Introducción: Cuando el futuro cambia el pasado
El borrador cuántico es uno de los experimentos de mecánica cuántica más interesantes porque parece ir en contra de nuestras ideas más básicas sobre cómo funcionan el tiempo y la causa y el efecto. Su núcleo es una pregunta que parece contradecirse a sí misma: ¿puede una medición realizada ahora determinar lo que ocurrió en el pasado? Las ramificaciones van mucho más allá de los confines de la física de laboratorio, y afectan a cuestiones esenciales relacionadas con el libre albedrío, el determinismo y la capacidad potencial de alterar nuestro destino.
El experimento del borrador cuántico, propuesto inicialmente por Marlan Scully y Kai Drühl en 1982 y realizado posteriormente por Yoon-Ho Kim y sus colegas en 2000, integra dos de las características más enigmáticas de la mecánica cuántica: la dualidad onda-partícula y el entrelazamiento cuántico. El resultado es una demostración tan contraintuitiva que incluso a los físicos experimentados les cuesta entender su significado.
No se trata sólo de entender las cosas académicamente
El fundamento de la doble luz: La dualidad de ondas y partículas
Primero tenemos que entender el experimento de la doble rendija, que es la "madre de todos los experimentos cuánticos" y muestra la dualidad onda-partícula que está en el corazón de la mecánica cuántica. Cuando los fotones atraviesan dos rendijas paralelas, forman un patrón de interferencia en una pantalla situada detrás de ellos, lo que demuestra que actúan como ondas. Este patrón aparece incluso cuando los fotones se envían de uno en uno, lo que resulta extraño porque significa que cada fotón atraviesa de algún modo ambas rendijas al mismo tiempo.
Pero en cuanto intentamos averiguar por qué rendija pasa un fotón colocando detectores en cada abertura, el patrón de interferencia desaparece. En su lugar, vemos dos grupos separados en la pantalla, que es lo que hacen las partículas. Esta información cambia fundamentalmente el comportamiento del fotón, al convertir su superposición ondulatoria en un estado de partícula.
La interpretación convencional postula que la medición obliga al fotón a "seleccionar" una trayectoria específica, borrando así la superposición cuántica que facilita la interferencia. Pero esto nos lleva a preguntarnos: ¿cuándo se produce esta elección? ¿Tiene el momento de la medición algún efecto sobre el fotón? Estas preguntas condujeron al revolucionario experimento de elección retardada de Wheeler.
La elección retardada de Wheeler: la paradoja del tiempo cósmico
En 1978, el físico John Archibald Wheeler ideó un experimento mental que llevaba la mecánica cuántica a sus límites. Wheeler imaginó que la luz de un cuásar lejano podía ser curvada por la gravedad de una galaxia intermedia, haciendo que pareciera que había dos caminos para que la luz llegara a la Tierra. Un observador podría medir esta luz como una partícula (colocando detectores en cada trayectoria) o como una onda (utilizando un interferómetro para combinar las trayectorias).
La idea profunda era que el tiempo estaba implicado: la luz comenzó su viaje hace miles de millones de años, mucho antes de que nadie decidiera cómo medirla. La mecánica cuántica, en cambio, dice que la forma en que medimos un fotón -detectándolo como partícula o como onda- afecta a su comportamiento durante todo su viaje por el espacio. Wheeler lo explicaba así: "El fotón es una bestia extraña. Parece haber intuido si iba a ser observado como partícula o como onda".
Este escenario de elección retardada postula que las decisiones actuales pueden influir en acontecimientos pasados, un concepto que cuestiona nuestra comprensión de la causalidad y la secuencia temporal. Si es correcta, sugiere que las decisiones conscientes del presente podrían afectar a acontecimientos del pasado lejano, oscureciendo la distinción entre pasado y futuro de un modo que parece contradecir el sentido común.
El borrador cuántico: Recuperar lo hecho
Scully y Drühl idearon el borrador cuántico a partir de las ideas de Wheeler. Este experimento parece permitir "deshacer" mediciones ya realizadas. El montaje comienza con una configuración normal de doble rendija, pero después de las rendijas, un cristal que muestra una conversión paramétrica descendente espontánea convierte cada fotón en un par de fotones entrelazados.
Un fotón de cada par (el fotón "señal") va a una pantalla donde se pueden ver las interferencias. El otro fotón, llamado fotón "ocioso", transporta información sobre la rendija por la que pasó el primer fotón. La brillantez de este experimento radica en el hecho de que podemos conservar o "borrar" la información sobre cuál de los dos fotones ha pasado midiendo el fotón "ocioso" de diferentes maneras.
Cuando se conserva la información de la base complementaria, la pantalla de la señal no muestra un patrón de interferencia, y los fotones actúan como partículas. Pero cuando se borra la información midiendo el fotón ocioso de forma complementaria, el patrón de interferencia vuelve a aparecer de forma extraña. Al borrar la información, parece que se recupera el comportamiento ondulatorio que se perdió cuando se registró por primera vez la información.
