Yo y mi sombra: la mecánica cuántica desafía el concepto de personalidad

2024 Autor: Malcolm Clapton | [email protected]. Última modificación: 2023-12-17 03:53

¿Por qué estás tú? ¿Cómo sabes que eres una persona con un carácter y una forma de pensar únicos? La mecánica cuántica nos aconseja no tener tanta confianza. Es posible que no seamos todos tan diferentes como imaginamos.

Martin Guerr y la identidad robada

¿Conocías a Martin Guerre? Este es un campesino francés que una vez se encontró en una situación extraña y desagradable. Martin vivía en un pequeño pueblo. Cuando el niño tenía 24 años, sus propios padres lo acusaron de robar. Herr se vio obligado a dejar su casa, dejar a su esposa e hijo. Ocho años después, el hombre regresó a su pueblo natal y se reunió con su familia. Tres años después, la familia tuvo tres hijos.

Todo parecía seguir como de costumbre. Pero apareció en el pueblo un soldado extranjero, que declaró que había peleado con Martín Gerr en el ejército español y que había perdido una pierna en la batalla. La familia de Martin comenzó a dudar si su pariente había regresado a casa hace tres años. Después de un largo juicio, resultó que la identidad de Guerra fue "secuestrada" por el aventurero Arnault du Tilh. El verdadero Martín se sometió a una amputación de una pierna y fue nombrado sinecure en un monasterio en España. Sin embargo, el juicio del "ladrón de identidad" fue tan famoso que el verdadero Herr regresó a su pueblo natal. El destino del aventurero Arnaud du Thiel quedó sellado con una breve sentencia de muerte. Y el mismo Martín acusó a su esposa de ayudar al engañador, sin creer que una mujer no reconociera a su amado esposo.

Esta historia emocionó las mentes de escritores y directores. Por sus motivos, se rodó una película, se escenificó un musical e incluso se rodó una serie de televisión. Además, una de las series "Los Simpson" está dedicada a esta ocasión. Tal popularidad es comprensible: tal incidente nos entusiasma, porque duele hasta lo más rápido: nuestras ideas sobre identidad y personalidad.

¿Cómo podemos estar seguros de quién es realmente una persona, incluso la más querida? ¿Qué significa identidad en un mundo donde nada es permanente?

Los primeros filósofos intentaron responder a esta pregunta. Asumieron que somos diferentes unos de otros en alma y que nuestros cuerpos son solo marionetas. Suena bien, pero la ciencia ha rechazado esta solución al problema y ha sugerido buscar la raíz de la identidad en el cuerpo físico. Los científicos soñaban con encontrar algo a nivel microscópico que distinguiera a una persona de otra.

Es bueno que la ciencia sea precisa. Por lo tanto, cuando decimos "algo a nivel microscópico", por supuesto, nos referimos a los bloques de construcción más pequeños de nuestro cuerpo: moléculas y átomos.

Sin embargo, este camino es más resbaladizo de lo que parece a primera vista. Imagínese Martin Guerr, por ejemplo. Acércate a él mentalmente. Rostro, piel, poros … sigamos adelante. Acerquémonos lo más posible, como si tuviéramos el equipo más potente de nuestro arsenal. ¿Qué encontraremos? Electrón.

Partícula elemental en una caja

Herr estaba hecho de moléculas, las moléculas están hechas de átomos, los átomos están hechos de partículas elementales. Estos últimos están hechos "de la nada", son los bloques de construcción básicos del mundo material.

Un electrón es un punto que literalmente no ocupa ningún espacio. Cada electrón está determinado únicamente por la masa, el giro (momento angular) y la carga. Esto es todo lo que necesita saber para describir la "personalidad" de un electrón.

¿Qué significa? Por ejemplo, el hecho de que cada electrón se parezca exactamente a cualquier otro, sin la menor diferencia. Son absolutamente idénticos. A diferencia de Martin Guerr y su gemelo, los electrones son tan similares que son completamente intercambiables.

Este hecho tiene algunas implicaciones bastante interesantes. Imaginemos que tenemos una partícula elemental A, que difiere de la partícula elemental B. Además, tenemos dos cajas, la primera y la segunda.

También sabemos que cada partícula debe estar en una de las cajas en un momento dado. Como recordamos que las partículas A y B son diferentes entre sí, resulta que solo hay cuatro opciones para el desarrollo de eventos:

• A está en la casilla 1, B está en la casilla 2;
• A y B se encuentran juntos en la casilla 1;
• A y B se encuentran juntos en el recuadro 2;
• A se encuentra en la casilla 2, B se encuentra en la casilla 1.

