Los teóricos cuánticos a menudo hablan de un mundo puntillista en las escalas más pequeñas. Sin embargo, una mirada más atenta a las leyes de la naturaleza sugiere que el mundo físico es un continuo, realmente más analógico que digital.
El año pasado, en el concurso de ensayos del Instituto de Cuestiones Fundamentales (Foundational Questions Institute) se planteó la siguiente pregunta a los físicos y filósofos: “¿La realidad es digital o analógica?” Los organizadores esperaban que las respuestas vinieran por el lado de lo digital. Después de todo, la palabra «cuanto» (quantum) de la física cuántica tiene la connotación de separación, lo “individual”, y por lo tanto, lo “digital”. Sin embargo, muchos de los mejores ensayos proponían que el mundo es analógico. Entre ellos se encontraba la entrada de David Tong, que compartió el segundo premio. El artículo publicado en la revista de diciembre es una versión de su ensayo (que desafortunadamente no es libre acceso).
A finales de 1800, el famoso matemático alemán, Leopold Kronecker, proclamó: “Dios hizo los enteros, todo lo demás es obra del hombre”. Él creía que los números enteros desempeñan un papel fundamental en las matemáticas. Para los físicos de hoy, esta cita tiene una resonancia distinta. Se relaciona con una creencia cada vez es más común en las últimas décadas: que la naturaleza es, en el fondo, individual, que los componentes básicos de la materia y del espacio-tiempo se pueden contar, uno por uno. Esta idea se remonta a los antiguos atomistas griegos, pero tiene un potencial adicional en la era digital. Muchos físicos han llegado a pensar en el mundo natural, como en un vasto ordenador que se describe por sus bits individuales de información, con las leyes de la física de un algoritmo, como esa especie de lluvia verde digital que veía Neo al final de la película de 1999, The Matrix .
Las ideas claves de dicho artículo:
- La mecánica cuántica se suele considerar como inherentemente individual, sin embargo, sus ecuaciones se formulan en términos de cantidades continuas. Los valores individuales surgen dependiendo de cómo el sistema está configurado.
- Los partidarios de lo digital insisten en que las cantidades continuas son, en una inspección más cercana, individuales, subyacen en una red estrechamente espaciada que nos ofrece la ilusión de una continuidad, igual que los píxeles de una pantalla de ordenador.
- Esta idea del espacio pixelado, de un espacio individual contradice, al menos, una característica de la naturaleza, la asimetría entre las versiones de izquierda y derecha de las partículas elementales de la materia.
– Previo del artículo: Is Quantum Reality Analog after All? ¿Es analógica la realidad cuántica?
– El ensayo en cuestión: “The Unquantum Quantum“. Scientific American 307, 46 – 49 (2012). Published online: 13 November 2012. doi:10.1038/scientificamerican1212-46
– Autor: David Tong es profesor de física teórica, DAMTP, Centre for Mathematical Sciences, University of Cambridge.
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Respuesta de Victor Stenger
En el artículo de la revista Scientific American de diciembre 2012, el físico David Tong hace la siguiente declaración:
Esto es muy engañoso. Nadie ha observado un campo cuántico. Los campos cuánticos son construcciones puramente matemáticas dentro de la teoría cuántica de campos.
Cada campo cuántico está asociado con una partícula que se llama “cuanto de campo.” El fotón es el cuanto del campo electromagnético. El electrón es el cuanto delcampo de Dirac. El bosón de Higgs es el cuanto delcampo de Higgs. En otras palabras, algo así como amor y matrimonio, no se puede tener uno sin el otro. Los bloques de construcción de nuestras teorías son campos y partículas.
No obstante, hay que tener en cuenta que lo que Tong llama “una mentira” es la noción de que los bloques de construcción de la naturaleza son partículas individuales, mientras que los campos, son los componentes básicos de nuestras teorías. Es decir, que equipara la naturaleza a la teoría.
Tong está revelando su aceptación de una concepción común que existe entre los físicos teóricos de hoy (Paul Dirac y Richard Feynman, entre otras grandes figuras del siglo XX, no formaron parte de esa escuela). Esto es, los símbolos que aparecen en las ecuaciones matemáticas representan la “verdadera realidad”, mientras que nuestras observaciones, que siempre se parecen a las partículas localizadas, son sólo la forma en que esa realidad se manifiesta.
Esta asociación de símbolos matemáticos con la verdadera realidad es, precisamente, la filosofía que fue propuesta por Platón hace 2.400 años, en su teoría de las formas. El platonismo es más teología que ciencia, y Platón no era científico. Afirmó que un divino artesano, llamado Demiurgo, construyó el cosmos según un plan divino. Hay dos reinos: el reino de las formas o ideas que es perfecto, y un reino material, donde estas formas o ideas no están perfectamente replicadas (Lindberg, p.36).
A mis 40 años como físico experimental de partículas elementales, tengo una perspectiva diferente. Empecé en la década de 1960 con el análisis de imágenes de cámara de burbujas donde uno se sentaba en una mesa de exploración, y rastreaba las hermosas pistas de esas burbujas fotografiadas durante el tiempo que estaban expuestas al líquido sobrecalentado de la cámara con el haz pulsado de un acelerador.
Nunca se me ocurrió, ni a mis colaboradores, describir lo que observábamos como una especie de campo en un espacio multidimensional abstracto (los campos cuánticos no viven en un espacio-tiempo que nos sea familiar, a pesar de la afirmación de Tong).
