MUNDOS PARALELOS EN EL LABORATORIO
Grandes descubrimientos en pequeños laboratorios
Los científicos en las últimas décadas han seguido en sus investigaciones la consigna de que a grandes teorías se anteponen grandes experimentos. En la práctica se ha demostrado lo anterior, y con resonante éxito, tanto en la investigación del microcosmos como en la del macrocosmos, con el descubrimiento del Bosón de Higgs, la partícula responsable de la masa de las partículas elementales, en el Gran Colisionador de Hadrones y con el descubrimiento del Agujero negro supermasivo, el objeto responsable de la rotación y formación de nuestra galaxia, en el Observatorio de Telescopios Gemelos de Keck. Estos dos gigantescos instrumentos de investigación científica pertenecen al conjunto cada vez más amplio de grandes máquinas de laboratorio con las cuales, producto de inversiones multimillonarias, se cree que se podrían descubrir por ese solo hecho los grandes secretos del universo.
Pero también se pueden lograr grandes avances científicos y desvelar grandes misterios, como fuera lo usual, en los laboratorios tradicionales y más aún en los laboratorios futuristas que comienzan a desplegarse por el mundo.
Cuando chocan los mundos paralelos, nace la mecánica cuántica
En un documento radical publicado en Octubre de 2014, en Physical Review, nosotros (el Dr. Michael Hall y el Dr. Howard Wiseman, [autor de este artículo] de la Universidad de Griffith y el Dr. Dirk-André Deckert de la Universidad de California) proponemos no sólo que los universos paralelos son reales, pero que no son lo bastante paralelos, sino que pueden "colisionar".
En nuestra teoría, la interacción entre los mundos cercanos es la fuente de todas las características extrañas de la mecánica cuántica que se revelan por la experiencia.
Muchos mundos en interpretaciones existentes
La existencia de mundos paralelos en la mecánica cuántica no es una nueva idea en sí misma, sino que son una característica de una de las principales interpretaciones de la mecánica cuántica, del año 1957, la "Interpretación de Muchos Mundos" (MWI).
Ahora la mecánica cuántica es la teoría física más ampliamente aplicable y exitosa de todos los tiempos, por lo que podrían preguntarse por qué es necesario interpretarla. Hay dos razones.
En primer lugar, su formalismo es extremadamente remoto de la experiencia cotidiana. Todo se basa en una "función de onda", que es como una ola, con la excepción de que no existe en el espacio tridimensional ordinario, sino en un espacio de dimensión infinita.
En segundo lugar, los llamados correlaciones campana, que se pueden medir experimentalmente usando sistemas cuánticos distantes procedentes de una fuente común, violan las leyes usuales de causa local y efecto.
Esto implica que el formalismo "función de onda" no puede ser reemplazado por nada en el espacio ordinario.
Hay varias interpretaciones rivales de la mecánica cuántica y cada una da una interpretación muy diferente de la naturaleza última de la realidad. Pero cada representación es profundamente extraña, de alguna manera, debido a la rareza de la propia mecánica cuántica.
La extrañeza del MWI está en postular que en cualquier momento cualquier sistema cuántico se observa en un universo, ese universo se "ramifica" en un montón de nuevos universos, uno para cada posible resultado de la observación.
El MWI ha sido criticado por el hecho de que no define con precisión cuando se produce una observación. Por lo tanto, es vago acerca de cuántos mundos hay en cualquier momento dado, y cada mundo es algo difuso en sus propiedades, que se describe por una función de onda.
Además, debido a que los diferentes resultados ocurren con diferentes probabilidades, el MWI tiene que postular que mundos diferentes tienen diferentes "pesos", algunos mundos son más importantes que otros, aunque todos ellos son supuestamente reales.
Finalmente, una vez que se crean, estos mundos diferentes no interactúan, por lo que algunos críticos dicen que son puramente hipotéticos y no sirven para nada.
Muchos mundos que interactúan
Nuestra nueva teoría también implica muchos mundos pero no termina la similitud con el estándar MWI.
En primer lugar, se postula un fijo, aunque verdaderamente gigantesco, número de mundos. Todos estos existen de forma continua a través del tiempo, no existe una "ramificación".
