Poemas al universo con David Jou

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Autor: Pau Ninja
Último episodio en abril, 2021

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#168. David Jou i Mirabent es un físico pero también poeta. A menuda combina ambos mundos en poesías dedicadas a la incertidumbre de un universo más grande que mi desconocimiento a la vez que interés del tema.

Libros de David Jou i Mirabent

¿Existe el universo cuando no miramos?

Todos hemos oído hablar del Gato de Schrodinger; el gato está vivo y muerto a la vez (lo que se conoce como superposición) antes de abrir la caja y fijar su estado, con la esperanza de que el gato esté vivo. Pero la forma en que interpretemos esta extraña rareza de la naturaleza puede tener implicaciones de gran alcance. Como que el Universo no existe realmente si no miramos o que los astrónomos matan a los extraterrestres.

¡Bienvenido al flipante mundo de las Interpretaciones Cuánticas!

En primer lugar, un resumen muy rápido de lo que es la Física Cuántica.

La Física Cuántica es esencialmente un conjunto de ecuaciones que predicen cómo funcionan las cosas diminutas con una precisión asombrosa. Estas ecuaciones muestran que las partículas no existen como partículas puntuales fijas. En su lugar, existen como una amalgama de todos los resultados posibles hasta que se observan, cuando fijan su resultado.

Esta amalgama de resultados se conoce como superposiciones. Muchos experimentos muestran los efectos de la Física Cuántica, pero el más famoso es un experimento mental de Ewin Shrodinger que explica cómo las cosas pueden existir en superposiciones.

Así pues, un resumen súper rápido del Gato de Schrodinger para explicar las superposiciones. El gato se coloca en una caja con un frasco de veneno. El veneno tiene un mecanismo de liberación que utiliza un átomo inestable de cesio, una vez que el átomo decae se libera el veneno. Luego se cierra la tapa para que no se pueda observar al gato ni al átomo de cesio.

El átomo de cesio se encuentra ahora en una superposición de estar desintegrado e intacto porque no hay forma posible de predecir exactamente cuándo se desintegrará (también conocido como Evento Cuántico). Pero como el gato morirá una vez que se desintegre, también está en una superposición de estar vivo y muerto.

Así pues, las ecuaciones predicen el comportamiento de las partículas diminutas y el Gato de Schrodinger es una bonita forma de visualizarlo (¡a menos que seas el gato metafórico!). Pero no explican lo que ocurre realmente cuando algo no se observa, sólo predicen cuál podría ser el resultado. Esto es lo que intentan hacer las Interpretaciones Cuánticas, explicando lo que ocurre realmente entre bastidores de la Física Cuántica, o dicho de otro modo, ¿qué le ocurre al gato en la caja?

Hay dos interpretaciones cuánticas principales con variantes de cada una. La que más se enseña es la Interpretación de Copenhague. Ésta afirma que el gato existe realmente en una superposición de estar vivo y muerto, las cosas se vuelven «borrosas» cuando no se observan. Extrañamente, ésta es la interpretación más sencilla, ¡pero tiene algunos efectos de gran alcance si es cierta!

Es difícil entender lo que significa la Interpretación de Copenhague para la naturaleza de la realidad. Lo sé, ¡a mí me costó muchísimo! Así que déjame explicarlo un poco más.

La Interpretación de Copenhague dice que cuando algo no se observa, ya sea una partícula o un gato en una caja con algo de veneno, deja de estar rígidamente definido y se convierte en esta borrosa mancha de superposición. Pero no sólo una superposición de vivo o muerto, sino de todas las posibilidades que pueden darse. Esto significa que las cosas no observadas, ya sean partículas diminutas o gatos, existen como una nube difusa de todos los resultados posibles desde que se observaron por última vez.

Ésta es la interpretación más sencilla de la Física Cuántica. No requiere ningún añadido ni un número infinito de Universos para que las matemáticas funcionen (como la otra interpretación conocida como Interpretación de Muchos Mundos). Pero hay un problema con la Interpretación de Copenhague: realmente se equivoca con la realidad. Déjame que te muestre algunos ejemplos.

¿Necesita el Universo la vida para existir?

