Si un árbol cae en un bosque y nadie está allí para escucharlo, hace un sonido? Talvez no, algunos dicen.

Y si alguien es allí para escucharlo? Si crees que eso significa que obviamente hizo hacer un sonido, es posible que deba revisar esa opinión.

Hemos encontrado una nueva paradoja en la mecánica cuántica:una de nuestras dos teorías científicas más fundamentales, junto con la teoría de la relatividad de Einstein, que arroja dudas sobre algunas ideas de sentido común sobre la realidad física.

Mecánica cuántica vs sentido común

Eche un vistazo a estas tres declaraciones:

1. Cuando alguien observa que ocurre un evento, eso De Verdad sucedió.
2. Es posible hacer elecciones libres, o al menos, elecciones estadísticamente aleatorias.
3. Una elección hecha en un lugar no puede afectar instantáneamente a un evento distante. (Los físicos llaman a esta "localidad").

Todas estas son ideas intuitivas, y ampliamente creído incluso por los físicos. Pero nuestra investigación, publicado en Física de la naturaleza , muestra que no todos pueden ser verdaderos, o la propia mecánica cuántica debe fallar en algún nivel.

Este es el resultado más fuerte hasta ahora de una larga serie de descubrimientos en mecánica cuántica que han trastornado nuestras ideas sobre la realidad. Para entender por qué es tan importante echemos un vistazo a esta historia.

La batalla por la realidad

La mecánica cuántica funciona muy bien para describir el comportamiento de objetos diminutos, como átomos o partículas de luz (fotones). Pero ese comportamiento es ... muy extraño.

En muchos casos, la teoría cuántica no da respuestas definitivas a preguntas como "¿dónde está esta partícula en este momento?" En lugar de, sólo proporciona probabilidades de dónde podría encontrarse la partícula cuando se observa.

Para Niels Bohr, uno de los fundadores de la teoría hace un siglo, eso no es porque nos falte información, sino porque las propiedades físicas como la "posición" no existen en realidad hasta que se miden.

Y lo que es más, debido a que algunas propiedades de una partícula no se pueden observar perfectamente de forma simultánea, como la posición y la velocidad, no se pueden verdadero simultaneamente.

Nada menos que Albert Einstein encontró esta idea insostenible. En un artículo de 1935 con los colegas teóricos Boris Podolsky y Nathan Rosen, argumentó que debe haber más en la realidad de lo que la mecánica cuántica podría describir.

El artículo consideró un par de partículas distantes en un estado especial que ahora se conoce como estado "entrelazado". Cuando la misma propiedad (digamos, posición o velocidad) se mide en ambas partículas entrelazadas, el resultado será aleatorio, pero habrá una correlación entre los resultados de cada partícula.

Por ejemplo, un observador que mida la posición de la primera partícula podría predecir perfectamente el resultado de medir la posición de la distante, sin siquiera tocarlo. O el observador podría optar por predecir la velocidad en su lugar. Esto tenía una explicación natural, ellos discutieron, si ambas propiedades existían antes de ser medidas, contrario a la interpretación de Bohr.

Sin embargo, En 1964, el físico de Irlanda del Norte John Bell descubrió que el argumento de Einstein fracasaba si se realizaba una combinación más complicada de diferente mediciones en las dos partículas.

Bell demostró que si los dos observadores eligen aleatoria e independientemente entre medir una u otra propiedad de sus partículas, como posición o velocidad, los resultados promedio no se pueden explicar en ninguna teoría en la que tanto la posición como la velocidad fueran propiedades locales preexistentes.

Eso suena increible pero los experimentos ahora han demostrado de manera concluyente que las correlaciones de Bell ocurren. Para muchos físicos, esto es evidencia de que Bohr tenía razón:las propiedades físicas no existen hasta que se miden.

Pero eso plantea la pregunta crucial:¿qué tiene de especial una "medida"?

El observador, observado

En 1961, El físico teórico húngaro-estadounidense Eugene Wigner ideó un experimento mental para mostrar qué tiene de engañoso la idea de medición.

Consideró una situación en la que su amigo entra en un laboratorio herméticamente cerrado y realiza una medición en una partícula cuántica:su posición, decir.

Sin embargo, Wigner notó que si aplicaba las ecuaciones de la mecánica cuántica para describir esta situación desde el exterior, el resultado fue bastante diferente. En lugar de que la medición del amigo haga que la posición de la partícula sea real, desde la perspectiva de Wigner, el amigo se enreda con la partícula y se infecta con la incertidumbre que la rodea.

Esto es similar al famoso gato de Schrödinger, un experimento mental en el que el destino de un gato en una caja se enreda con un evento cuántico aleatorio.

Para Wigner, esta fue una conclusión absurda. En lugar de, creía que una vez que la conciencia de un observador se involucra, el entrelazamiento "colapsaría" para que la observación del amigo fuera definitiva.

Pero, ¿y si Wigner estaba equivocado?

