El gato de Schrödinger (2°parte)

-Lo que sobrevino-

"Vivimos en una isla de conocimiento rodeado por un mar de ignorancia. A medida que nuestra isla de conocimiento crece, también lo hace la orilla de nuestra ignorancia".

John Archibald Wheeler

Jhon Archivald Wheeler poco antes de su muerte a los 96 años.

John Wheeler al que mencionamos en el final de la parte primera, fue precisamente el tutor para la tesis doctoral de Física Teórica de Richard Feynman cuya frase encabeza esa entrada. Otro de sus estudiantes doctorales fue Hugh Everett al que me referiré más adelante.

El nombre de John Wheeler no goza de la popularidad de otros físicos, pero sin embargo sus aportes han sido tan numerosos como importantes. Fue él, quien adoptó el término de "agujero negro" para los objetos con colapso gravitacional predichos por Karl Schwarzschild en 1916 y también otros términos muy utilizados en astrofísica como el de "whorhole", "agujero de gusano" para los hipotéticos atajos entre el espacio-tiempo. Estos son unas estructuras especulativas que unen dos puntos del espacio-tiempo. El primero en advertir la posibilidad de la existencia de los "agujeros de gusano" fue Ludwig Flamm también en el año 1916 y en 1921 su planteamiento fue mejorado por el matemático Hermann Weyl (éste fue uno de los primeros en concebir la probabilidad de combinar la relatividad general con las leyes del electromagnetismo). Algunos otros términos que acuñó fueron: "agujero blanco" (como su nombre indica, la contraparte del agujero negro) (el otro extremo del agujero de gusano), "moderador de neutrones" (que es un medio para reducir la velocidad de los neutrones rápidos sin capturarlos) (casi todos hemos oído hablar de agua pesada, que es un ejemplo, aunque hoy se utiliza solamente en tan solo un 5% de los reactores nucleares). Introdujo el término "espuma cuántica" que es la fluctuación cuántica a escala muy pequeña del espacio-tiempo. Según la física cuántica la nada no existe, en lugar de ella existe la "espuma cuántica". Wheeler explicó este concepto en 1955 y en ese mismo año investigó teóricamente por primera vez unas ondas electromagnéticas o gravitacionales no singulares a las cuales llamo Geon, palabra derivada de una contracción de "gravitational electromagnetic entity" (entidad electromagnética gravitacional). Geometrodinámica es un intento de describir el espacio-tiempo y sus fenómenos asociados en términos de geometría. Wheeler, por supuesto, no solamente acuñó esta denominación, sino que fue su entusiasta promotor en la década de los sesenta. Fue el introductor de la "matriz S" (matriz de dispersión), siendo uno de los pioneros de la teoría de la fisión nuclear, trabajando durante la Segunda Guerra Mundial en el proyecto Manhattan (bombas atómicas), continuando luego con el desarrollo de la bomba de hidrógeno. También es uno de los principales difusores del principio antrópico. Introdujo el concepto de "superespacio", aunque originalmente utilizó esta misma palabra en otros sentidos no relacionados con describir el espacio de configuración de la relatividad general. También tenemos la ecuación de Wheeler-DeWitt, un paso hacia la gravedad cuántica. El proceso Breit-Wheeler, un mecanismo por el cual la luz se puede transformar en materia. Teoría de campos unificados, teoría del absorbedor de Wheeler-Feynman, universo de un electrón y podríamos seguir con la enumeración de sus trabajos. Pero creo que dado un pantallazo de la prolífica obra de Wheeler, presentando posiblemente algunos conceptos desconocidos, es tiempo de dedicarnos a las derivaciones del experimento tratado. 

Habíamos finalizado la primera parte de El gato de Schrödinger con: En conjunción Eugene Wigner y John Wheeler expresan que el propio universo entero puede deber su existencia real a la circunstancia de ser observado por seres inteligentes. Y esta concepción se deriva directamente del experimento del gato de Schrödinger. Surge de lo que Wheeler llama experimento de elección retardada.

Para la teoría cuántica ningún fenómeno elemental es un fenómeno hasta que no sea un fenómeno detectado y la propia detección originará variaciones.

