Desafíos a la interpretación de Copenhague
En un reciente artículo del destacado físico teórico Leonard Susskind, director del Instituto de Física Teórica de Stanford, se aborda un importante enigma de la mecánica cuántica de Copenhague, ya que Susskind se enfrenta frontalmente al elefante en la habitación del principal modelo de la física de partículas. El estudio comienza identificando uno de los principales defectos de la Interpretación de Copenhague, a saber, que requiere un único observador externo que no forme parte del sistema estudiado. Este requisito ha dado lugar a bastantes confusiones e incoherencias lógicas cuando se intenta comprender la relación entre la multiplicidad de observadores y el sistema observado. Obviamente, la situación exigida por la Interpretación de Copenhague es insostenible, ya que el universo está lleno de subsistemas que pueden desempeñar el papel de observador, y no existe un verdadero aislamiento de un sistema tal que pueda evolucionar independientemente de las «mediciones».
Hay una correspondencia interesante que ha surgido de la investigación física que implica el principio holográfico, que puede revelar una forma en la que la geometría del espaciotiempo, que es la fuerza efectiva de la gravedad, puede explicar físicamente ciertos estados en la teoría cuántica. En la conjetura de la correspondencia holográfica, se descubre que los elementos de una teoría cuántica de campos de dimensiones inferiores son equivalentes a un espacio de dimensiones superiores con gravedad. Si tomamos un espacio 5D estará encerrado por una superficie 4D. El interior 5D puede ser la métrica para describir un cierto tipo de geometría del espaciotiempo (llamado espacio anti-di Sitter) y la superficie 4D puede ser utilizada para describir una teoría cuántica de campos (QFT) como la teoría conforme de campos (CFT). Lo que se descubrió es que cuando dos sistemas cuánticos, como partículas, están entrelazados en la superficie de dimensión inferior descrita por la CFT, esto equivale exactamente a dos regiones espaciotemporales conectadas por un puente de Einstein-Rosen (ER) (también conocido como agujero de gusano) en el espacio de dimensión superior encerrado por esa superficie. En QFT las partículas entrelazadas se denominan «pares EPR», y por tanto la conjetura de correspondencia holográfica es que los agujeros de gusano ER subyacen al estado entrelazado de los pares EPR: esto se conoce como el principio ER = EPR.
ER=EPR nos dice que la inmensamente complicada red de subsistemas entrelazados que comprende el universo es también una inmensamente complicada red de puentes de Einstein-Rosen.
Esta conjetura, de ser cierta, tiene importantes ramificaciones para toda la física, entre las que destaca una descripción gravitatoria cuántica del entrelazamiento, pero también tiene potencial para resolver cuestiones como el problema del observador. El problema del observador está presente tanto en la mecánica cuántica, con la interpretación de Copenhague en la que se requiere un observador externo que realice una «medición» para colapsar la superposición cuántica de una partícula, como en la relatividad, porque la distancia y el tiempo son diferentes para observadores en diferentes marcos de referencia inerciales. Sin embargo, el universo está lleno de subsistemas, cualquiera de los cuales puede desempeñar el papel de observador, y vemos que la inmensamente compleja red de subsistemas entrelazados (observadores) está conectada a través de la geometría del espaciotiempo, podemos aclarar la relación entre la multiplicidad de observadores y eliminar el solipsismo y el antropocentrismo de la teoría.
La red de memoria espacial unificada
En el artículo de investigación The Unified Spacememory Network (La red unificada de memoria espacial), escrito conjuntamente con mis colegas Nassim Haramein y la doctora en astrofísica Amira Val Baker, profundizamos en este punto de la multiplicidad de observadores, o «subsistemas», para sentar las bases de un debate sobre un modelo ontológico de la física de la consciencia, exponiendo de paso algunas de las incoherencias lógicas de la mecánica cuántica de Copenhague.
En el manuscrito de USN Haramein et alia afirman:
Resulta que la investigación de la naturaleza de la consciencia está inextricablemente ligada a la exploración de la naturaleza de la realidad. Esto se personifica en el adagio secular «si un árbol cae en el bosque, y no hay nadie cerca para oírlo, ¿hace ruido?». ¿Hasta qué punto y en qué medida depende la realidad objetiva del observador? Está claro que la caída del árbol genera ondas de presión mecánicas en el aire circundante, que es el estado físico objetivo de la sensación que llamamos «sonido», y están presentes independientemente de que haya un ser humano cerca para convertir las ondas de presión físicas en la experiencia subjetiva del sonido.