Resulta que la probabilidad de encontrar dos partículas a la vez en una caja es 1: 4. Genial, lo solucioné.

Pero, ¿y si las partículas A y B no son diferentes? ¿Cuál es la probabilidad de encontrar dos partículas en la misma caja en este caso? Sorprendentemente, nuestro pensamiento determina inequívocamente: si dos partículas son idénticas, entonces solo hay tres opciones para el desarrollo de eventos. Después de todo, no hay diferencia entre el caso en que A está en el cuadro 1, B está en el cuadro 2, y el caso en que B está en el cuadro 1, A está en el cuadro 2. Entonces la probabilidad es 1: 3.

La ciencia experimental confirma que el microcosmos obedece a una probabilidad de 1: 3. Es decir, si reemplazara el electrón A por cualquier otro, el Universo no notaría la diferencia. Y usted también.

Electrones astutos

Frank Wilczek, físico teórico del Instituto de Tecnología de Massachusetts y premio Nobel, llegó a la misma conclusión que acabamos de llegar. El científico considera que este resultado no solo es interesante. Wilczek afirmó que el hecho de que dos electrones sean absolutamente indistinguibles es la conclusión más profunda e importante de la teoría cuántica de campos.

Un disparo de control es un fenómeno de interferencia que "traiciona" a un electrón y nos muestra su vida secreta. Verá, si se sienta y mira fijamente un electrón, se comporta como una partícula. Tan pronto como te alejas, muestra las propiedades de una ola. Cuando dos de esas ondas se superponen, se amplifican o debilitan entre sí. Solo tenga en cuenta que no nos referimos al concepto físico, sino al concepto matemático de una onda. No transfieren energía, sino probabilidad: afectan los resultados estadísticos del experimento. En nuestro caso, a la conclusión del experimento con dos cajas, en el que obtuvimos una probabilidad de 1: 3.

Curiosamente, el fenómeno de interferencia ocurre solo cuando las partículas son verdaderamente idénticas. Los experimentos han demostrado que los electrones son exactamente iguales: se produce interferencia, lo que significa que estas partículas son indistinguibles.

¿Para qué es todo esto? Wilczek dice que la identidad de los electrones es exactamente lo que hace posible nuestro mundo. Sin esto, no habría química. La materia no se pudo reproducir.

Si hubiera alguna diferencia entre los electrones, todo se convertiría en un caos a la vez. Su naturaleza precisa e inequívoca es la única base para que exista este mundo lleno de incertidumbres y errores.

Bueno. Digamos que un electrón no se puede distinguir de otro. Pero podemos poner uno en el primer cuadro, el otro en el segundo y decir: "Este electrón está aquí, y el otro está allá".

“No, no podemos”, dice el profesor Wilczek.

Tan pronto como pones los electrones en cajas y miras hacia otro lado, dejan de ser partículas y comienzan a exhibir propiedades de onda. Esto significa que se extenderán infinitamente. Por extraño que parezca, existe la posibilidad de encontrar un electrón en todas partes. No en el sentido de que esté ubicado en todos los puntos a la vez, sino en el hecho de que tienes una pequeña posibilidad de encontrarlo en cualquier lugar si de repente decides dar la vuelta y empezar a buscarlo.

Está claro que es bastante difícil imaginar esto. Pero surge una pregunta aún más interesante.

¿Son los electrones tan complicados o el espacio en el que se encuentran? Y luego, ¿qué pasa con todo lo que nos rodea cuando nos alejamos?

Párrafo más difícil

Resulta que todavía puedes encontrar dos electrones. El único problema es que no se puede decir: aquí está la onda del primero, aquí está la onda del segundo electrón y todos estamos en un espacio tridimensional. No funciona en mecánica cuántica.

Tienes que decir que hay una onda separada en el espacio tridimensional para el primer electrón y hay una segunda onda en el espacio tridimensional para el segundo. Al final, resulta que ¡sé fuerte! es una onda de seis dimensiones que une dos electrones. Suena horrible, pero luego lo entendemos: estos dos electrones ya no están colgando, nadie sabe dónde. Sus posiciones están claramente definidas, o mejor dicho, unidas por esta onda de seis dimensiones.

En general, si antes pensamos que hay espacio y cosas en él, entonces, teniendo en cuenta la teoría cuántica, tendremos que cambiar ligeramente nuestra representación. El espacio aquí es solo una forma de describir las interconexiones entre objetos, como los electrones. Por tanto, no podemos describir la estructura del mundo como las propiedades de todas las partículas juntas que lo componen. Todo es un poco más complicado: tenemos que estudiar las conexiones entre partículas elementales.

