Einstein tenía razón: Dios no juega a los dados

En relación a la mecánica cuántica se dice muchas veces que Einstein no tenía razón. ¿Qué hay de verdad y qué de falso en ello?

Recientemente el ABC sacaba el titular ¨El experimento cuántico mundial que ha derrotado a Einstein¨. Este tipo de titulares salen periódicamente. Una de las frases más célebres de Einstein en relación a la mecánica cuántica es que ¨Dios no juega a los dados¨. Esta frase hoy en día se utiliza mucho también en artículos de divulgación argumentando que Einstein no tenía razón, que se equivocó y se utiliza también para defender una visión filosófica determinada.

Son dos cosas distintas aunque relacionadas. Una es el llamado entrelazamiento cuántico asociado a este tipo de experimentos y otra la concepción de Einstein sobre la cuántica.

Einstein pensaba que el entrelazamiento cuántico no podía ser. Sin embargo se ha demostrado experimentalmente desde hace mucho tiempo que sí que está ahí. Esta cuestión se coge para desprestigiar a la concepción de Einstein sobre la cuántica en su conjunto.

Lo que queremos esbozar en este artículo es dónde se equivocó Einstein, pero sobre todo que su pensamiento en un sentido profundo es el que arroja luz. Para ello vamos a coger el famoso gato de Schroedinger y de paso ilustrar dos interpretaciones de la cuántica que surgieron posteriormente, una la del multiverso y otra que vamos a llamar la del surfista.

Discusiones con Ángel Lozano

En estas conclusiones he sido acompañado a lo largo del tiempo, en encuentros por desgracia efímeros, por Ángel Lozano. Uno de los primeros recuerdos que tengo de él fue al final de una conferencia de Unificación Comunista de España (UCE). Era 1997 en la sede, muy cuca y acogedora, de UCE en la calle San Simón en el barrio madrileño de Lavapiés.

Al terminar el evento, Ángel Lozano, el director del periódico De Verdad de entonces, hizo un llamamiento al público para que se hiciesen propuestas de artículos. Hubo propuestas varias y yo levanté la mano proponiendo un artículo sobre la teoría del Big Bang desde el punto de vista del materialismo dialéctico. A Ángel le pareció interesante, pero dijo que era un tema muy complejo y que se necesitaría a alguien con un conocimiento profundo de la física.

En un primer momento me quedé chafado, porque si bien yo todavía iba al colegio, iba a empezar a estudiar física al año siguente. Me di cuenta en seguida de mi ignorancia y pensé para mis adentros que algún día sí sería capaz. En este artículo queremos hablar de mecánica cuántica, pero ciertos debates filosóficos sobre la cuántica están muy relacionados con los que tienen que ver con la teoría del Big Bang como veremos después y además así hemos introducido al protagonista del pequeño homenaje.

La función de onda

Un objeto matemático fundamental, central de la física cuántica es la función de onda. La ecuación de Schrödinger es la que nos da la evolución de esa función de onda. ¿Qué representa físicamente la función de onda?

La interpretación de Copenhague diría que sólamente un conjunto de probabilidades sobre en qué estado se encuentra el sistema o partícula en consideración. Sólamente cuando se realiza una medición la partícula tiene un estado bien definido. Que el sistema o la partícula no tiene propiedades definidas antes de ser medido, a esta visión se le llama la interpretación de Copenhague.

Einstein consideraba insatisfactoria o necesariamente incompleta esta visión de la cuántica. Como si al medir, viésemos el resultado de un dado que ha lanzado Dios. Los seguidores de la interpretación de Copenhague dirían que es todo lo que hay y querer buscar más cosas es no aceptar la cuántica.

