INTUICIÓN CUÁNTICA

 

La física cuántica desafía, por una parte, nuestra intuición física sobre cómo se supone que funciona el mundo puesto que los objetos resisten fundamentos clásicos relacionados con "posición" y "velocidad" debido a que las partículas son ondas, es decir, tienen una naturaleza ondulatoria y estas ondas son partículas que están codificadas en un objeto puramente matemático llamado función de onda que se puede convertir en probabilidades de valores de cantidades observables, a pesar de que el acto de observar parece cambiar el sistema observado (Becker, 2014)[1] y, por la otra, nuestro sentido común, además de lo indicado, queda afectado por el hecho de que todos los conceptos de objetos clásicos con identidades bien definidas parecen no existir (Ballis, 2022)[2].

Estos objetos puramente matemáticos, que son de naturaleza intuitiva, no nos dicen realmente qué es verdadero o falso, sino más bien la intuición nos dice, por una parte, qué no es falso y qué no es verdadero y, por la otra, lo que es incierto. La incertidumbre, en este contexto, juega in importante papel cuando hablamos de intuición y, por lo tanto, la sabiduría y la intuición cuántica tienden a respetar los límites tanto del conocimiento clásico como de la razón. Si bien nuestro universo es entendido de manera causal, es infinito y no sabemos hasta qué punto es divisible. Por lo tanto, el futuro puede ser tendencialmente predecible, así como el libre albedrio. Así pues, en el conocimiento clásico no trata realmente de lo que es verdadero, más bien trata de lo que no es falso. De la misma manera, no razonamos concluyendo que algo es falso, razonamos que algo simplemente no es cierto. Desde este ángulo de análisis se puede afirmar que entre el conocimiento clásico y la razón se encuentra la intuición cuántica y la sabiduría, consecuentemente, la sabiduría reúne todo el conocimiento clásico, la razón y la intuición cuántica como lo que se puede conocer. Aunque esta última apenas inicia su navegación hacia profundidades aun insondables.

Fuera del ámbito de lo que podemos saber, como veremos, se encuentra lo incognoscible cuántico que es diferente de las cosas que son simplemente inciertas y que simplemente no conocemos pero que posiblemente podamos conocer. Esto ha hecho necesario correlacionar retrocausalmente la "localidad", es decir, el hecho de que las partículas distantes necesitan un mediador físico para interactuar y el "realismo", o sea, la condición de existencia de un estado de cosas objetivo que subyace a nuestra experiencia  

Esta situación nos plantea la necesidad de examinar los conceptos de intuición y sentido común a la luz de la física moderna, para finalmente examinar la retrocausalidad como una de sus respuestas.

La intuición en la física cuántica

Para Kant en su Crítica de la Razón Pura la intuición es una forma mental no-lógica y no-conceptual de representación con la cual nuestra conciencia captura los fenómenos mentales que aparecen en el mundo físico. Esta captura sirve parcialmente para idealizar contenidos conceptuales y parcialmente para hacerlos rendir estos de forma concreta como conocimiento cierto[3]. Esta representación es a su vez coexistente y sucesiva. En el primer caso, la intuición es espacial, mientras que en el segundo es temporal. Al ejecutar este proceso, la intuición cumple la función semántica de dar sentido y significado a los conceptos formales que son producidos. La importancia de Kant, en este contexto, obedece al hecho de que la mecánica cuántica se apoyó en sus inicios en un lenguaje neo-kantiano.

Esta intuición que es física se desarrolla en los seres vivos desde su nacimiento, así como también la noción de que los objetos que capta permanecen. Esto es algo que va en contra de la interpretación clásica de la mecánica cuántica según Copenhague en el sentido que no se puede afirmar que un objeto tenga propiedades definidas hasta el momento en que se observa[4]. Con respecto a Kant, Niels Bohr y Werner Heisenberg exigieron que la teoría cuántica abstracta fuese interpretada intuitivamente mediante descripciones clásicas complementarias de los fenómenos observados. Esta interpretación descansa en el principio de correspondencia establecido por Bohr que, en principio, dio sentido y significado a la teoría cuántica abstracta que se estaba construyendo. Pero, dado que la física actual no tiene fundamentos axiomáticos consistentes, los principios de Bohr han sido considerados como un principio puente para dar una interpretación física de los estados de la mecánica cuántica teniendo como fundamento las magnitudes clásicas. Con ello Bohr generó una brecha que aún permanece a pesar de los esfuerzos en contrario entre los mundos de la física cuántica y el mundo clásico, que ha sido tratada de cerrar, porque según él operaban de acuerdo con principios bastante diferentes. Igual sucedió en el caso de los diagramas de Richard Feynman de la teoría cuántica de campos, en el sentido que la intuición simplemente hace comprensible un cálculo teórico complejo por medio de la representación icónica. Estos hechos han dificultado la construcción de una teoría de la intuición cuántica.

