encuesta publicada el miércoles en la revista Nature.

“¡Cállate y calcula!” es una famosa frase de la física cuántica que ilustra la frustración de los científicos que luchan por desentrañar una de las grandes paradojas del mundo.

Durante el último siglo, las ecuaciones basadas en la mecánica cuántica han descrito de forma consistente y precisa el comportamiento de objetos extremadamente pequeños. Sin embargo, nadie sabe qué sucede en la realidad física tras las matemáticas.

El problema comenzó a principios del siglo XX, cuando los científicos se dieron cuenta de que los principios clásicos de la física no se aplicaban a las cosas a nivel atómico.

Sorprendentemente, los fotones y los electrones parecen comportarse como partículas y como ondas. También pueden estar en diferentes posiciones simultáneamente y tener distintas velocidades o niveles de energía.

En 1925, el físico austriaco Erwin Schrödinger y el alemán Werner Heisenberg desarrollaron un conjunto de complejas herramientas matemáticas que describen la mecánica cuántica mediante probabilidades. Esta “función de onda” permitió predecir los resultados de las mediciones de una partícula.

Estas ecuaciones propiciaron el desarrollo de una enorme cantidad de tecnología moderna, como láseres, luces LED, escáneres de resonancia magnética y los transistores utilizados en computadoras y teléfonos. Pero la pregunta persistía: ¿qué sucede exactamente en el mundo más allá de las matemáticas?

Un gato confuso

Para conmemorar el centenario de la mecánica cuántica, muchos de los físicos más destacados del mundo se reunieron el mes pasado en la isla alemana de Heligoland, donde Heisenberg escribió su famosa ecuación.

Más de 1,100 de ellos respondieron a la encuesta realizada por Nature. Los resultados mostraron que existe una “sorprendente falta de consenso entre los físicos sobre lo que la teoría cuántica dice sobre la realidad”, según declaró Nature. Más de un tercio (36%) de los encuestados se inclinó por la teoría más aceptada, conocida como la interpretación de Copenhague.

En el mundo clásico, todo tiene propiedades definidas, como la posición o la velocidad, ya sea que lo observemos o no. Pero este no es el caso en el ámbito cuántico, según la interpretación de Copenhague desarrollada por Heisenberg y el físico danés Niels Bohr en la década de 1920.

Solo cuando un observador mide un objeto cuántico, este se establece en un estado específico entre las opciones posibles, según la teoría. Esto se describe como el “colapso” de su función de onda en una sola posibilidad.

La representación más famosa de esta idea es el gato de Schrödinger, que permanece simultáneamente vivo y muerto en una caja hasta que alguien mira dentro.

La interpretación de Copenhague “es la más simple que tenemos”, declaró el físico brasileño Decio Krause a Nature tras responder a la encuesta.

A pesar de los problemas de la teoría, como no explicar por qué la medición tiene este efecto, las alternativas “presentan otros problemas que, en mi opinión, son peores”, afirmó.

Entrando al multiverso

Pero la mayoría de los físicos apoyó otras ideas. El 15% de los encuestados optó por la interpretación de los “muchos mundos”, una de las varias teorías de la física que proponen que vivimos en un multiverso.

Esta teoría afirma que la función de onda no colapsa, sino que se ramifica en tantos universos como resultados posibles. Así pues, cuando un observador mide una partícula, obtiene la posición de su mundo, pero esta se encuentra en todas las demás posiciones posibles a lo largo de muchos universos paralelos.

“Requiere un reajuste drástico de nuestras intuiciones sobre el mundo, pero para mí eso es justo lo que deberíamos esperar de una teoría fundamental de la realidad”, afirmó el físico teórico estadounidense Sean Carroll en la encuesta.

Los expertos cuánticos se mostraron divididos respecto a otras grandes cuestiones que enfrenta el campo.

¿Existe algún tipo de límite entre el mundo cuántico y el clásico, donde las leyes de la física cambian repentinamente? El 45 % de los físicos respondió afirmativamente a esta pregunta, y el mismo porcentaje respondió negativamente. Solo 24 % afirmó estar seguro de que la interpretación cuántica elegida era correcta. Y tres cuartas partes creían que algún día sería reemplazada por una teoría más completa.