El borrador cuántico de elección retardada: Retrocausalidad en acción
El borrador cuántico de elección retardada lleva esta paradoja a su límite lógico al hacer que la decisión de borrar la medición de la señal sea independiente tanto del espacio como del tiempo. En el experimento seminal de Kim de 2000, los fotones de señal eran detectables en la pantalla antes de la medición de los correspondientes fotones ociosos, lo que establecía una disparidad temporal entre el "efecto" (la aparición de un patrón de interferencia) y su supuesta "causa" (la medición del borrado).
Los resultados experimentales son asombrosos: el análisis posterior de los fotones de señal, en concreto aquellos cuyas contrapartes enredadas se sometieron a mediciones de borrado, revela un patrón de interferencia impecable. Por otra parte, los fotones de señal cuyas contrapartes mostraron información de qué sentido no muestran interferencia. El patrón parece aparecer en el pasado, como si la medición del fotón ocioso en el futuro determinara cómo actuó su pareja señal en el pasado.
Esta separación temporal ha llevado a algunos investigadores a sugerir una auténtica retrocausalidad, es decir, el concepto de que los acontecimientos futuros pueden afectar causalmente a los pasados. La estructura matemática de la mecánica cuántica parece avalar esta interpretación, ya que sus ecuaciones simétricas en el tiempo no diferencian fundamentalmente entre influencias pasadas y futuras.
Explicaciones científicas y refutación del misticismo
El borrador cuántico no rompe la ley de causa y efecto ni permite que la información retroceda en el tiempo, aunque parezca místico. El punto principal es que nunca se puede ver un patrón de interferencia directamente en la pantalla de la señal. El patrón sólo aparece a posteriori, cuando se ordenan las detecciones de señales basándose en mediciones de interferencias posteriores.
Un observador que examine únicamente la pantalla de señal no percibe ningún patrón de interferencia, independientemente del destino de los fotones ociosos. El patrón sólo se hace evidente cuando se comparan los datos de la señal y los resultados de las mediciones de los ociosos. Esto significa que los datos de ambas mediciones deben combinarse. Ninguna información del futuro influye en los sucesos del pasado. En su lugar, las correlaciones cuánticas crean patrones que sólo pueden verse mirando hacia atrás.
Esta explicación mantiene la causalidad al tiempo que dilucida la naturaleza genuinamente no local de la mecánica cuántica. Los fotones entrelazados muestran una correlación cuántica que supera los conceptos clásicos de espacio y tiempo, dando lugar a fenómenos que parecen retrocausales pero que ilustran fundamentalmente la no localidad de los sistemas cuánticos.
Retrocausalidad vs. Superdeterminismo: Dos caminos hacia la localidad
El experimento del borrador cuántico es el centro de los debates actuales sobre cómo entender la mecánica cuántica, especialmente el teorema de Bell y la idea de localidad. Dos propuestas radicales pretenden defender el realismo local impugnando distintos supuestos: la retrocausalidad y el superdeterminismo.
Físicos como Huw Price y Ken Wharton apoyan la retrocausalidad, según la cual las correlaciones cuánticas están causadas por influencias reales que viajan atrás en el tiempo. Desde esta perspectiva, las selecciones de medidas futuras establecen correlaciones con estados cuánticos históricos, ofreciendo una elucidación localizada para fenómenos que parecen no locales. Las formulaciones simétricas en el tiempo de la mecánica cuántica incorporan intrínsecamente tales influencias.
El superdeterminismo, defendido por Sabine Hossenfelder y otros, cuestiona la presunción de independencia de las mediciones, es decir, la idea de que los experimentadores pueden seleccionar de forma autónoma los parámetros de medición. En las teorías superdeterministas, las variables ocultas están vinculadas a las selecciones de medición desde el inicio del universo, lo que produce la apariencia de influencias no locales a la vez que preserva una estricta localidad.
Ambas metodologías presentan posibles vías para eludir la no localidad cuántica, aunque a costa de renunciar a la causalidad tradicional (retrocausalidad) o al libre albedrío (superdeterminismo). El experimento del borrador cuántico aporta datos esenciales para evaluar estas alternativas, ya que sus resultados necesitan ser dilucidados por cualquier interpretación viable.
Implicaciones filosóficas: La autonomía y la esencia del tiempo
La aparente retrocausalidad del borrador cuántico plantea profundas cuestiones sobre el libre albedrío, el determinismo y el poder de las personas para actuar. Si las decisiones que tomamos en el futuro pueden cambiar cosas que ocurrieron en el pasado, ¿qué significa esto para la responsabilidad moral y los resultados de nuestras acciones? ¿Somos realmente libres de elegir, o nuestras elecciones están limitadas de algún modo por acontecimientos futuros que "saben" lo que vamos a elegir?