Deja que te plantee una situación. Si la Interpretación de Copenhague es correcta, y el Universo no tiene vida, no puede haber observadores. Si este es el caso, ¿sigue existiendo el Universo?

En una palabra, sí, existe. Pero todo es indefinido y «borroso». Todo el Universo existe como un enorme montón de superposiciones que interactúan. Pero, ¿existe realmente un Universo indefinido de posibilidades que interactúan? Si algo no está totalmente definido, no estoy convencido de que realmente «exista» tal y como entendemos la existencia.

Esto significa entonces que para que el Universo exista realmente, necesita que la vida lo observe. Así que, en cierto modo, nosotros observando el Universo lo creamos, tú has hecho el Universo esta mañana al despertarte.

Así que, en pocas palabras, ¿existe el Universo cuando no lo estamos observando? Según la Interpretación de Copenhague, no, no existe. Si no lo estás mirando, es una extraña nube nebulosa de superposiciones que espera que la mires.

Esto puede hacer que quieras mirar por la ventana para mantener la realidad sólida y determinada en lugar de este lío de posibilidades. Esto no es aconsejable; la gente pensará que te has vuelto loco.

Puede que te parezca que ésta es la respuesta al artículo y que podemos terminar aquí. Pero, oh no, hay más, porque este extraño mundo significa que algunas de las cosas que hacemos afectan realmente al mundo que nos rodea…

¿Los astrónomos están matando a los alienígenas?

Si los astrónomos nunca se hubieran asomado al espacio, ¿los sistemas estelares cercanos a nosotros estarían en una superposición de albergar vida extraterrestre y no?

Posiblemente… Es complicado. Como siempre ocurre con la física cuántica.

Podemos pensar en estos Sistemas Estelares como en el gato de la caja, tanto vivos como muertos, pero con una capa de complejidad añadida. Están en una superposición de estar muertos, vivos con vida simple y vivos con vida compleja.

Organizaciones como el SETI llevan años buscando extraterrestres avanzados y no han encontrado nada concreto. No quiero entrar en demasiados detalles sobre cómo lo hacen en este artículo, pero huelga decir que han solidificado ese aspecto de la superposición con un duro no. Así pues, nuestros planetas cercanos se encuentran ahora en una superposición de muertos o vivos con vida simple.

No sabemos qué posibilidades hay de que exista vida simple en los exoplanetas. Si encontramos vida en nuestro Sistema Solar, como en los lagos marcianos o en los océanos de Europa, podría significar que la vida es común en el Universo. Así que estos exoplanetas podrían albergar tapetes microbianos o bacterias hidrotermales.

Quizá pienses que a tantos años luz de distancia no podemos observar estas diminutas comunidades. Pero estarías equivocado. Ahora los astrónomos pueden ver la composición de la atmósfera de un exoplaneta observando sus transiciones más allá de su Estrella. Si un exoplaneta tiene vida en él, es probable que tenga un gran efecto en la atmósfera (como el oxígeno y los compuestos orgánicos) que podemos captar desde estas enormes distancias. A medida que los astrónomos empiezan a desplegar esta increíble tecnología, van solidificando el destino de estos exoplanetas. Sin embargo, no están encontrando ninguna vida.

Al igual que si Shrodinger abriera la caja para descubrir que el gato está muerto, nuestros astrónomos podrían estar esterilizando los sistemas estelares que nos rodean con sólo mirar.

¿Matamos al Universo en 1998?

En 1998 los astrónomos descubrieron la Energía Oscura, una «antigravedad» que parece empujar al Universo a expandirse a un ritmo acelerado. Esto significa que, dentro de trillones de años, la expansión del Universo será más rápida que la velocidad de la luz y el Universo terminará efectivamente. ¿Pero tenía que ser así?

Antes de descubrir la energía oscura, no sabíamos cómo se desarrollaría el Universo porque no sabíamos lo denso que es el Universo. Pensábamos que si el Universo era demasiado denso, la gravedad ganaría y todo volvería a juntarse como el «Big Crunch«. O, si es demasiado ligero, entonces el Universo seguiría expandiéndose a partir del impulso del Big Bang a un ritmo más lento como un «Gran Bostezo». O si tuviéramos suerte, las dos fuerzas se equilibrarían y viviríamos en un Universo perfectamente equilibrado que no se expande ni se contrae una vez que ha alcanzado un determinado tamaño, lo que se conoce como «Universo estático«.