Wheeler concibe entonces, otro experimento que es una adaptación del de las dos rendijas. Si bien el experimento de la doble rendija, es uno de los más famosos de la mecánica cuántica, trataremos de hacer una explicación para los que puedan no estar familiarizados con el mismo y tratar de convencerlos de porqué es tan importante. Por el siglo XVIII, los científicos estaban divididos en sus opiniones sobre la naturaleza de la luz. Un siglo antes Isaac Newton había proclamado que la luz consistía en una corriente de partículas. Pero posteriormente algunos científicos empezaron a sospechar que la luz tenía una naturaleza ondulatoria como el sonido. Pues tanto el sonido como la luz compartían los mismos fenómenos ondulatorios: la refracción, la reflexión, la birrefringencia, la difracción y la interferencia. Christian Huygens, René Descartes y Robert Hooke propusieron teorías ondulatorias para la luz. En 1801, el físico Thomas Young ideo un experimento, con el cual pretendió demostrar la naturaleza ondulatoria de la luz. 

Por Lookang muchas gracias a Fu-Kwun Hwang y autor de Easy Java Simulation = Francisco Esquembre — Trabajo propio, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=17014507

En el año 1900, Max Planck ya había advertido que la luz no era un flujo constante, afirmando que  ésta viajaba en "paquetes" de energía. En 1905, Einstein expresaba que, a veces, la luz parecía consistir en "cuantos" (lo que se conocería más tarde como fotones) y cuatro años después, introdujo la inseparable doble naturaleza de la luz ("dualidad") en la física, aunque por unos quince años este concepto no sería aceptado por la comunidad científica. La luz se compone de fotones (símbolo "γ") ("cuantos" de energía en forma de radiación electromagnética) un tipo de partícula elemental, pero también se comporta como onda. Para contrariedad de los que no aceptaban la dualidad de la luz, ésta característica posteriormente se amplió a la materia en la escala atómica. En 1924 Louis de Broglie, propuso que si la luz que se creía que era una onda tenía comportamiento como partícula, también el electrón tendría la misma dualidad. Esta fue una propuesta totalmente intuitiva, pero tres años después el físico George Thompson, lo lograba demostrar empíricamente. Lo anecdótico, es que George Thompson obtuvo el Premio Nobel de Física en el año 1937 por haber demostrado que los electrones son ondas, mientras que su padre John Thompson había obtenido el mismo premio en 1906, por entre otros aportes, haber demostrado que el electrón era una partícula.

En el nuevo experimento de Wheeler, éste combina las dos rendijas con una lente para concentrar la luz que atraviesa el sistema, y la pantalla detectora se sustituye por otra lente que origine la divergencia de los fotones provenientes de cada agujero. Un fotón que pasa por uno de los agujero atraviesa la segunda pantalla y la segunda lente hasta un detector a la izquierda, mientras que otro fotón pasa por el otro agujero y va a dar contra el detector de la derecha. Si sólo se permite el pasaje de un fotón por vez, se podrá determinar que camino siguió y no hay interferencias porque no hay superposición de estados. 

(Diagrama del autor)

Luego se vuelve a modificar el aparato, cubriendo la segunda lente con una persiana que permita o no pasar al fotón y ser desviado. Lo importante es que con el mismo dispositivo no hay necesidad de decidir si se va a dejar abierta o cerrar la persiana antes de que el fotón haya atravesado la lente con los dos agujeros. Es permitido esperar a que las haya atravesado, y luego decidir si se crea un experimento donde el fotón ha ido por un agujero o por los dos a la vez. Se extrae entonces que en este experimento de elección retardada, algo que se hace ahora tiene una incidencia sobre lo que se puede afirmar sobre el pasado. La historia esta dependiendo de como se ha de efectuar su medida. Wheeler expresa en su obra "Some strangeness" ("Algo de extrañeza") "No tenemos más derecho a hablar de lo que el fotón esta haciendo" mientras no se le detecte.

En este punto, hay que tener especial cuidado, pues he detectado muchos malos entendidos. No se está diciendo que se puede cambiar el pasado. Sino, que la interpretación del pasado depende de cierta información que únicamente esta disponible en el futuro. 

Wheeler continúa: "los actos de participación del observador -vía el mecanismo de elección retardada- producen, a su vez, una realidad tangible al Universo, no solo al presente, sino a todo el pasado desde el principio". Observando los fotones de la radiación de fondo cósmica, puede que esa observación sea la causa del Big Bang y del mismo Universo. Si es acertada la especulación de Wheeler, Feynman se encontraría más cerca de la verdad de lo que el mismo opinaba cuando afirmó que el experimento de la doble rendija "contiene el único misterio".

Continúa