¿Por qué más físicos comienzan a pensar que el espacio y el tiempo son «ilusiones»?

El pasado mes de diciembre se otorgó el Premio Nobel de Física por la confirmación experimental del entrelazamiento, un fenómeno cuántico conocido desde hace más de 80 años. Como Albert Einstein y sus colegas imaginaron en 1935, los objetos cuánticos pueden interconectarse misteriosamente incluso si están separados por grandes distancias. Pero por extraño que sea el fenómeno, ¿por qué una idea tan antigua merece el premio más prestigioso de la física?

Coincidentemente, apenas unas semanas antes de la entrega de los nuevos premios Nobel en Estocolmo, un grupo de destacados científicos de Harvard, MIT, Caltech, Fermilab y Google anunciaron que habían implementado 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 espacio que pueden actuar como un atajo a través del espacio y el tiempo y son amados por los fanáticos de la ciencia ficción, y aunque el túnel realizado en este último experimento solo existe en un espacio de juguete bidimensional, podría ser un gran avance para el futuro. . investigación a la vanguardia de la física.

Pero, ¿por qué el entrelazamiento está relacionado con el espacio y el tiempo? ¿Y cómo podría ser importante en futuros avances en física? Bien entendido, el entrelazamiento implica que el universo es «monista», como lo llaman los filósofos, que en el nivel más básico, todo en el universo es parte de un todo único y unificado. Es una propiedad definitoria de la mecánica cuántica que la realidad subyacente se describe mediante ondas, y un universo monista requeriría una función universal. Hace ya varias décadas, investigadores como Hugh Everett y Dieter Zeh demostraron cómo nuestra realidad cotidiana podría surgir de una descripción mecánica cuántica tan universal. Pero solo ahora investigadores como Leonard Susskind o Sean Carroll están desarrollando ideas sobre cómo esta realidad cuántica oculta puede explicar no solo la materia, sino también la estructura del espacio y el tiempo.

El entrelazamiento es mucho más que otro extraño fenómeno cuántico. Es el principio operativo de 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 la realidad clásica. Es literalmente el pegamento y creador de mundos. El entrelazamiento se refiere a objetos compuestos por dos o más componentes y describe lo que sucede cuando se aplica el principio cuántico «todo lo que puede suceder, en realidad sucede» a tales objetos compuestos. En consecuencia, un estado enredado es la superposición de todas las combinaciones posibles en las que los componentes de un objeto compuesto pueden disponerse para producir el mismo resultado global. Una vez más, es la naturaleza ondulatoria del dominio cuántico lo que puede ayudar a ilustrar cómo funciona realmente el entrelazamiento.

Imagina un mar cristalino y en perfecta calma en un día sin viento. Ahora pregúntese, ¿cómo puede ocurrir tal patrón en dos patrones de onda separados? Una posibilidad es que la superposición de dos superficies completamente planas nuevamente resulte en un resultado completamente plano. Pero otra posibilidad que podría crear una superficie lisa es si dos patrones de onda idénticos, desplazados por medio ciclo de oscilación, se superponen entre sí, de modo que las crestas de onda de un patrón cancelen las crestas de onda del otro, y viceversa. . Si simplemente observáramos el océano vítreo como el producto combinado de dos oleajes, no habría forma de discernir los patrones de los oleajes individuales. Lo que suena perfectamente ordinario cuando hablamos de ondas tiene las consecuencias más extrañas cuando se aplica a realidades en competencia. Si tu vecino te dice que tiene dos gatos, uno vivo y otro muerto, significará que el primero o el segundo están muertos y el otro gato está vivo, respectivamente, será extraño y repugnante. manera de describir a sus mascotas, y es posible que no sepa cuál tiene suerte, pero obtendrá la deriva del vecino. No es así en el mundo cuántico. En la mecánica cuántica, la misma declaración implica que los dos gatos se fusionan en una superposición de eventos, incluido el primer gato vivo y el segundo muerto, y el primer gato muerto mientras el segundo está vivo, pero también posibilidades donde ambos gatos están. están medio vivos y medio muertos, o el primer gato tiene un tercio de vida y el segundo gato suma dos tercios de vida. En los gatos gemelos cuánticos, los destinos y condiciones de los animales individuales se disuelven por completo en el estado del todo. Asimismo, no hay objetos separados en el universo cuántico. Todo lo que es se funde en el Uno.