Corsiglia, G., Pollock, S, y Passante, G. (2023) han establecido, al respecto, cuatro categorías que pueden explicar la intuición desde un enfoque cuántico[5]. Estas no son mutuamente excluyentes. Veamos,

·         Las intuiciones como barreras para la comprensión o la resolución de problemas parten de la consideración de que el razonamiento consta de dos modos: un proceso intuitivo “rápido” y un proceso “lento”, deliberado o racional.

·      La intuición como meta para la instrucción a partir del sentido común o pensamiento "cotidiano".

·         La intuición como una categoría ontológica específica de conocimiento o un tipo de proceso de pensamiento que es observada a partir de la caracterización o definición del pensamiento intuitivo o el conocimiento intuitivo desde un enfoque fenomenológico teniendo presente ideas fundamentales e intuitivas o patrones de pensamiento desde los cuales se puede obtener más información y se puede construir conocimiento sistemático.

·   La intuición como categoría epistemológica que la considera como parte del conocimiento o un tipo de proceso de pensamiento. Desde esta perspectiva, las opiniones sobre intuición científica expresada por científicos generalmente apuntan a cuatro orientaciones específicas, es decir,: (a) a afirmar que la intuición científica existe como un proceso distinto del pensamiento analítico; (b) al uso de la palabra “intuición” para describir la capacidad de una persona para detectar algo que sucede (p. ej., ser golpeado por la intuición) o para obtener un resultado (p. ej., tener una intuición); (c) a creer que la intuición se puede desarrollar a través de la experiencia, pero que a algunos les resulta más natural; y (d) a considerar que la intuición es algo que uno puede sentir o experimentar.

Teniendo presente que estos cuatro intentos de explicar la intuición en la física cuántica, el origen último de la dificultad generada por la brecha producida entre el mundo de la física cuántica y el mundo clásico radica en el hecho (o principio filosófico) de que nos vemos obligados a usar las palabras del lenguaje común, como nos lo indicó Bohr, cuando deseamos describir un fenómeno cuántico, no por análisis lógico o matemático, sino por una imagen que apela a la imaginación. Pero como el lenguaje común ha evolucionado con la experiencia cotidiana y nunca ha podido sobrepasar estos límites, debemos tener presente que los físicos han estado alterando la intuición desde hace muchísimo tiempo y los individuos que deseen aprender física moderna deben recapitular personalmente acerca del proceso de descubrimiento e invención acaecido al menos desde la época del renacimiento desde una perspectiva europea. Esto nos lleva al sentido común.

El sentido común en la física cuántica

Philip Ballis (2022) expresó que la teoría cuántica no solo no niega la existencia de los objetos clásicos, sino que da una explicación significativa de por qué aun así existen. Por ello, en algunos importantes aspectos, el estado del arte de esta teoría revela por qué el sentido común tiene el aspecto que tiene como veremos a continuación. Según Bohr, lo que nos dice la mecánica cuántica no es cómo es el mundo, sino qué encontraremos cuando hacemos mediciones. Los recursos matemáticos de la teoría nos dan las probabilidades de obtener los diversos resultados posibles. Por ello, cuando hacemos una medición, obtenemos solo una de esas posibilidades, pero no se sabe cuál debido a que el mecanismo de selección de la naturaleza es aleatorio. La medición es lo que hace que los objetos se convierten en cosas en lugar de posibilidades y, además, se convierten en cosas con estados, posiciones, velocidades y otras propiedades definidas. Creemos que la medición, en este sentido, es una especie de objetivación. En otras palabras, así es como el mundo cuántico contraintuitivo, es decir, explicable, inteligible, da paso a la experiencia del sentido común. Así pues, el mundo cuántico es probabilístico, mientras que el mundo clásico (que es donde ocurren todas las mediciones) solo se pueden obtener resultados únicos, por ello se puede afirmar que ambos mundos son aspectos complementarios de la realidad por ello se puede hablar de que existe aquí un sentido común y un sentido cuántico, pero no se puede tener ambos, hasta el presente, al mismo tiempo.

