Algunas curiosidades cuánticas: De la nada a la conciencia

Posted by: Andres Schuschny on: Jueves 16 Octubre, 2008
Todo aquel que se sumerge en el sorprendente mundo de la mecánica cuántica
no puede menos que dejarse conmover por el asombro. Son tanta las
implicaciones que esta teoría tiene, no sólo porque pareciera que todo en
este mundo funciona de acuerdo a sus principios sino porque de ella se puede
derivar una interpretación de la realidad que, a lo menos, erosiona el
pensamiento materialista convencional. Es por eso que he decidido presentar
el siguiente catálogo inacabado de curiosidades cuánticas, que por demás
desafían nuestra concepción de la realidad asentada en el sentido común:
Holismo en mecánica cuántica: la materia bosónica
El universo se produjo probablemente desde una radiación germinal (en forma
de cuerdas o supercuerdas, si esta teoría especulativa resultara correcta).
El sustrato constituyente de la realidad física oscila entre la
corpuscularidad y la ondulatoriedad en un campo físico. Cómo entender ese
fondo fundamental de referencia (y la descripción de su ontología física) en
el que se produce la génesis o disolución de las vibraciones o corpúsculos
no ha estado ni está del todo claro en la ciencia física: vacío cuántico,
campo de energía, éter, espacio-tiempo relativista, orden implicado, etc.
El proceso de corpuscularización (o plegamiento de la energía en
corpúsculos) iniciado en el big bang parece que no condujo sólo al
nacimiento de partículas fermiónicas (que acabaron atrapadas en la materia
macroscópica, o sea nuestro mundo de objetos diferenciados). Los fermiones
pueden ser leptones (por ejemplo electrones) o quarks (de los que se
componene los neutrónes y protones, por ejemplo).
Sin embargo, también se produjo otro tipo de partículas llamadas bosónicas
(por el descubrimiento del "condensado Bose-Einstein" en los años veinte).
Los bosones pueden también quedar atrapados en la materia fermiónica. Pero
los bosones (por ejemplo: el fotón, la luz) tienen una función de onda que
les facilita perder su individualidad (al contrario que los fermiones)
formando con otras partículas semejantes estados de vibración unitaria
indiferenciada que llena ciertos espacios acotados.
La materia bosónica tiende a constituir, pues, estados holísticos o campos
de vibración de materia indiferenciada. En el universo actual no sólo existe
materia estable producida por fermiones, sino que existen también nichos o
ámbitos físicos acotados donde se producen efectos holísticos dentro de un
mundo clásico diferenciado de entidades aisladas de materia fermiónica.
Coherencia cuántica
Este importante concepto de la mecánica cuántica tiene estrecha relación con
la equivalencia materia-energía, corpúsculo-onda,
discontinuidad-continuidad, localidad-no-localidad (o campo), etc. La
conversión bidireccional entre cada uno de estos dos aspectos del sustrato
que constituye el universo explica el nacimiento de los cuerpos desde el big
bang (dirección energía a corpúsculo) y la conversión de la materia en campo
físico o energía (dirección corpúsculo a campo). El estado de "coherencia
cuántica" designa aquella situación física en que las partículas pierden su
individualidad entrando en estados campales de vibración unitaria
indiferenciada en espacio-tiempos definidos. Es lo que se descubrió ya en
los condensados Bose-Einstein.
Hoy en día hay incontables evidencias de estos estados en variados contextos
físicos. Al parecer, la propiedad de entrar en coherencia cuántica es propia
de todos los corpúsculos (se sabe que en condiciones experimentales extremas
los electrones entran también en coherencia cuántica), aunque los fermiones
presentan mayor dificultad para ello, dadas las propiedades físicas y la
función de onda de las partículas fermiónicas. El proceso en que un sistema
en coherencia cuántica la pierde y se reduce a partículas individuales es lo
que se conoce como proceso de "de-coherencia cuántica". Producir o mantener
procesos de coherencia cuántica no es fácil, aun con partículas bosónicas,
ya que la interacción con el mundo macroscópico clásico interfiere e induce
la de-coherencia que lleva a que estas partículas queden también atrapadas
en la rigidez ordenada del mundo clásico.