Interpretamos los senderos de las burbujas como el efecto de las partículas cargadas ionizantes de los átomos de un líquido, y la producción de la ebullición localizada a lo largo de sus trayectorias. Los caminos se curvaban debido a un imán externo que producía un campo magnético dentro de una cámara, y mediante la medición de la curvatura de una trayectoria individual pudimos determinar el momentum de la partícula . Según el ratio de reducción de la velocidad de la partícula significaba la pérdida de energía de la ionización, y así podíamos también determinar su velocidad y, a partir de estas dos mediciones, determinar la energía de la partícula.
Estas mediciones nos permitió detectar la presencia de muchos nuevos objetos, que también llamábamos “partículas”, ya que nunca antes habían sido observados. Algunos eran tan inestables que no vivían lo suficiente como para dejar una huella apreciable en la cámara. Eran detectados tras calcular la pérdida de masa, partiendo de las mediciones de las pistas de partículas de un evento completo.
Por ejemplo, supongamos que la cámara se llena con hidrógeno y se expone a un haz de muy alta energía piones. A continuación podrá observar la huella de un pión que entra y choca con un protón en el hidrógeno. Eso se llama un “evento”. A continuación, medir los impulsos y las energías de las vías de salida y utilizar la energía y la conservación del momento para determinar cualquier masa que falta.
Mientras que los detectores situados en los gigantes colisionadores de hoy en día, como el Gran Colisionador de Hadrones, son mucho más sofisticados que una cámara de burbujas, operan, sin embargo, bajo el mismo principio general. Miden el momentum y la energía, a través de curvatura magnética y la reserva de energía.
Además, los trabajadores en el LHC no hablna de choques de campos cuánticos de dos protones, para medir las longitudes de onda de algo abstracto que oscila en algún éter imaginario. Hablan de colisionar partículas entre sí y medir las partículas despedidas que observan.
El punto es que mientras que nuestras teorías matemáticas se expresan en términos de campos abstractos, lo que siempre medimos es mejor describirlo como partículas.
Por ejemplo, consideremos el famoso experimento de la doble rendija. La luz descrita como un campo electromagnético oscilante u “onda” pasa a través de dos estrechas rendijas que producen un patrón de intensidad en una pantalla, caracteriza por una serie alternante, de iguales franjas espaciadas de brillo y oscuras “interferencias”. La distancia entre las franjas puede ser utilizada para calcular la longitud de onda del campo oscilante.
Sin embargo, si en lugar de una pantalla tenemos una matriz de fotodetectores sensibles a nivel de un fotón, detectaremos fotones individuales, las partículas que constituyen la luz según la teoría de Einstein en 1905 del efecto fotoeléctrico. Es decir, no detectamos un campo o una onda, detectamos una partícula. El patrón de franjas no aparece hasta haber acumulado la distribución estadística de un gran número de fotones. La así llamada “naturaleza de onda” de la luz no es, por tanto, una característica de un único fotón, sino que es una característica del comportamiento de un conjunto de muchos fotones.
Ahora bien, existen otras escuelas filosóficas, además de platonismo. La mayoría de los experimentadores, patalean y gritan si tienen que pensar en una cuestión filosófica, probablemente dirían que los objetos que observan, y que ellos llaman partículas, son “reales”. Entonces, no tienen medios mejores para demostrar tal afirmación sobre la que insisten sus colegas teóricos.
Las preguntas sobre la naturaleza de la realidad son propias de la metafísica. Ello no supone que las observaciones puedan decidir las cuestiones científicamente. Si lo hicieran, sería física y no metafísica. Sólo conozco dos maneras por las cuales podemos determinar la naturaleza de la realidad al margen del campo de observación: la revelación y la razón. Dudo mucho que los físicos teóricos crean en la revelación, y esos pocos que lo creen tampoco intenten aplicarlo a su trabajo si no quieren invitar las burlas de sus colegas.
Eso nos deja la razón. Platón, Aristóteles, San Agustín, Santo Tomás de Aquino, Immanuel Kant, y muchos otros pensadores a través de la historia, han afirmado que la razón sin observación es capaz de descubrir verdades sobre el mundo. El problema es que, a pesar de miles de años de intentarlo, todavía no han llegado a un solo ejemplo de una verdad que haya sido verificada objetivamente.
Nadie duda de que la luna es real, y es sólo una partícula cuando se la ve desde bastante lejos. ¿Qué la diferencia de un fotón registrado en un fotodetector? Así pues, aunque no puedo probarlo, parece razonable que los fotones, electrones, quarks, neutrinos y bosones de Higgs sí son reales.
– Autor: Victor Stenger, físico, Ph.D., autor del bestseller ‘God and the Folly of Faith’.
Cita: C. Lindberg. The Beginnings of Western Science: The European Scientific Tradition in Philosophical, Religious, and Institutional Context, Prehistory to A.D. 1450. 2nd ed. (Chicago: University of Chicago Press, 2007).
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Fuente: http://bitnavegante.blogspot.com.es
Historias de un practicante zen 
Experimento de la Doble Rejilla, abrió el mundo de la física cuántica y que cambió el mundo para siempre http://www.verfractal.es/2012/11/el-experimento-de-la-doble-rejilla.html