El gato de Schrödinger

Junto a Einstein, uno de los fundadores de la mecánica cuántica fue el físico austríaco Erwin Schrödinger. El gato encerrado en una caja de Schrödinger es una metáfora del físico para explicar porqué él considera cierta visión de la mecánica cuántica insatisfactoria y no se conforma con que sea una cuestión que afecte sólo al mundo microscópico. La imagen del gato la utiliza Schrödinger para revelar su insatisfacción y conectar el mundo microscópico con el que vemos todos los días. Para describir los átomos hay que utilizar la cuántica, porque sabemos que ¨funciona¨. Ninguna interpretación filosófica puede eludir los resultados experimentales evidentemente.

Si nos vamos al mundo microscópico, para describir un fotón, el corpúsculo de la luz, hay que partir que es un ente con cierta probabilidad de estar rotando hacia la derecha y otra probabilidad de estar rotando hacia la izquierda. De hecho hay que suponer que está en una superposición de esos estados que es más que la suma de dos probabilidades diferentes. No es algo a lo que estemos acostrumbados en el mundo macroscópico y una opción es decir que esas cosas extrañas sólo ocurren en el mundo de lo infinitamente pequeño.«Einstein consideraba insatisfactoria o necesariamente incompleta la cuántica»

Schrödinger no lo veía así y para su metáfora coge material radiactivo que tiene cierta probabilidad de decaer y por lo tanto matar al gato y cierta probabilidad de no decaer y por lo tanto mantener el gato vivo. Si aceptamos que el material radiactivo no tiene propiedades definidas hasta que se hace una medición, tenemos que aceptar que el gato, hasta que no abramos la caja, no está ni muerto ni vivo, sino que está en un estado de superposición de muerto-vivo.

Sin embargo sabemos que eso es absurdo. Una cosa es que nosotros no sepamos si el gato esté muerto o vivo antes que abramos la caja. Pero una cosa es la información que nosotros tenemos y otra la realidad. La interpretación de Copenhague diría que el mundo microscópico es así de absurdo y hay que aceptarlo.

Otras interpretaciones sobre la cuántica: el multiverso y la teoría del surfista.

El multiverso

Este debate en realidad sigue existiendo en la comunidad científico aunque se han dado avances y nuevas interpretaciones. Una visión diferente sobre la función de onda, ese objeto principal, es la interpretación del multiverso, que postula que no se trata de diferentes probabilidades sino que cada una de esas posibilidades es realizada en un universo diferente. Cogiendo el ejemplo del gato en unos universos estaría vivo y en otros muerto. Digamos que sólo sabremos en cuál de los dos tipos de universo estamos hasta que no abramos la caja.

La teoría del surfista

Otra interpretación diferente, minoritaria, es la llamada interpretación de onda piloto, también llamada interpretación causal o de De Broglie – Bohm en la que aparte de la función de onda hay otra configuración que existe de verdad, aunque no sea observada. Esta interpretación en nuestra humilde opinión consideramos que es la buena. Es una teoría matemáticamente bien fundada y perfectamente posible. Para hacernos una idea para andar por casa, la teoría de la onda piloto es como la teoría del surfista. Está la onda, en este caso una ola, pero también la partícula, el surfista.

El realismo local de Einstein

¿Todo esto qué tiene que ver con Einstein? La cuestión de las probabilidades es evidente, pero ¿por qué se dice entonces que Einstein no tenía razón? En lo que se basan para atacar a Einstein es que él junto a Boris Podolsky y Nathan Rosen elaboró un ¨experimento mental¨ con el que buscaba mostrar que si se partía del realismo (la materia existe independiente de que hagamos mediciones sobre ella) y del principio de localidad, es decir que la materia sólo es influenciada por la materia a su alrededor, entonces la mecánica cuántica tenía que ser incompleta y hacían falta unas variables ocultas.

