¿La probabilidad proviene de la física cuántica?

Desde que en un experimento mental el físico austriaco Erwin Schrödinger colocó a su desafortunado gato en una caja, sus colegas han estado usando algo llamado teoría cuántica para explicar y comprender la naturaleza de las ondas y las partículas.

Ahora, un nuevo estudio del profesor de física Andreas Albrecht, y del estudiante graduado Dan Phillips de la Universidad de California, Davis, argumenta que estas fluctuaciones cuánticas en realidad son las responsables de la probabilidad de todas las acciones, con implicaciones de largo alcance para las teorías del universo.

La teoría cuántica es una rama de la física teórica que se esfuerza por comprender y predecir las propiedades y el comportamiento de los átomos y las partículas. Sin ella, por ejemplo, no podríamos construir ni transistores, ni equipos informáticos. Un aspecto de la teoría es que las propiedades exactas de una partícula no se determinan hasta que uno las observa y ‘colapsa la función de onda’, como se dice en la jerga de la física.

El famoso experimento mental de Schrödinger extiende esta idea a nuestra escala. Un gato es atrapado en una caja con un frasco de veneno que se libera cuando un átomo radiactivo decae al azar. No se puede saber si el gato está vivo o muerto sin abrir la caja. Schrödinger argumentó que hasta que no se abra la caja y se mire dentro, el gato no está ni vivo ni muerto, sino en un estado indeterminado.

Para muchas personas, esto es un concepto difícil de aceptar. Pero Albrecht dice que, como un físico teórico, hace unos años llegó a la conclusión de que así es como funciona la probabilidad a todas las escalas, aunque hasta hace poco, no lo vio como algo que tuviera un impacto crucial en la investigación. Eso cambió a raíz de un artículo científico escrito en 2009 por Don Page de la Universidad de Alberta, Canadá.

“Me di cuenta de que nuestra forma de pensar acerca de las fluctuaciones cuánticas y la probabilidad afecta cómo pensamos acerca de nuestras teorías sobre el universo”, dijo Albrecht, un cosmólogo teórico.

Una de las consecuencias de las fluctuaciones cuánticas es que cada función de onda que colapsa da lugar a realidades diferentes: una donde el gato vive, y otra donde muere, por ejemplo. La realidad tal como la experimentamos toma su camino a través de este número casi infinito de alternativas posibles. Los muchos universos se podrían incorporar en un vasto “multiverso”, como los muchos bolsillos de una mesa de billar.

En esencia hay dos maneras en las que los teóricos han tratado de abordar el problema de la adaptación de la física cuántica al “mundo real”, dijo Albrecht: se puede aceptar la realidad de los muchos mundos o múltiples universos, o se puede pensar que hay algo que está mal o que falta en la teoría.

Albrecht decididamente se suscribe a la primera.

“Nuestras teorías de la cosmología dicen que la física cuántica funciona a través del universo”, dijo. Por ejemplo, las fluctuaciones cuánticas en el universo temprano explican por qué las galaxias se formaron como lo hicieron – una predicción que se puede confirmar con observaciones directas.

El problema con los universos múltiples, dijo Albrecht, es que si hay un inmenso número de universos de bolsillo diferentes, se hace muy difícil obtener respuestas sencillas a las preguntas de la física cuántica, como la masa de un neutrino, una partícula subatómica eléctricamente neutra.

“Don Page mostró que las reglas cuánticas de probabilidad simplemente no pueden responder las preguntas claves en un gran multiverso, donde no estamos seguros en qué universo de bolsillo realmente residimos”, dijo Albrecht.

Una respuesta a este problema ha consistido en añadir un nuevo ingrediente a la teoría: un conjunto de números que nos dice la probabilidad de que nos encontremos en cada universo. Esta información puede ser combinada con la teoría cuántica, lo que permite que las matemáticas (y el cálculo de la masa de un neutrino) vuelvan a su lugar.

No tan rápido, dicen Albrecht y Phillips. Aunque las probabilidades asignadas a cada universo de bolsillo pueden parecer simplemente más de lo usual, en realidad constituyen un cambio radical de los usos cotidianos de las probabilidades, ya que, a diferencia de cualquier otra aplicación de la probabilidad, ya se ha demostrado que no tienen ninguna base en la la teoría cuántica.

“Si toda probabilidad es realmente la teoría cuántica, por tanto no se puede hacer”, dijo Albrecht. “Los universos de bolsillo son mucho, mucho más que una desviación de la teoría actual que todo el mundo ha supuesto”.

“Nos obliga a pensar en las diferentes clases de probabilidad, que a menudo se confunden, y quizá pueda ayudar a trazar una línea entre éstas”, concluyó.