Lo que se ha necesitado y se ha estado intentando, entonces, es aunar los puntos de vista cuántico y clásico a través de una teoría adecuada de la medición. Pudiéramos decir que la captura y la representación podrían ser una forma de medición. Esta teoría se ha estado desarrollando, pero de forma parcial gracias a un corpus teórico que ha podido explicar la medición. Decimos parcial debido a que, como se indicó, la posición que puede tomar una partícula no es más que la totalidad de un set de posibles posiciones hasta el momento en que es observada. Creemos que esta teoría pudiera completarse a través de la consideración de la medición como una forma de objetivación.

Como las partículas u objetos cuánticos, desde una perspectiva teórica, tienen una naturaleza ondulatoria (como fotones de luz, electrones, átomos o incluso moléculas enteras) estas pueden presentar interferencia cuando se superponen. En este caso, ambas pueden cancelarse entre sí. Por ello preguntar si estos objetos cuánticos son realmente partículas u ondas es un error, porque ambos son conceptos clásicos. La razón de la pregunta obedece a que estamos tratando instintivamente de construir una imagen de sentido común en el mundo cuántico. Pero lo que llamamos "sentido común" es una característica del mundo clásico, y es muy difícil usarlo para cosas cuánticas.

A propósito de la superposición, los efectos cuánticos, como la interferencia, se basan en la coordinación de las funciones de onda de diferentes entidades (el término técnico es coherente) entre sí. Si no lo son, los efectos se promedian. Ese tipo de coherencia es lo que permite la propiedad cuántica de la superposición, en la que se dice que las partículas están en dos o más estados a la vez. Pero si las funciones de onda de esos estados son coherentes, ambos estados siguen siendo posibles resultados de una medición. Si sus funciones de onda no son coherentes, dos estados no pueden interferir, ni mantener una superposición. El proceso llamado decoherencia, por lo tanto, destruye estas propiedades fundamentalmente cuánticas, y los estados se comportan más como sistemas clásicos distintos. En este sentido, los objetos macroscópicos no muestran interferencia cuántica ni existen como superposiciones porque no pueden describirse mediante funciones de onda coherentes. Esto, y no el tamaño en sí mismo, es la línea divisoria fundamental entre lo que consideramos comportamiento cuántico y comportamiento clásico (familiar). Así pues, la coherencia cuántica es esencialmente lo que define la "cuanticidad".

La decoherencia acaece debido a un aspecto de las entidades cuánticas que se ha descuidado durante mucho tiempo, es decir, su entorno. La forma en que se comporta y evoluciona un sistema cuántico puede depender esencialmente del hecho de que no existe de forma aislada. El entorno es lo que evoca la física clásica, y el comportamiento de "sentido común". El físico polaco Wojciech Zurek a partir de los estudios realizados por el físico alemán H Dieter Zeh establecieron los cimientos de la teoría de la decoherencia ayudando con ello a conectar los mundos cuántico y clásico posibilitando así pensar en el sentido común. Si un objeto cuántico interactúa con otro se vinculan en una superposición compuesta, es decir, se convierten en un solo sistema. Esto es lo que sucede cuando un sistema cuántico interactúa con su entorno. Como resultado, la coherencia se extiende al entorno hasta un punto en que ya no se puede dividir en entidades separadas.

Esta expansión del entrelazamiento es lo que destruye la manifestación de coherencia en el sistema cuántico original. Debido a que la superposición se convierte en una propiedad compartida del sistema y su entorno, ya no podemos ver la superposición simplemente mirando la pequeña parte de ese estado compartido correspondiente al sistema original. El cómo definimos un estado de superposición depende de cómo son empleadas las herramientas matemáticas. La decoherencia no es en realidad una pérdida de superposición y coherencia, sino una pérdida de nuestra capacidad para detectar estas cosas en el sistema original. La esencia de la decoherencia es una pérdida de coherencia significativa. Es un proceso gradual y real que ocurre a un ritmo particular. Así pues, para convertir lo cuántico en clásico, no necesitamos una mente consciente para medir o mirar; solo necesitamos un entorno lleno de cosas.