Acción a distancia y no-localidad: efectos EPR
El célebre experimento imaginario de Einstein, Poldolski y Rosen en 1935,
estando ya Einstein en Princeton, permitió concebir que la idea de la
materia en la mecánica cuántica permitía la existencia de un nuevo tipo de
causalidad (que parecía inadmisible para la mecánica clásica y para
Einstein): la causación no-local o acción-a-distancia. Así, el cambio en una
partícula podía causar un cambio correspondiente en otra partícula
correlacionada con ella a millones de años luz, sin trasmisión de una acción
causal a distancia, o sea, sin presencia local (causalidad no-local). Estos
hechos, comprobados en 1982 por Aspect, y repetidamente comprobados desde
entonces en una gran variedad de experimentos, han abierto una nueva
perspectiva en el conocimiento de las interacciones entre la materia.
Diversos ámbitos de materia en coherencia cuántica, por ejemplo, a distancia
y sin contacto local, podrían entrar en interacción formando parte de
sistemas unitarios.
Estados de superposición cuántica
Esta nueva propiedad conocida en la mecánica cuántica afecta a todo tipo de
materia, fermiónica o bosónica; aunque esta última, por ser más libre y
oscilante, tenga quizá una mayor facilidad ontológica a estar en estados de
superposición. Superposición quiere decir que una misma partícula, o un
estado cuántico, puede estar indeterminado, es decir, como flotando sin
definición en relación a diferentes valores de una variable o propiedad de
ese sistema: por ello se dice que un sistema en superposición está al mismo
tiempo en muchos estados (porque son posibles) y en ninguno (porque no se ha
comprometido con ninguno). Cuando, por ejemplo, una partícula en
superposición se realiza "eligiendo" uno de sus estados posibles se produce
el "colapso" de la función de onda de esa partícula. Así un electrón, por
ejemplo, está en su orbital vibrando en estado de superposición, de tal
manera que cuando se corpusculariza en una posición definida se ha producido
el colapso de su función de onda. Un sistema en coherencia cuántica podría
también estar en estado de superposición, produciéndose en ciertas
circunstancias su colapso en una vibración concreta de todo el sistema.
Indeterminación cuántica
Es sabido que, frente a la causalidad clásica de corte por completo
determinista, la mecánica cuántica consideró necesario introducir la
hipótesis de la indeterminación de los sucesos cuánticos. Despues de que
Schödinger propusiera su célebre ecuación para describir la posición del
electrón, otros dos sistemas matemáticamente equivalentes fueron propuestos,
la mecánica matricial de Heisenberg y el álgebra de Dirac. Pero en
cualquiera de las formalizaciones del mundo cuántico se cuenta con que los
eventos presentan un ámbito de indeterminación que los hace impredictibles.
No sólo porque el experimentador se introduzca en el mundo microfísico para
medir y produzca incertidumbre sobre los eventos futuros, sino porque la
misma interacción entre las partículas en niveles cuánticos produce efectos
de incertidumbre sobre su comportamiento futuro (principio de incertidumbre
de Heisenberg).
No sólo el comportamiento futuro de una partícula se hace impredictible,
sino que las fórmulas para predecir el curso de las interacciones o
reacciones microfísicas, cuando se habla de grandes cantidades de sucesos,
sólo se puede hacer por medio de técnicas estadísticas y probabilísticas. A
esto se añade el mismo hecho de la superposición cuántica que presenta
serias dificultades cuando se trata de predecir de forma determinista cuándo
y por qué se producirá el colapso de la función de onda hacia un estado
concreto. La discusión sobre cómo interpretar la indeterminación en la
mecánica cuántica ha llenado el siglo XX y todavía sigue abierta.