El realismo local no puede ser

Más adelante John Stewart Bell demostró que ninguna teoría realista y local podría predecir jamás los experimentos de la cuántica. Estos tests de Bell se han confirmado experimentalmente cientos de veces. Más recientemente por ejemplo el Instituto de Ciencias Fotónicas participó en un experimento mundial con más de 100.000 voluntarios que confirmó un test de Bell. Lo que es cierto es que los test de Bell significan que efectivamente la visión de Einstein en el experimento mental concreto mencionado es errónea.«De los test de Bell se desprende que hay que abandonar el ¨realismo local¨»

Sin embargo, en primer lugar remarcar que ha sido justamente ese experimento mental el que ha producido progreso en la física, y no la interpretación de Copenhague. Bell saca las conclusiones llevando consecuentemente la visión de Einstein para demostrar que es errónea. Esto ha sido un desarrollo de la mecánica cuántica y hoy en día se conoce como entrelazamiento cuántico.

Este entrelazamiento cuántico, un fenómeno no local, es la base por ejemplo de la computación cuántica o de intentos de teletransporte. De los test de Bell se desprende que hay que abandonar el ¨realismo local¨. Pero el aspecto fuerte del pensamiento de Einstein es el pensamiento materialista y determinista y no hay ningún experimento que lo contradiga.«Bohm tuvo que huir de EE.UU. en la época de MacCarthy por su militancia comunista»

Es más, la interpretación de De Broglie-Bohm, la que hemos llamado teoría del surfista, antes de conocerse las desigualdades de Bell ya habían incorporado la no localidad y el determinismo en la teoría cuántica. Bell fue justamente inspirado tanto por el experimento mental de Einstein como por la teoría de Bohm. Desafortunamente la teoría de Bohm tiene pocos seguidores. David Bohm, el fundador de la teoría, de hecho tuvo que huir de Estados Unidos en la época de MacCarthy por su militancia comunista. Corresponde probablemente a cuestiones sociales y sociológicas que no haya sido secundado más.

Recientemente pregunté en una charla a Jürg Fröhlich, físico matemático experto en cuántica sobre su opinión de la teoría de Bohm. Curiosamente decía que los seguidores de Bohm son los que se hacen las preguntas verdaderamente relevantes, pero llegan a respuestas erróneas. Probablemente tenga razón, pero lo más difícil en ciencia muchas veces es encontrar las preguntas adecuadas.

Por eso considero que Einstein tenía razón. No es aceptable considerar a lo no observado como una caja negra. Habrá que abrir esa caja poco a poco y no simplemente aceptar que la teoría funciona. El entrelazamiento cuántico fue encontrado por Einstein, aunque él considerada que no podía existir, justamente en un intento de abrir la caja.

¿Y que tiene que ver Ángel Lozano con todo esto? En 2009 publiqué un artículo en el De Verdad Digital que tenía como subtítulo ¨Dios juega a los dados y eso puede tener consecuencias muy útiles para la humanidad¨. En ese artículo puse enfásis en el aspecto no local de la cuántica y como Einstein en ese punto no tuvo razón.

A la semana siguente Ángel Lozano publicó un artículo en el mismo medio que se titulaba ¨Dios no juega a los dados¨. Evidentemente, aunque no mencionase mi artículo, era en respuesta a lo que yo había publicado. Era una crítica. Para mi fue un orgullo enorme, que el gran pensador Ángel escribiese un artículo ¨en mi contra¨. Esa crítica me ha influido mucho en mi concepción de la cuántica y me ha permitido aprender más rápidamente, porque Ángel, aunque no era experto en física cuántica, sí sabía hacerse las preguntas adecuadas.

¿Esto que tiene que ver con el Big Bang que mencionábamos al principio? La metafísica se cuela ahí dónde la ciencia no sabe qué decir. Sea elevando las probabilidades a una categoría fundamental o diciendo que no tiene sentido preguntarse ¿qué hubo antes del Big Bang? La ciencia tiene sus límites, pero la realidad no está limitada por el conocimiento que nosotros tenemos sobre ella.

Como decía Einstein, la ciencia es como subir una montaña. Lo que uno veía antes no es que deje de ser cierto, era y es una verdad relativa. Lo que ocurre es que conforme uno va subiendo va viendo cada vez más cosas y tiene una visión más amplia. Te ayuda subir la montaña si sabes que Dios no juega a los dados. Ángel tenía razón.