Sin embargo, la descomposición de la superposición cuántica y la interferencia por decoherencia es solo el primer elemento en una teoría cuántica de la medición. Es decir, la interacción que induce la decoherencia con el entorno no solo aplasta la cuantía de forma indiscriminada. Selecciona específicamente estados que tienen propiedades matemáticas particulares de simetría y descarta los demás. De ahí el carácter parcial del corpus teórico desarrollado y gracias a la simetría, según Zurek, se ha logrado comprender que “el entorno funciona no solo como un basurero, sino como un canal de comunicación”. Por ello, cuando un sistema cuántico interactúa con su entorno deja una huella en un dispositivo de medición clásico. Así como ensamblar un objeto a su entorno pone en marcha la decoherencia, también imprime información sobre el objeto en el entorno en función de su intensidad, creando una especie de réplica. Una medición de ese objeto equivale a adquirir esta información de la réplica. La impresión múltiple obtenida por diferentes observadores hace que tales objetos parezcan tener propiedades objetivas, de tipo clásico. Una manera más gráfica de entender lo antes expresado puede ser dada si se pudiese registrar intuitivamente las trayectorias de todas las moléculas de aire que saltan de la mota de polvo, así podríamos averiguar dónde está la mota sin mirarla directamente y se podría monitorear la huella que deja en su entorno. Si bien ello no es posible en los actuales momentos, es todo lo que hacemos cada vez que determinamos la posición, o cualquier otra propiedad, de cualquier cosa, es decir, no estamos detectando el objeto en sí, sino el efecto que causa. Así pues, lo que tomamos como sentido común, desde esta perspectiva, resulta del tener un respaldo seguro, pero poco claro en la teoría cuántica.

La decoherencia no neutraliza por completo el rompecabezas de la mecánica cuántica y muestra cómo las probabilidades inherentes a la función de onda cuántica se reducen a detalles de tipo clásico, pero no explica el problema de la unicidad: por qué, porque de los posibles resultados de una medición que sobrevive a la decoherencia, vemos solo uno de ellos que permite observar la realidad cuántica desde la singularidad como una especie de sentido supercomún porque se acepta el resultado desde ese único dato. Por ello, Ballis afirmó que el sentido común surge de principios que parecen muy alejados del sentido común, es decir, parte de la aceptación de que el mundo está fundamentalmente gobernado por reglas cuánticas, que parecen ir profundamente en contra de la experiencia. Es allí donde nosotros encontramos la perspectiva estética en la Crítica de la Facultad de Juzgar, siguiendo a Hannah Arendt como una pista para pensar en un proceso de aunamiento que nos permita la reconciliación de nuestro sentido común instintivo con sus orígenes cuánticos. Esto nos lleva de nuevo al estado del arte.

La retrocausalidad: punto de ruptura sobre cómo funciona el universo

Según Price y Wharton (2023), la retrocausalidad es una corriente de pensamiento que busca correlacionar, por una parte, la "localidad", es decir, la intuición de que los objetos distantes necesitan un mediador físico para interactuar. Y, de hecho, una conexión misteriosa entre partículas distantes sería una forma de explicar estos resultados experimentales. Y, por la otra, el "realismo", es decir, la intuición de que existe un estado de cosas objetivo que subyace a nuestra experiencia[6]. Por ello, vamos a examinar sucintamente la causalidad, la crítica a la retrocausalidad: superdeterminismo y las evidencias de la retrocausalidad.

