Un nuevo principio ayudaría a explicar por qué la naturaleza es cuántica

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Como sucede con los niños pequeños, los científicos siempre se hacen la pregunta de por qué. La respuesta que tienen que resolver es por qué la naturaleza escoge a la física cuántica como una forma sensible de comportamiento.

Sabemos que las cosas que siguen las leyes de la mecánica cuántica, como los átomos, los electrones o los fotones que hacen la luz, están llenos de sorpresas. Pueden existir en más de un lugar al mismo tiempo, por ejemplo, o existir en un estado compartido donde las propiedades de dos partículas muestran lo que Einstein llamaba una misteriosa acción a distancia, sin importar la separación física. Debido a que todo esto ha sido confirmado a través de experimentos, los investigadores están seguros de que la teoría es correcta.

Pero aún sería más fácil de tragar si se pudiera demostrar que la física cuántica surgió a partir de principio subyacentes intuitivos.

Una manera de aproximarse a este problema es imaginar a todas las teorías que uno podría abordar para describir la naturaleza, y luego averiguar qué principios ayudan a destacar la física cuántica.

La Teoría Especial de la Relatividad afirma que nada puede viajar más rápido que la luz. Sin embargo, esto no es suficiente para definir a la física cuántica como la única manera en que la naturaleza se puede comportar. Corsin y Stephanie piensan que han llegado a un nuevo principio útil. “Hemos encontrado un principio que es muy bueno para descartar otras teorías”.

En corto: el principio que debe ser asumido es que si una medición no da información, entonces el sistema que está siendo medido no debe ser perturbado.

La física cuántica acepta que ganar información de los sistemas cuánticos causa perturbación. Corsin y Stephanie sugieren que en un mundo sensible lo opuesto debe ser verdad. Si no aprendes nada luego de medir un sistema, entonces tampoco lo puedes perturbar.

Podemos considerar la famosa paradoja del gato de Schrodinger que es un experimento mental en donde un gato puede existir simultáneamente en dos estados posibles: vivo y muerto (esto es conocido como superposición cuántica). De acuerdo con dicha teoría, es posible que el gato se encuentre simultáneamente vivo y muerto. El verdadero estado del gato se conocerá (se sabrá a ciencia cierta) una vez que la caja sea abierta.

Cuando la caja está abierta, permitiendo así conocer la salud del gato, la superposición colapsa y el gato termina definitivamente vivo o muerto. Y es que el solo hecho de hacer una medición, de observar al gato, hace que su estado sea perturbado.

Ésta es una propiedad general de los sistemas cuánticos. Hacer una medición de la que no puedes saber el resultado de antemano, hará que el resultado cambie para que coincida con el resultado que se obtiene. ¿Qué sucede si miras por segunda vez? Los investigadores asumen que el sistema no evoluciona con el tiempo y que no puede ser afectado por ninguna influencia externa, lo que significa que el estado cuántico permanece colapsado. Entonces esperarías que la segunda medición obtendría el mismo resultado que la primera. Después de todo, “si tu miras dentro de la caja y encuentras un gato muerto, no esperarías volver a mirar después y ver al gato que ha resucitado”, afirma Stephanie. “Se podría decir que hemos formalizado los principios de la aceptación de los hechos”.

Corsin y Stephanie muestran que este principio excluye varias teorías de la naturaleza. Hacen notar que, particularmente, una clase de teorías que llaman “discretas” son incompatibles con el principio. Estas teorías sostienen que las partículas cuánticas pueden tomar solamente un número finito de estados, en lugar de escoger entre un infinito número de posibilidades. La posibilidad de un espacio de estado discreto ha estado ligado con las teorías de gravedad cuántica proponiendo la misma discrecionalidad en el espacio-tiempo, donde la fábrica del universo está hecha por una especie de ladrillos en lugar de ser una suave y continua sábana.

Los investigadores admiten que todavía están muy lejos de responder a la pregunta de por qué, ya que teorías que no nos como la mecánica cuántica, incluyendo a la física clásica, son compatibles con el principio.

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Traducido y editado por Julio García.

Referencia: Phys.org

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