Modelos ontológicos de consciencia y realidad
Sin embargo, esta cuestión ha resurgido en forma del gato de Schrödinger, planteado en parte para demostrar la naturaleza no física del modelo Heisengberg-Bohr de la teoría cuántica, también conocido como interpretación de Copenhague, que es el modelo mecánico cuántico predominante. Estos modelos surgieron de los intentos de interpretar los mecanismos físicos del famoso experimento de la doble rendija, que algunos físicos consideraban que no tenían explicación clásica. Sin embargo, estudios experimentales recientes encuentran una interpretación diferente del experimento de la doble rendija, basada en la dinámica de fluidos en sistemas clásicos. La interpretación de Copenhague ha llevado a la inferencia típica de que el observador y lo observado pueden aislarse del sistema en el que están inmersos -es decir, todos los demás marcos-, en el sentido de que su relación define la reducción de la amplitud de probabilidad (colapso de la función de onda) en un suceso definido. En este modelo, la función de onda que describe la superposición de valores propios se traduce en una amplitud de probabilidad, y una partícula no tiene existencia física real hasta que es observada de algún modo.
El concepto de que un observador genera la realidad en la que se produce el suceso, como la emisión de sonido por la caída del árbol, supone un aislamiento del marco de referencia relativo al suceso. Es decir, todas las interacciones en el sistema, las moléculas de aire por ejemplo, los pájaros en el árbol vecino, la vida microbiana alrededor y dentro del árbol, etc., pueden considerarse marcos de referencia – «observadores»- que experimentan el acontecimiento desde diferentes perspectivas. ¿Existe algún mecanismo por el que la relación de marcos de referencia genere un comportamiento colectivo que acabe evolucionando hacia un estado de autoconciencia?
Más recientemente, Susskind ha examinado la Interpretación de Copenhague y afirma:
Es evidente que la Interpretación de Copenhague no puede ser la última palabra. El universo está lleno de subsistemas, cualquiera de los cuales puede desempeñar el papel de observador. En las leyes de la mecánica cuántica no hay lugar para el colapso de la función de onda; lo único que ocurre es que la función de onda global evoluciona unitariamente y se enreda cada vez más. El universo es una red inmensamente complicada de subsistemas entrelazados, y sólo en cierta aproximación podemos señalar un subsistema concreto como EL OBSERVADOR.
Leonard Susskind, Copenhagen vs Everett, Teleportation, and ER=EPR, 2016.
Estos avances recientes, procedentes de Susskind, Haramein y otros físicos destacados, pueden considerarse una vuelta al realismo; porque si no existe un verdadero aislamiento de un sistema respecto a la miríada de subsistemas que pueden actuar como observador, entonces la Interpretación de Copenhague de que las partículas no existen hasta que se miden queda obsoleta. Una partícula siempre está, en una medida u otra, enredada con otro sistema. Esta interacción constante significa que siempre se están produciendo «mediciones» u observaciones, por lo que no hay ningún punto en el que una partícula exista sólo como una superposición abstracta, una forma de onda puramente matemática sin posición ni momento definidos.
En los artículos La gravedad cuántica y la masa holográfica, y más recientemente El electrón y la solución de la masa holográfica, se encuentra el reto centenario de describir las soluciones de una física unificada. En su esencia más simple, la solución procede de la estructura cuántica y la geometría multiconectada del espaciotiempo, donde las discretas fluctuaciones energéticas a las escalas más pequeñas curvan el espaciotiempo hasta tal punto que la gravedad cuántica las une en diminutos agujeros negros, que son las partículas elementales que componen la materia.
Cuando se calculan con las relaciones de proporción holográficas de los osciladores energéticos discretos del espaciotiempo, se obtienen parámetros fundamentales: una proeza que constituye la primera vez en que se deducen caracteres elementales de la física a partir de primeros principios. Masa, carga, espín, fuerzas electromagnéticas y de confinamiento son manifestaciones de la geometría de la red de agujeros de gusano a escala de Planck y de las relaciones de proporción holográfica del espaciotiempo curvo: el universo hablando consigo mismo. Estos factores no se añaden como parámetros libres, sin explicación de su origen, y no hay necesidad de campos electromagnéticos, campos de Higgs y campos de color (QCD) separados e independientes – todos los dominios están unificados como la geometría cuántica del espaciotiempo multiconectado; la gravedad cuántica.