Nuestro experimento

En nuestra investigación, construimos sobre una versión extendida de la paradoja del amigo de Wigner, propuesto por primera vez por Časlav Brukner de la Universidad de Viena. En este escenario, existen dos físicos, llamémoslos Alice y Bob, cada uno con sus propios amigos (Charlie y Debbie) en dos laboratorios distantes.

Hay otro giro:Charlie y Debbie ahora miden un par de partículas entrelazadas, como en los experimentos de Bell.

Como en el argumento de Wigner, las ecuaciones de la mecánica cuántica nos dicen que Charlie y Debbie deberían enredarse con sus partículas observadas. Pero debido a que esas partículas ya estaban enredadas entre sí, Los mismos Charlie y Debbie deberían enredarse, en teoría.

Pero, ¿qué implica eso experimentalmente?

Nuestro experimento es así:los amigos entran en sus laboratorios y miden sus partículas. Algún tiempo después, Alice y Bob lanzan una moneda cada uno. Si son cabezas abren la puerta y le preguntan a su amigo qué vieron. Si es cruz, realizan una medición diferente.

Esta medida diferente siempre da un resultado positivo para Alice si Charlie está enredado con su partícula observada en la forma calculada por Wigner. Lo mismo ocurre con Bob y Debbie.

En cualquier realización de esta medida, sin embargo, cualquier registro de la observación de su amigo dentro del laboratorio está bloqueado para que no llegue al mundo externo. Charlie o Debbie no recordarán haber visto nada dentro del laboratorio, como si despertara de la anestesia total.

Pero, ¿realmente sucedió? incluso si no lo recuerdan?

Si las tres ideas intuitivas al principio de este artículo son correctas, cada amigo vio un resultado real y único para su medición dentro del laboratorio, independientemente de si Alice o Bob decidieron más tarde abrir su puerta. También, lo que Alice y Charlie ven no debería depender de cómo aterrice la moneda distante de Bob, y viceversa.

Demostramos que si este fuera el caso, habría límites para las correlaciones que Alice y Bob podrían esperar ver entre sus resultados. También mostramos que la mecánica cuántica predice que Alice y Bob verán correlaciones que van más allá de esos límites.

Próximo, Hicimos un experimento para confirmar las predicciones de la mecánica cuántica utilizando pares de fotones entrelazados. El papel de la medición de cada amigo se jugó mediante uno de los dos caminos que cada fotón puede tomar en la configuración, dependiendo de una propiedad del fotón llamada "polarización". Es decir, el camino "mide" la polarización.

Nuestro experimento es solo una prueba de principio, ya que los "amigos" son muy pequeños y sencillos. Pero abre la pregunta de si los mismos resultados serían válidos con observadores más complejos.

Es posible que nunca podamos hacer este experimento con humanos reales. Pero argumentamos que algún día podría ser posible crear una demostración concluyente si el "amigo" es una inteligencia artificial de nivel humano que se ejecuta en una computadora cuántica masiva.

Que significa todo esto?

Aunque una prueba concluyente puede tardar décadas, si las predicciones de la mecánica cuántica continúan siendo válidas, esto tiene fuertes implicaciones para nuestra comprensión de la realidad, incluso más que las correlaciones de Bell. Para uno, las correlaciones que descubrimos no se pueden explicar simplemente diciendo que las propiedades físicas no existen hasta que se miden.

Ahora se cuestiona la realidad absoluta de los resultados de la medición en sí.

Nuestros resultados obligan a los físicos a abordar el problema de la medición de frente:o nuestro experimento no aumenta la escala, y la mecánica cuántica da paso a la llamada "teoría del colapso objetivo, "o una de nuestras tres suposiciones de sentido común debe ser rechazada.

Hay teorías como de Broglie-Bohm, que postulan "acción a distancia, "en el que las acciones pueden tener efectos instantáneos en otras partes del universo. Sin embargo, esto está en conflicto directo con la teoría de la relatividad de Einstein.

Algunos buscan una teoría que rechace la libertad de elección, pero requieren una causalidad al revés, o una forma aparentemente conspirativa de fatalismo llamada "superdeterminismo".

Otra forma de resolver el conflicto podría ser hacer que la teoría de Einstein sea aún más relativa. Para Einstein, diferentes observadores podrían estar en desacuerdo sobre cuando o dónde pasa algo, pero qué Sucede fue un hecho absoluto.

Sin embargo, en algunas interpretaciones, como la mecánica cuántica relacional, QBism, o la interpretación de los muchos mundos, los eventos mismos pueden ocurrir sólo en relación con uno o más observadores. Un árbol caído observado por uno puede no ser un hecho para todos los demás.

Todo esto no implica que puedas elegir tu propia realidad. Primeramente, puedes elegir las preguntas que haces, pero las respuestas las da el mundo. E incluso en un mundo relacional cuando dos observadores se comunican, sus realidades están enredadas. De esta forma puede surgir una realidad compartida.

Lo que significa que si los dos presenciamos la caída del mismo árbol y dices que no puedes oírlo, es posible que solo necesite un audífono.

Este artículo se ha vuelto a publicar de The Conversation con una licencia de Creative Commons. Lea el artículo original.