Es posible que antes de 1998 el Universo existiera en una superposición de Big Crunch, Gran Bostezo, Universo Estático y Energía Oscura. ¡El Universo podría haber durado siempre! Pero nos adelantamos y lo observamos. Así que nos fijamos en el Universo de la Energía Oscura.
Entonces, ¿los astrónomos mataron al Universo en 1998? Si la Interpretación de Copenhague es correcta, ¡lo hicieron!

¿Es ésta realmente la naturaleza de la realidad?

Puede que hayas leído todo esto y hayas pensado: «esto parece una mierda, la realidad no es una sopa de posibilidades» y muchos científicos estarían de acuerdo contigo porque esto no parece tener sentido. Así que los científicos propusieron dos ideas que resuelven esta rareza. Todo depende de los tamaños y de cuántos Universos haya… Deja que me explique.

La primera idea es que la Interpretación de Copenhague es correcta, pero la superposición no escala más allá del tamaño de un átomo. La idea es que estas posibilidades se anulan entre sí a medida que se amontonan más y más partículas (y, por tanto, superposiciones). Así pues, mientras que a nivel atómico nuestro Universo sigue siendo una sopa de posibilidades imprecisa, si se amplía a nuestra escala las cosas se vuelven seguras, fijas y rígidamente definidas.

Esto tiene sentido para la forma en que creemos que funciona el Universo y significa que todas esas extrañas posibilidades de matar a los extraterrestres y demás no ocurren. Pero hay un problema. No hay nada en la Interpretación de Copenhague que sugiera que esta anulación ocurra realmente; es sólo una teoría con muy pocas pruebas (hasta ahora).

La segunda idea es una interpretación completamente diferente, conocida como la interpretación de muchos mundos. Básicamente afirma que la superposición no existe realmente. En su lugar, hay infinitos Universos, lo que significa que hay infinitos Universos idénticos a éste, que se ramifican todos cuando observamos y fijamos estas posibilidades.

¡Es tan loco y tan complicado como parece!

Así que esta interpretación afirma básicamente que en la caja hay un número infinito de gatos vivos y muertos, y que cuando abres la caja, fijas en qué rama de Universos te encuentras. Esto no resuelve realmente el problema, ya que los Universos infinitos son aún más difíciles de entender que las superposiciones a gran escala.

Así que acabamos volviendo a la Interpretación de Copenhague sin que las superposiciones se anulen entre sí. Esto significa que los efectos cuánticos de la superposición tienen que funcionar en el nivel atómico y en el nivel macroscópico (nuestro tamaño). Los efectos cuánticos a gran escala no son desconocidos, pero la idea de que este efecto pueda escalar hasta el tamaño del Universo llevaría a la física cuántica a un nuevo territorio. Pero como esta teoría es la explicación más sencilla, parece ser cierta.

Entonces, ¿existe el Universo cuando no estamos mirando? Es un tema muy debatido por los físicos cuánticos.

Depende del campo en el que coloques tu bandera. Si crees que la superposición puede ampliarse, entonces sí. El Universo fuera de tu burbuja de observación es un extraño desorden indefinido, difícilmente lo que llamarías existencia propia. Pero si crees que la Física Cuántica debe permanecer pequeña y anularse a medida que las cosas se hacen grandes, entonces no, el Universo es exactamente como era cuando miras a lo lejos.

Quizá algún día podamos probar y demostrar cuál es la naturaleza correcta de la realidad, pero hasta entonces, me encanta la rareza de la Interpretación de Copenhague. Es mucho más emocionante imaginar un Universo misterioso de posibilidades no establecidas.

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Sobre este podcaster ninja

podcaster En internet soy Pau Ninja y aunque tengo muchos blogs de mil temáticas que me parecen interesantes… Sólo tengo un podcast. Este. En la senda hacia el conocimiento cambié la katana por un micrófono para combatir la sed de curiosidad.

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