Las distintas formas de ver la mecánica cuántica nos dan ideas diferentes sobre el libre albedrío. El determinismo clásico niega el libre albedrío al afirmar que todos los acontecimientos son el resultado de causas precedentes, mientras que la indeterminación cuántica permite una auténtica elección gracias al azar intrínseco. No obstante, numerosos filósofos sostienen que el azar absoluto es tan incompatible con el libre albedrío como el determinismo rígido.
El modelo de universo de bloques de la teoría de la relatividad plantea un reto adicional, ya que postula que todos los acontecimientos -pasado, presente y futuro- coexisten simultáneamente dentro de un marco espaciotemporal de cuatro dimensiones. En este tipo de universo, el tiempo fluye y la diferencia entre el pasado y el futuro son ilusiones, lo que hace parecer que la elección real es imposible. Algunos filósofos sostienen que el libre albedrío conserva su significado incluso dentro de un universo de bloques, postulando que nuestras elecciones forman un componente de la estructura eterna en lugar de estar dictadas por ella.
La mecánica cuántica se suma a este panorama haciendo que el modelo del universo de bloques sea fundamentalmente incierto. El principio de incertidumbre de Heisenberg genera "puntos ciegos" en nuestra comprensión de los acontecimientos históricos, haciendo que ciertos sucesos pasados sean tan inescrutables como los venideros. Esta simetría temporal de nuestra ignorancia podría permitir influencias retrocausales sin contravenir las leyes físicas.
La perspectiva de muchos mundos: Todos los destinos realizados
La Interpretación de los Múltiples Mundos (MWI) de la mecánica cuántica ofrece un punto de vista fundamentalmente distinto sobre el borrador cuántico y las preguntas relativas al destino. La MWI afirma que cada medición cuántica divide el universo en muchas realidades paralelas, cada una de las cuales corresponde a un resultado de medición diferente. En esta perspectiva, el colapso de la función de onda no se produce
En MWI, el borrador cuántico no muestra retrocausalidad
Esta interpretación elimina la retrocausalidad, pero introduce nuevos retos en relación con el libre albedrío y la identidad personal. Si cada elección posible conduce a un universo diferente, entonces todos los futuros posibles son reales. En un mundo paralelo, otra versión de ti hace cada elección que tú no haces. Esto lleva a preguntarse por el significado de la elección cuando todas las alternativas se realizan dentro del multiverso.
Algunos filósofos sostienen que la MWI niega efectivamente el libre albedrío al hacer que todas las acciones potenciales sean inevitables en todo el multiverso. Algunos sostienen que el libre albedrío conserva su importancia dentro de cada rama, ya que los agentes individuales siguen encontrando auténticas opciones, incluso cuando todas las alternativas se manifiestan en otros lugares. La conexión entre la ramificación cuántica y la agencia personal sigue siendo un tema de debate filosófico activo.
¿Podemos cambiar nuestro destino?
El experimento del borrador cuántico nos obliga a abordar cuestiones esenciales sobre la esencia del tiempo, la causalidad y la agencia humana que trascienden los confines de la física de laboratorio. El experimento no demuestra la retrocausalidad auténtica ni la transmisión de información al pasado.
La respuesta a si podemos cambiar el destino depende de cómo definamos "cambio" y "destino". La mecánica cuántica no nos permite enviar información atrás en el tiempo para cambiar cosas que ya han sucedido. La aparente retrocausalidad del borrador cuántico procede de correlaciones que siguen las reglas básicas de la relatividad y la causalidad.
Por otra parte, la mecánica cuántica apunta a formas más sutiles en las que el futuro podría cambiar nuestra forma de pensar sobre el pasado. La naturaleza simétrica en el tiempo de las ecuaciones cuánticas, unida a nuestra comprensión intrínsecamente limitada de los acontecimientos históricos, genera un marco conceptual para las influencias que atraviesan hacia atrás nuestras estructuras epistémicas al tiempo que se adhieren a la causalidad física.
Puede que la lección más profunda del borrador cuántico no se refiera a alterar el destino, sino a reconocer las limitaciones de los conceptos clásicos en el contexto de los fenómenos cuánticos. Desarrollamos nuestras ideas sobre el tiempo, la causalidad y el determinismo en un mundo donde los efectos cuánticos son muy pequeños. El reino cuántico funciona bajo principios distintos que cuestionan los conceptos clásicos sin contravenirlos intrínsecamente.
El borrador cuántico no cambia el destino
El borrador cuántico es un testimonio del profundo enigma que subyace en la realidad física, un recordatorio de que, a pesar de nuestros avances científicos, las cuestiones más fundamentales sobre el tiempo, la causalidad y la conciencia siguen siendo frustrantemente difíciles de comprender.