A partir de aquí ya vemos cómo la geometría cuántica del espaciotiempo holográfico subyace a muchas de las mecánicas y propiedades de la física de partículas. El escenario estaba ahora preparado para abordar algunos de los aspectos más desconcertantes de la teoría cuántica, como el entrelazamiento, la superposición y otras características no locales de la mecánica cuántica. En el artículo Unified Spacememory Network, Haramein y su equipo de investigación describen la geometría extendida de los osciladores de vacío a escala de Planck y se ve cómo son en realidad microagujeros de gusano.
Esta red planckiana de microagujeros de gusano forma redes de entrelazamiento de todos los marcos espaciales y temporales, uniendo esencialmente el espaciotiempo. En este enfoque, las partículas se revelan como configuraciones discretas de cohilatura del espaciotiempo a escala de Planck, enredadas por las redes planckianas de microagujeros de gusano que intercambian información a través de las escalas. Esta reveladora comprensión de la naturaleza enredada del espaciotiempo y sus partículas discretas se aplicó para entender la fuente de la notable coherencia y unidad que permite a los sistemas autoorganizados, y los impulsa a crecer en complejidad y sinergia organizativa. Es importante señalar que, aunque estos conceptos puedan parecer extravagantes y de gran alcance, Haramein y otros han demostrado que las matemáticas resultantes de tales modelos predicen con extrema precisión las fuerzas fundamentales y las masas de las partículas.
Otros están llegando a conclusiones notables similares. En un artículo de 2013, Susskind y Juan Maldacena (véase nuestro artículo Firewalls or Cool Horizons) lo explicaron con la equivalencia ya mencionada de ER=EPR. Esencialmente, afirmando que donde hay entrelazamiento cuántico entre dos pares de partículas, hay un agujero de gusano planckiano que los conecta. Muchos han interpretado esta idea como que la geometría del espaciotiempo es el resultado del entrelazamiento cuántico, pero Susskind ha sido más audaz y ha afirmado que puede ser que el entrelazamiento sea el resultado de la geometría del espaciotiempo, de modo que donde hay agujeros de gusano, hay entrelazamiento (una idea controvertida entre muchos físicos).
En el artículo más reciente, Susskind profundiza en la naturaleza y las consecuencias del entrelazamiento en el vacío. Se demuestra cómo todo el universo debe tratarse como un único sistema entrelazado, una descripción que ya está presente en la formulación del estado relativo de Everett de la mecánica cuántica, en la que no hay colapso de la función de onda, una característica primordial de la interpretación de Copenhague.
De este modo, las partículas de la mecánica cuántica adquieren un nuevo realismo, ya que existen con una posición y un momento reales antes de ser medidas, como en la teoría de la onda piloto de de Broglie-Bohm, que ha demostrado describir casi todos los fenómenos cuánticos tan bien como la interpretación de Copenhague, pero con una clara comprensión de la causa de los efectos observados. Esto tuvo especial éxito en la demostración de los resultados del famoso experimento de la doble rendija, en el que se puede demostrar que un sistema análogo hidrodinámico cuántico da lugar a una interferencia de ondas debido a la interacción de una «partícula» con su propia onda piloto en un medio fluido.
En apoyo de la importancia de la geometría cuántica del espaciotiempo (ostensiblemente además de sus propiedades hidrodinámicas, como se demuestra en la teoría de la onda piloto), Susskind demuestra cómo los fenómenos mecánicos cuánticos no locales distintos del mero entrelazamiento también pueden describirse completamente mediante conexiones planckianas de microagujeros de gusano. Incluyendo los resultados del experimento de la doble rendija y el teletransporte cuántico. Un punto destacado de todo esto, y que el propio Susskind ha reconocido, “es que no existe una separación tajante entre las partículas y los agujeros negros » (véase la sesión de preguntas y respuestas de su conferencia sobre ER=EPR, ¿qué hay detrás del horizonte de los agujeros negros?), aunque las partículas sean- pequeñas en comparación con sus homólogas astrofísicas.
A medida que la estructura geométrica cuántica del espaciotiempo se explora con mayor detalle, empezamos a ver cómo se trata literalmente del Universo Conectado, una visión que Haramein lleva fomentando desde hace más de tres décadas.
Más para explorar:
Gravity and Entanglement, professor Mark van Raamsdonk
Entanglement and the Hooks that Hold Space Together, professor Leonard Susskind
Copenhagen vs Everett, Teleportation, and ER=EPR, professor Leonard Susskind