En segundo lugar, nuestros mundos no son "difusos", tienen propiedades definidas con precisión. En nuestro enfoque, un mundo está especificado por la posición exacta y la velocidad de cada partícula en ese mundo, no existe un principio de incertidumbre de Heisenberg que se aplica a un solo mundo. De hecho, si no hubiera un solo mundo en nuestra teoría, evolucionaría exactamente de acuerdo a la mecánica de Newton, no la mecánica cuántica.
En tercer lugar, nuestros mundos interactúan y que la interacción es la fuente de todos los efectos cuánticos. Específicamente, hay una fuerza de repulsión de un tipo muy particular, entre los mundos con casi la misma configuración (es decir, que tiene casi la misma posición para cada partícula individual). Esta fuerza "intersticial" impide que mundos cercanos no lleguen nunca a tener la misma configuración, y tiende a hacer que los mundos cercanos divergen.
En cuarto lugar, cada uno de nuestros mundos es igualmente real. Probabilidad solamente entra en la teoría porque un observador, compuesto de partículas en un cierto mundo, no sabe a ciencia cierta en qué mundo está dentro, fuera del conjunto de todos los mundos. De ahí que se asigne la misma probabilidad a cada miembro de ese conjunto que es compatible con sus experiencias (que son muy de grano grueso, porque ella es una colección macroscópica de partículas). Después de realizar un experimento que puede obtener más información sobre en qué mundo está, y por lo tanto descartar una gran cantidad de mundos en los que se pensaba que podría estar.
Poner todos los anteriores juntos da nuestra teoría, la Interacción de Muchos Mundos, acercan a la mecánica cuántica. No hay nada más en la teoría. No hay función de onda, ningún papel especial para la observación y sin distinción fundamental entre macroscópica y microscópica.
Sin embargo, sostenemos, nuestro enfoque puede reproducir todas las características estándar de la mecánica cuántica, incluyendo la interferencia de doble rendija, energía de punto cero, la barrera de túnel, la imprevisibilidad y las correlaciones de Bell antes mencionados.
Implicaciones y aplicaciones
Llamamos a nuestra teoría un "enfoque" en lugar de una "interpretación", porque para cualquier número finito de mundos nuestra teoría es sólo una aproximación a la mecánica cuántica. Esto le da la excitante posibilidad de que podría ser posible para la prueba de la existencia de estos otros mundos.
La capacidad a la aproximación de evolución cuántica utilizando un número finito de mundos también podría ser muy útil. En concreto, podría ser para modelar la dinámica molecular, que es importante para la comprensión de las reacciones químicas y la acción de los fármacos.
La mecánica cuántica ha sido siempre un enigma debido a las formas sutiles pero profundos que se desvía de la mecánica newtoniana. Que estas desviaciones pueden deberse a una delicada interacción de mundos esencialmente newtoniana con mundos paralelos "cercanos" es una solución completamente nueva al rompecabezas cuántico.
Para nosotros, al menos, no hay nada intrínsecamente improbable en la idea, y para los amantes de la ciencia ficción que hace que esas historias que incluyen la comunicación entre mundos paralelos no sean tan descabelladas después de todo.
*****
Extraño comportamiento de las partículas cuánticas puede indicar la existencia de otros universos paralelos
Todo comenzó hace unos cinco años con una pregunta química práctica. El profesor John Davis de la Texas Tech University [autor de este artículo]. Poco hizo el Dr.Bill Poirier para darse cuenta cuando se adentró en la mecánica cuántica de moléculas complejas, que iba a caer por la madriguera de conejo, para descubrir evidencia de otros mundos paralelos que bien podría meterse a través del nuestro propio, apareciendo a nivel cuántico.
El profesor de la Universidad Tecnológica de Texas de química y bioquímica, dijo que la mecánica cuántica es un extraño reino de la realidad. Las partículas de este nivel atómico y subatómico pueden parecer estar en dos lugares a la vez. Debido a que la actividad de estas partículas es tan dudoso, los científicos sólo pueden describir lo que está sucediendo matemáticamente por "dibujar" el pequeño paisaje como una onda de probabilidad.
