La moneda cuántica y el azar

Toda imprevisibilidad en el mundo que nos rodea, sea el resultado de un lanzamiento de moneda o las condiciones meteorológicas del próximo mes, es un fenómeno fundamentalmente cuántico en lugar de clásico. Esta es la conclusión de dos físicos en los EE.UU., que han trabajado en la razón de por que las interacciones moleculares de gases y líquidos pueden amplificar pequeñas fluctuaciones cuánticas, hasta el punto de que las fluctuaciones son lo suficientemente grandes como para dar cuenta de las incertidumbres que experimentamos en escala macroscópica. Esta idea, dicen, podría ser importante en cosmología, ya que podría descartar algunas teorías del multiverso que se basan en la física clásica frente a probabilidades cuánticas.

En las teorías clásicas de probabilidad de posibilidades atribuimos que una moneda caiga de cara o cruz simplemente refleja lo mucho o lo poco que sabemos acerca del lanzamiento de la moneda. Decir que hay una posibilidad 50:50 significa que no tenemos idea de cómo caerá la moneda. En principio, sin embargo, si se entiende exactamente cómo los procesos físicos determinan el resultado y también sabemos con suficiente precisión todos los parámetros relevantes -como la fuerza impartida a la moneda, la altura desde la que cae y la resistencia del aire- podríamos predecir el resultado con certeza.

De acuerdo con las últimas investigaciones, este punto de vista no es correcto. Andreas Albrecht y Daniel Phillips, de la Universidad de California en Davis sostienen que las probabilidades que utilizamos en nuestra vida cotidiana y en  ciencia no “cuantifican nuestra ignorancia”, sino que reflejan la inherente naturaleza aleatoria del mundo físico descrito por la mecánica cuántica. La pareja de físicos afirma que las fluctuaciones cuánticas pueden ser amplificadas lo suficiente por procesos físicos conocidos hasta el punto en que puede dar cuenta de los resultados de estos eventos macroscópicos cotidianos. De hecho, afirman que todas las probabilidades útiles en la práctica se pueden explicar de esta manera. En otras palabras, todas las probabilidades clásicas se pueden reducir a lo cuántico.

Para respaldar su caso Albrecht y Phillips consideran un fluido ideal  con forma de bola de billar, donde las moléculas chocan constantemente entre sí. El principio de incertidumbre de Heisenberg establece que la trayectoria de una bola de billar tendrá una incertidumbre inherente, como resultado de la incertidumbre en su posición y momento. Los investigadores trabajaron introduciendo los valores adecuados de radio, camino libre medio, velocidad media y masa de las bolas de billar en un par de ecuaciones simples, cuanto esta incertidumbre crece con cada choque entre las bolas.  Demuestran que en el agua y aire (nitrógeno) la incertidumbre se hace tan grande en el espacio de una colisión que cada fluctuación solo en las propiedades de estos fluidos tiene un origen completamente atribuible a la mecánica cuántica.

Luego, los investigadores muestran que el manifiesto de las fluctuaciones cuánticas en el agua puede determinar el resultado de una cara o cruz. Ellos calculan que una moneda típica volteada puede girar por medio a una revolución de alrededor de 1 ms. Esta es también la incertidumbre temporal en el proceso neuronal que regula el giro de la moneda, un proceso que un grupo de neurocientíficos en 2008 argumentó como causado por las fluctuaciones en el número de neuronas abiertos en los canales de iones. Dado que estas fluctuaciones son, a su vez, causadas por el movimiento browniano de moléculas denominadas polipéptidos en un líquido que es en gran parte agua, la incertidumbre cuántica (que acciona el movimiento browniano) puede completamente aleatorizar el lanzamiento de la moneda.

Por lo tanto, los investigadores dicen que nadie lanza una moneda es, de hecho, la realización de un experimento del estilo del gato de Schrödinger. Pero en lugar de un gato que está a la vez vivo y muerto, el objeto cuántico en este caso es una moneda, el estado final del cual es a la vez cara y cruz. El resultado por lo tanto sigue siendo realmente abierto hasta que la moneda es vista, en cuyo punto el sistema asume un valor definido de cara o cruz.

Los investigadores admiten que su ejemplo está muy simplificado y  tienen un trabajo difícil por delante para trazar la amplificación de la incertidumbre cuántica en todos los contextos familiares, ya sea tirar los dados o escoger una carta al azar. También señalan que sólo se requeriría un contraejemplo para falsificar su idea -un uso de probabilidades clásicas que quedaran  muy bien aisladas del mundo físico cuántico.

David Papineau, filósofo del King’s College cree que la idea es correcta, pero que no cree que su conclusión sea tremendamente sorprendente. “Es muy probable que todas las probabilidades serias, ya sea que una moneda caiga de cara o que un feto se convierta mujer, sean manifestaciones de oportunidades cuántica”, dice. “De hecho tenemos dispositivos, como los contadores Geiger, que muestran como grandes resultados a menudo son causados ​​por micro-eventos”.

Albrecht responde que él y Phillips son quizás los primeros físicos que han abordado la relación de probabilidades cuánticas y clásicas, y argumenta que la última investigación también podría descartar algunas teorías en las que los procesos físicos (como la llamada “inflación eterna”) producen múltiples copias de universos como el que observamos a nuestro alrededor. En esas teorías del “multiverso”, dice, deben importar las probabilidades puramente clásicas porque una función de onda cuántica por sí sola no puede determinar en qué universo se realiza una medición concreta. Pero Albrecht señala que esta medida no sería posible si las probabilidades clásicas son, en el fondo, cuánticas.

Una pre-impresión de la investigación está disponible en arXiv

Autor: Edwin Cartlidge

Enlace original: The quantum coin toss