En relación con la causalidad podemos decir que esta es entendida como una de las formas de la interdependencia universal de los fenómenos del mundo objetivo. Dicho de otra manera, es la ciencia de buscar correlaciones consistentes. Es descubrir qué más cambia cuando movemos las cosas a nuestro alrededor, por ello, es vista como el principio u origen de algo. En la vida cotidiana, solemos dar por sentado que los efectos de una oscilación o una agitación van a aparecer más tarde que el propio movimiento que las originó. Esta es una suposición tan natural que no nos damos cuenta de que la estamos haciendo. Pero nada en el método científico requiere que esto suceda, y se abandona fácilmente en la ficción fantástica. Del mismo modo, en algunas religiones rezamos para que nuestros seres queridos estén entre los supervivientes del naufragio de ayer, por ejemplo. Estamos imaginando que algo que hacemos ahora puede afectar algo en el pasado. Esto es lo que se ha denominado en el mundo científico retrocausalidad.

Los modelos retrocausales cuánticos proponen que las elecciones de medición de diferentes observadores afectan las partículas en la fuente. Esto puede explicar las extrañas correlaciones, sin romper la relatividad especial. Pero ello se confunde con lo que se ha dado en llamar "superdeterminismo".

El superdeterminismo está de acuerdo con la retrocausalidad en que las opciones de medición y las propiedades subyacentes de las partículas están de alguna manera correlacionadas. Pero el superdeterminismo considera la existencia de un "superdeterminante", que controla y correlaciona tanto nuestras elecciones como las partículas por lo tanto niega que las opciones de medición sean cosas que podemos mover libremente a voluntad, están predeterminadas. Los retrocausalistas, a pesar de ello, hacen descubrimientos causales científicos de la forma habitual, libre y sinuosa. Por ello se cree que son las personas que descartan la retrocausalidad las que se olvidan del método científico, si se niegan a seguir la evidencia hacia donde conduce.

Finalmente, la evidencia de la retrocausalidad estriba en la creencia de que da más sentido al hecho de que al micromundo de las partículas no le importa la diferencia entre el pasado y el futuro. Por ello, la mayor preocupación sobre la retrocausalidad es la posibilidad de enviar señales al pasado, abriendo la puerta a las paradojas del viaje en el tiempo. Pero para hacer una paradoja, se debe medir el efecto en el pasado.

Escolio

De todo lo antes expresado con la ayuda de los autores citados se observa un esfuerzo por desarrollar un significado nuevo y más apropiado para la 'comprensión' de la física moderna que permita desarrollar nuestra intuición como ha acontecido en toda la evolución de la humanidad como acaeció, por ejemplo, con el desarrollo de la aviación. Desde esta perspectiva, se podría pensar que el conflicto entre lo clásico y lo cuántico, según Ballis, no está en la física, sino solo en nuestras mentes.

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[1] Becker, Kate. (2014). “Is Quantum Intuition Possible?” Documento en línea. Disponible: https://www.pbs.org/wgbh/nova/article/quantum-intuition/

[2] Ballis, Philip (2022). “Quantum common sense. Despite its confounding reputation, quantum mechanics both guides and helps explain human intuition”. Documento en línea. Disponible: https://aeon.co/essays/the-quantum-view-of-reality-might-not-be-so-weird-after-all

[3] Ver al respecto: Kant, I. (1787 [1993]). Critica della Ragion Pura. Roma. (T. G. Gentile y G. Lombardo-Radice). Editorial Laterza. 629 p y Falkenberg, B. (2006). "Functions of intuition in Quantum Physics”. Springer. En: E. Carson y R. Haber (ed.), Intuition and the Axiomatic Method.  Pp 267-292

[4] Ver al respecto: Valladares, D. y Sanz Ferramola, R. (2011). “Interpretación de Copenhague: de la explicación al instrumento predictivo”. San Luis. Universidad Nacional de San Luis. Fundamentos en Humanidades, vol. XII, núm. 23, 2011, pp. 25-35. Documento en línea, disponible: https://www.redalyc.org/pdf/184/18424417002.pdf

[5] Corsiglia, G., Pollock, S, y Passante, G. (2023). “Intuition in quantum mechanics: Student perspectives and expectations”. American Physical Society 19. Documento en línea. Disponible: https://journals.aps.org/prper/abstract/10.1103/PhysRevPhysEducRes.19.010109

[6] Price, H. & Wharton, K, (2023). “Quantum mechanics: how the future might influence the past”. The Conversation. Documento en línea. Disponible: https://theconversation.com/quantum-mechanics-how-the-future-might-influence-the-past-199426