Los químicos como Poirier dibujan estos paisajes para comprender mejor las reacciones químicas. A pesar de la "incertidumbre" de la ubicación de las partículas, la mecánica ondulatoria cuántica permite a los científicos hacer predicciones precisas. Las reglas para hacerlo están bien establecidas. Al menos, así era hasta el reciente momento "eureka" de Poirier cuando encontró una forma completamente nueva para dibujar paisajes cuánticos. En lugar de las ondas, su medio se convirtió en universos paralelos.
Aunque su teoría, llamada "muchos mundos interactuando" suena a ciencia ficción, se sostiene matemáticamente.
Publicado originalmente en 2010, ha dado lugar a una serie de presentaciones invitadas, artículos de revistas revisadas por pares y un reciente comentario como invitado en la revista Physical Review.
"Esto ha recibido mucha atención en la comunidad de mecánica fundamental, así como la prensa popular", dijo Poirier. "En un simposio celebrado en Viena en 2013, de pie y a cinco pies de distancia de un famoso premio Nobel en física, yo di mi presentación sobre esta obra completamente esperando la crítica. Me sorprendí cuando no recibí ninguna. Además, yo estaba feliz de ver que yo no tenía nada obviamente mal con mis matemáticas".
En su teoría, Poirier postula que las pequeñas partículas de muchos mundos se filtran a través de la interacción con el nuestro, y su interacción explica los extraños fenómenos de la mecánica cuántica. Estos fenómenos incluyen partículas que parecen estar en más de un lugar a la vez, o para comunicarse entre sí a través de grandes distancias sin explicaciones.
No hay falta de claridad en su teoría. Las partículas no ocupan posiciones bien definidas en cualquier mundo dado. Sin embargo, estas posiciones varían de un mundo a otro, explicando por qué parecen estar en varios lugares al mismo tiempo. Del mismo modo, la comunicación cuántica de partículas lejanas - algo que Albert Einstein llamó "acción fantasmal a distancia" - es en realidad debido a la interacción de los mundos cercanos.
¿Adiós Ondulatoria?
La teoría de Interacción de Muchos Mundos no prueba que no existe la onda cuántica, o que existen muchos mundos, dijo Poirier. La teoría de las ondas estándar es perfectamente viable en la mayoría de los aspectos, funcionando de acuerdo con el experimento, por ejemplo.
"Nuestra teoría, aunque basados en diferentes matemáticas, hace exactamente las mismas predicciones experimentales", dijo.
"Así que lo que hemos hecho es abrir la posibilidad de que la onda cuántica puede no existir. Ahora sólo tiene tanto derecho a esa afirmación al igual que muchos mundos que interactúan. Ni más ni menos. Esto puede ser una declaración definitiva como uno puede aspirar a hacer sobre un tema que ha confundido a las mejores mentes de la física durante cien años y aún sigue generando controversia".
A esta escala nanoscópica, las partículas no actúan como objetos de mayor tamaño, cuya posición en el tiempo está bien definido, como un avión o una manzana que cae de un árbol.
En cambio, las partículas a veces se comportan como partículas fijas, y otras veces se comportan más como ondas. Aún más extraño que esto: cuando los científicos miran una partícula cuántica, se comporta como una partícula. Cuando no están buscando, de repente comienza a actuar como una onda.
Incluso Albert Einstein se dice que ha estado en desacuerdo con la idea cuántica que podrían existir partículas en una ubicación posible aproximada o posiblemente más de un lugar a la vez en lugar de un solo lugar.
"Me gusta pensar que la luna está allí, aunque yo no estoy buscando en ello," dijo la famosa frase de Einstein sobre el tema.
Los científicos diseccionar y no están de acuerdo a este día en cuanto a exactamente lo que está ocurriendo en esta pequeña escala. Aunque ellos no pueden saber a ciencia cierta lo que está pasando, ellos al menos saben cómo predecir el comportamiento ondulatorio de la partícula cuántica cuando no está siendo observado.
Para ello, utilizan la ecuación de Schrödinger, una descripción matemática inventada en los años 20 que describe cómo estas partículas locas se mueven como una onda en el tiempo.