El entrelazamiento cuántico abre un área vasta y completamente nueva para que exploremos. Establece una nueva base para la ciencia y da un vuelco a nuestra búsqueda de una teoría del todo para 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 solo es realista, sino que ya lo están haciendo. Los principales investigadores de la gravedad cuántica han comenzado a repensar el espacio-tiempo como consecuencia del entrelazamiento. Un número creciente de científicos ha llegado a basar sus investigaciones en la indivisibilidad del universo. La esperanza es que al seguir este enfoque, finalmente puedan comprender qué son realmente el espacio y el tiempo, en lo profundo del núcleo.

Ya sea que el espacio esté conectado por entrelazamiento, la física se describa mediante objetos abstractos más allá del espacio y el tiempo, o mediante el espacio de posibilidades representado por la función de onda universal de Everett, o todo en el universo se remonte a un solo objeto cuántico; compañía monista En la actualidad, es difícil juzgar cuáles de estas ideas influirán en el futuro de la física y cuáles eventualmente desaparecerán. Curiosamente, aunque las ideas a menudo se desarrollaron originalmente en el contexto de la teoría de cuerdas, parecen haber superado a la teoría de cuerdas y las cuerdas ya no juegan un papel en la investigación más reciente. Un tema común ahora parece ser que el espacio y el tiempo ya no se consideran fundamentales. La física moderna no comienza con el espacio y el tiempo para continuar las cosas frente a este trasfondo preexistente. En cambio, el espacio y el tiempo en sí mismos se ven como productos de una realidad proyectada más fundamental. Nathan Seiberg, un destacado teórico 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. Estos son conceptos simples que serán reemplazados por algo más complejo. Además, el entrelazamiento juega un papel fundamental en la mayoría de los escenarios que sugieren espaciotiempos emergentes. Como señala el filósofo de la ciencia Rasmus Jaksland, esto implica en última instancia que ya no hay objetos separados en el universo; que todo está conectado con todo lo demás; Pero aquellos que estén dispuestos a dar este paso pueden tener que buscar en el enredo para encontrar la conexión fundamental con la que hacer posible este mundo (y quizás todos los demás). Así, cuando el espacio y el tiempo desaparecen, emerge el Uno unificado.

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Por el contrario, desde la perspectiva del monismo cuántico, consecuencias tan asombrosas como la gravedad cuántica no son descabelladas. Ya en la teoría general de la relatividad de Einstein, el espacio ya no es una fase estática; más bien, surge de las masas y la energía de la materia. Como decía el filósofo alemán Gottfried W. Desde el punto de vista de Leibniz, describe el orden relativo de las cosas. Si ahora, de acuerdo con el monismo cuántico, solo queda una cosa, no queda nada que arreglar u ordenar y, en última instancia, ya no hay necesidad de describir el concepto de espacio en este nivel más fundamental. Es «Uno», un único universo cuántico que crea el espacio, el tiempo y la materia.

«GR=QM», afirmó audazmente Leonard Susskind en una carta abierta a los investigadores en ciencia de la información cuántica. la relatividad general no es más que la mecánica cuántica, una teoría centenaria que se ha aplicado a todo tipo de cosas con gran éxito, pero que en realidad nunca sucedió. entendido completamente. Como ha señalado Sean Carroll, «Quizás la cuantización de la gravedad estaba equivocada y el espacio-tiempo estaba oculto en la mecánica cuántica». Para el futuro, “en lugar de cuantificar la gravedad, tal vez deberíamos tratar de gravitar la mecánica cuántica. O, más exactamente, pero de forma menos evocadora, «encontrar la gravedad dentro de la mecánica cuántica», sugiere Carroll en su blog. De hecho, parece que si la mecánica cuántica se tomara en serio en primer lugar, si se entendiera como una teoría que no tiene lugar en el espacio y el tiempo sino en una realidad proyectada más fundamental, hay muchos callejones sin salida en la investigación. la gravedad cuántica podría evitarse. Si tuviéramos que afirmar las implicaciones monistas de la mecánica cuántica, el legado de una filosofía de tres mil años abrazada en la antigüedad, perseguida en la Edad Media, revivida en el Renacimiento y falsificada en el Romanticismo, Everett todavía. y Zeh los señaló, en lugar de apegarnos a la interpretación pragmática de la mecánica cuántica como una herramienta del influyente pionero cuántico Niels Bohr, estaríamos más avanzados en el camino para desentrañar los cimientos de la realidad.

Adaptado Uno. Cómo una idea antigua sostiene el futuro de la física Por Heinrich Pess. Derechos de autor © 2023. Disponible en Basic Books, un sello de Hachette Book Group, Inc.