Como puede ver, debido al hecho de que los electrones (y otras partículas elementales) son absolutamente idénticos entre sí, el concepto mismo de identidad se convierte en polvo. Resulta que dividir el mundo en sus componentes está mal.

Wilczek dice que todos los electrones son idénticos. Son una manifestación de un campo que impregna todo el espacio y el tiempo. El físico John Archibald Wheeler piensa de manera diferente. Él cree que inicialmente había un electrón, y todos los demás son solo rastros de él, impregnando el tiempo y el espacio. "¡Qué absurdo! - puedes exclamar en este lugar. "¡Los científicos están fijando electrones!"

Pero hay un pero.

¿Y si todo es una ilusión? El electrón existe en todas partes y en ninguna. No tiene forma material. ¿Qué hacer? ¿Y qué es entonces una persona que consta de partículas elementales?

Ni una gota de esperanza

Queremos creer que cada cosa es más que la suma de sus partículas constituyentes. ¿Qué pasaría si elimináramos la carga del electrón, su masa y giro y obtuviéramos algo en el resto, su identidad, su "personalidad"? Queremos creer que hay algo que convierte a un electrón en un electrón.

Incluso si las estadísticas o los experimentos no pueden revelar la esencia de una partícula, queremos creer en ella. Después de todo, hay algo que hace que cada persona sea única.

Supongamos que no habría diferencia entre Martin Gerr y su doble, pero uno de ellos sonreiría tranquilamente, sabiendo que él era el verdadero.

Me gustaría creer mucho en eso. Pero la mecánica cuántica es absolutamente despiadada y no nos dejará pensar en todo tipo de tonterías.

No se deje engañar: si el electrón tuviera su propia esencia individual, el mundo se convertiría en un caos.

está bien. Dado que los electrones y otras partículas elementales no existen realmente, ¿por qué existimos nosotros?

Teoría uno: somos copos de nieve

Una de las ideas es que hay muchas partículas elementales en nosotros. Forman un sistema complejo en cada uno de nosotros. Parece que el hecho de que todos seamos diferentes es una consecuencia de cómo nuestro cuerpo está construido a partir de estas partículas elementales.

La teoría es extraña, pero hermosa. Ninguna de las partículas elementales tiene su propia individualidad. Pero juntos forman una estructura única: una persona. Si quieres, somos como copos de nieve. Está claro que todos son agua, pero el patrón de cada uno es único.

Tu esencia es cómo se organizan las partículas en ti, no de qué estás hecho exactamente. Las células de nuestro cuerpo cambian constantemente, lo que significa que lo único que importa es la estructura.

Teoría dos: somos modelos

Hay otra forma de responder a la pregunta. El filósofo estadounidense Daniel Dennett sugirió reemplazar el concepto de "cosa" por el término "modelo real". Según Dennett y sus seguidores, algo es real si su descripción teórica se puede duplicar de manera más sucinta, en pocas palabras, usando una descripción simple. Para explicar cómo funciona esto, tomemos un gato como ejemplo.

Entonces, tenemos un gato. Técnicamente, podemos recrearlo en papel (o virtualmente) describiendo la posición de cada partícula de la que está compuesto, y así trazar un diagrama del gato. Por otro lado, podemos hacerlo de otra manera: solo di "gato". En el primer caso, necesitamos una gran potencia de cálculo no solo para crear una imagen de un gato, sino también, digamos, hacer que se mueva, si estamos hablando de un modelo de computadora. En el segundo, solo necesitamos respirar profundamente y decir: "El gato caminó por la habitación". El gato es un modelo real.

Tomemos otro ejemplo. Imagínese una composición que incluye el lóbulo de la oreja izquierda, el elefante más grande de Namibia, y la música de Miles Davis. Tomará mucho tiempo crear este objeto computacionalmente. Pero la descripción verbal de este fantástico monstruo te llevará lo mismo. No funcionará acortar, decir también en dos palabras, porque tal composición es irreal, lo que significa que no existe. Este no es un modelo real.

Resulta que somos solo una estructura momentánea que aparece bajo la mirada del espectador. Los físicos echan leña al fuego y dicen que quizás en la final resulte que el mundo no está hecho de nada. Por ahora, nos queda señalarnos unos a otros y al mundo que nos rodea, describiendo todo con palabras y distribuyendo nombres. Cuanto más complejo sea el modelo, más tenemos que comprimir su descripción, haciéndolo real. Tomemos, por ejemplo, el cerebro humano, uno de los sistemas más complejos del universo. Trate de describirlo en pocas palabras.

Trate de describirlo en una palabra. ¿Lo que sucede?