Por lo menos, lo hicieron hasta que Poirier echó otro vistazo a la teoría ondulatoria y la teoría cuántica establecida quedo puesta patas arriba.
Algunos físicos pueden hacer mucho acerca de la filosofía de la mecánica cuántica, dijo Poirier. Para un químico como a sí mismo, sin embargo, está menos interesado en la filosofía y los más interesados en la solución de la ecuación de onda cuántica de Schrödinger para ayudarle a entender las reacciones químicas.
"En la química física, estamos interesados en la solución de problemas que involucran moléculas grandes y complejas con la mayor precisión posible", dijo. "Estamos buscando la velocidad de reacción para una reacción química, los estados cuánticos permitidos de una molécula y la "huella digital"espectral que una molécula emite o absorbe cuando se hace brillar una luz sobre ella. ... Hay una paradoja aquí. Para responder este tipo de preguntas requiere precisión en la mecánica cuántica, pero la resolución de la mecánica cuántica a problemas para los sistemas de gran tamaño (más de tres cuerpos) es extraordinariamente difícil."
Los químicos usan métodos basados en la red tradicionales para la solución de la ecuación de onda cuántica. Sin embargo, cuanto más compleja sea la molécula, más complejos se convierten los cálculos. Con cada átomo que se añadió a la molécula, se necesita esfuerzo computacional cerca de 10.000 veces más adicional, dijo.
Para aliviar la carga computacional, los químicos han tomado prestado una idea de los ingenieros para permitir que los puntos de la cuadrícula se muevan como un líquido y "flujo" con la onda cuántica. Una vez en movimiento, la red señala el trazo de trayectorias, al igual que una pelota de béisbol. Mientras que los ingenieros utilizan la técnica de modelar el flujo de fluido, los químicos usan para ayudar a calcular el movimiento de la onda cuántica, de ahí el término 'hidrodinámica cuántica".
En un momento determinado, Poirier se preguntó qué pasaría si deja los cálculos de onda y acaba de trabajar con las trayectorias cuánticas y si la simulación numérica simple seguiría siendo válida.
"Mi idea clave era darse cuenta de que lo único que necesitas son las trayectorias del movimiento cuántico en sí mismos", dijo.
"La onda cuántica no es realmente necesaria para decirle a sus trayectorias cómo moverse. Las trayectorias dicen a sí mismos cómo moverse. Además, no es necesario la onda para nada más tampoco. Cualquier pregunta científica que podrían ser respondidas por conocer el movimiento de la onda también se puede responder tan fácilmente conociendo solo el movimiento de las trayectorias. Así que la onda se vuelve completamente extraña y se puede descartar por completo."
Ventana a las Maravillas
El concepto de muchos mundos cuánticos no es del todo nueva. En los años 50, un estudiante graduado en la Universidad de Princeton llamado Hugh Everett tenía una explicación similar para dar cuenta de lo extraño de la mecánica cuántica.
Poirier dijo que la teoría de muchos mundos de Everett se basa en las matemáticas de onda cuántica estándar, por lo que no está claro donde los mundos en realidad vienen o cómo están definidas. Los críticos no están de acuerdo con la teoría por esta razón y debido a que los universos contenidos son innumerables más cada vez que los científicos, por ejemplo, toman una medición.
En el enfoque Interacción de Muchos Mundos de Poirier, estos mundos se construyen en las matemáticas desde el principio, por lo que los científicos no tienen que hacer nada especial para definirlos. Funciona, dijo, porque las matemáticas basadas en la onda no se utilizan. Los Muchos Mundos no son contenidos o fusionados en la forma en que los mundos de Everett lo hacen, y los mundos de Poirier interactúan entre sí, mientras que los de Everett no.
"La teoría de Interacción de Muchos Mundos funciona más como una bandada de pájaros que como un árbol ramificación infinita," dijo.
Poirier comparó investigar la mecánica cuántica sin la función de onda con la colocación de andamios, la construcción de una estructura dentro y luego darse cuenta de que sólo necesitaba el andamiaje. Desde un punto de vista práctico, un menor número de variables en matemática significan mayor simplicidad.