La forma de relacionar el determinismo de la ecuación de Schrödinger con la
indeterminación cuántica, la eventualidad de que la indeterminación fuera
realmente ontológica (dada en la realidad microfísica misma), la
eventualidad de que fuera sólo epistemológica (un déficit de conocimiento
que exigiera sólo como recurso cognitivo o funcionalista el uso de la
probabilidad y la estadística, como piensa la Escuela de Copenhage de Bohr),
o la eventualidad de que hubiera variables ocultas de tal manera que el
mundo microfísico respondiera a la misma imagen determinista del mundo
clásico macroscópico (Einstein, Bohm), son sólo algunos de los perfiles sin
respuesta de la problemática que ha planteado el indeterminismo cuántico.
Neurociencias cuánticas
Una de las teorías de la mente más interesantes es la de Sir Roger Penrose.
El punto de vista de Penrose es que debe haber algo de naturaleza no
computable en las leyes físicas que describen la actividad mental. Este
argumento tiene como base el teorema de la incompletitud de Gödel, que habla
de la imposibilidad de una demostración formal de una cierta proposición
matemática, aunque para el entendimiento humano ésta sea de hecho verdadera.
Para Penrose la mente y el cerebro son dos entidades separables desde el
teorema de la incompletitud.
El modelo que defiende Penrose trata de explicar sucesos difíciles de
entender a través de las neurociencias convencionales, y para ello se apoya
en aspectos revisados de la teoría cuántica (por ejemplo, el concepto de
coherencia), así como la existencia de un fenómeno físico, inédito hasta
ahora, que parece darse en el interior de las neuronas cuando la función de
onda cuántica se colapsa por sí misma en una reducción objetiva orquestada.
Debido a que cada neurona contiene una cantidad enorme de sinapsis, el poder
de computación del cerebro se incrementaría en un factor de 10 a la potencia
de 13. Penrose sugiere que ninguna máquina de computación podrá ser
inteligente como un ser humano, ya que los sistemas formales algorítmicos (o
sea, los sistemas de instrucciones secuenciadas sobre los cuales están
construidas las computadoras) nunca les otorgarán la capacidad de comprender
y encontrar verdades que los seres humanos poseen.
Neurología cuántica holística
En principio es una hipótesis heurística: una manera de entender a qué
propiedades podría responder el tipo de "soporte físico" que ha hecho
posible la emergencia evolutiva de la sensibilidad-conciencia. En la
neurología clásica la teoría de engramas apostó por la hipótesis de que las
cadenas interactivas de causalidad clásica bastaban para explicar el
psiquismo. Sin embargo, se cayó en el reduccionismo porque la libertad,
indeterminación, la elección espontánea que se da tanto en el mundo animal
como humano (lo que los anglosajones llaman el choise) y la experiencia
fenomenológica campal dada en el psiquismo (la "percepción directa" de James
J. Gibson) dificilmente pueden ser explicadas por la física clásica de un
mundo diferenciado, discontinuo, con una causalidad ciega, determinista y
mecánica.
La neurología cuántica, frente a la clásica, es simplemente la apuesta
heurística que contempla que las propiedades psíquicas podrían tener su
"soporte físico" en las propiedades del mundo cuántico: ante todo en la
coherencia cuántica, la acción a distancia y causalidad no-local, la
superposición cuántica y la indeterminación. Es, pues, un programa de
búsqueda definido, heurístico: ante todo de aquellas estructuras
psicobiofísicas, que deberían radicar en el sistema neuronal, que en los
seres vivos fueran el soporte de "nichos" o ámbitos de estados cuánticos en
que pudieran darse las propiedades descritas y que pudieran conectarse con
la explicación del psiquismo.
Tarea no fácil puesto que la descripción biofísica inicial de los organismos
vivientes y sus sistemas nerviosos muestran un compacto mundo de
interacciones clásicas que parece imponer inevitablemente el reduccionismo.
La neurología cuántica es el intento de no reducir la explicación del
psiquismo a lo clásico, dejando que se planteen hipótesis que nos abran a un
mundo cuántico, tan legítimo en la ciencia física como el clásico, ya que en
principio se intuye que entre las propiedades del psiquismo y las
propiedades del mundo cuántico parecen existir sorprendentes paralelismos.