También plantea preguntas interesantes acerca de la filosofía de la física en la teoría ondulatoria y lo que significa que si uno no lo necesita, dijo. Las trayectorias cuánticas pueden ser algo más que una herramienta computacional. En realidad, pueden explicar lo que está pasando a nivel cuántico.
"La gente ha argumentado durante mucho tiempo acerca de lo que significa la función de onda filosófica y cómo debe ser interpretada", dijo. "Ahora de repente nos dimos cuenta de que esto puede ser por completo el camino equivocado para enmarcar la discusión. La pregunta más fundamental debe ser, ¿ni siquiera existe la función de onda, y si no, lo que ocupa su lugar?. En la actualidad, no podemos decir definitivamente que la función de onda no existe. Sólo que su existencia no es necesaria, ya que hemos encontrado otro método matemático que ofrece la misma información. Por lo tanto, lo que hace esta nueva matemática, ¿tienen que decir acerca de lo que toma el lugar de la función de onda?. ¿Qué se desprende de los cálculos: son universos paralelos?".
Poirier explicó que en el mundo físico clásico donde los seres humanos operan, todo está en un estado definido con respecto a la velocidad y la posición. Pensemos en los aviones y en las manzanas que caen de los árboles. Podemos calcular dónde las cosas están y a dónde van.
En la mecánica cuántica, los científicos tienen que renunciar a eso. Ellos pueden saber dónde las partículas están o dónde van. No ambas. La trayectoria clásica, con sus atributos de partículas bien definidos, se ha sustituido por la onda de probabilidad cuántica que se extiende a través de muchas posibilidades simultáneas.
Sin embargo, al describir realidades cuánticas utilizando trayectorias cuánticas solo, al menos algunas de las viejas nociones clásicas se pueden restaurar, dijo Poirier. De acuerdo con esta imagen, las partículas cuánticas realmente tienen atributos bien definidos y siguen trayectorias cuánticas definidas.
El problema es que uno tiene que tener muchos mundos que interactúan. De hecho, el propio comportamiento cuántico puede considerarse como prueba de partículas definidas de universos alternativos que sobresalían en nuestro propio universo, causando esta imagen borrosa en la escala cuántica.
"Esa es la parte más radical e interesante de este enfoque", dijo. "Suponiendo que la realidad se describe ahora por muchas trayectorias en lugar de una onda, tenemos que preguntarnos lo que estas trayectorias significan realmente, físicamente. La única interpretación razonable es pensar en cada trayectoria como la representación de un mundo diferente. En cada mundo, nada es onda -como o indefinido. todo es nítido y bien definido. Pero ahora hay múltiples mundos. La variación entre estos mundos es en realidad de donde proviene la incertidumbre cuántica o "falta de claridad", junto con el resto de comportamiento cuántico".
La aparente falta de claridad de las posiciones de las partículas puede ser considerada como una manifestación de una interacción inter-mundo. Poirier dice que mientras que la ecuación de onda todavía funciona, los científicos ya no pueden decir que es más natural explica lo que está pasando en la escala cuántica que la idea de muchos universos alternos interactuando juntos en la escala cuántica.
Ambas son formas igualmente válidas de interpretación de la realidad que son consistentes con los experimentos actuales.
En cuanto a la descripción de lo que podría estar sucediendo ahora mismo en otros universos paralelos, Poirier dijo que sería pura especulación.
"No tenemos pruebas de que un suplente yo o usted podría ser presidente", dijo. "No puedo decir si existen esos mundos o no. De acuerdo con la teoría, los únicos mundos que pueden interactuar directamente están tan cerca de nuestro propio mundo que difícilmente podemos distinguirlos, excepto en la escala cuántica. Así que el poder ser un poco aburrido para gente que le gusta pensar en términos de la ciencia ficción. por otro lado, esto no excluye la posibilidad de que efectivamente hay mundos más lejanos macroscópicamente diferentes del nuestro, donde usted y yo vivimos, al fin y al cabo cualquier número de existencias contrafactuales. no tenemos ninguna evidencia directa para eso. Pero, de nuevo, ni debemos, según la teoría, aunque sí existen tales mundos."
Provided by: University of California, Griffith University y Texas Tech University.
