Volvamos a lo que es la mecánica cuántica y cómo podemos usarla.

Vista invisible

Bien, entonces sientes café, estás casi despierto. Tus ojos están listos para la luz del día, parpadean y dejan entrar algo de luz. Cuando lo piensas, las partículas de luz que entran en tu cara y tus ojos se levantaron hace un millón de años en el centro del sol, en el momento en que nuestros antepasados ​​comenzaron a usar el fuego. El sol ni siquiera enviaría partículas llamadas fotones si no fueran necesarios para el mismo fenómeno que podría ser la base de nuestro olor, la tunelización cuántica.

Alrededor de 150 de millones de kilómetros separa el Sol y la Tierra, los fotones tardan solo ocho minutos en superar esta distancia. La mayoría de sus viajes tienen lugar dentro del sol, donde un fotón típico pasa millones de años tratando de escapar. La masa se almacena en el centro de nuestra estrella, donde el hidrógeno es aproximadamente 13 veces más denso que el plomo, y los fotones pueden viajar solo una fracción infinitamente pequeña de un segundo antes de que se absorban los iones de hidrógeno, que luego disparan un fotón en una trayectoria solar, etc. tales interacciones finalmente emergen un fotón en la superficie del Sol que ha estado brillando durante millones de años.

Mecánica cuántica (© Jay Smith)

Los fotones nunca surgirían, y el sol no brillaría si el túnel cuántico no lo fuera. El sol y todas las demás estrellas crean luz por fusión nuclear, rompiendo iones de hidrógeno y creando helio por un proceso que libera energía. Cada segundo, el sol se convierte en aproximadamente 4 de millones de toneladas de masa. Solo los iones de hidrógeno, como los protones individuales, tienen cargas eléctricas positivas y se repelen entre sí. Entonces, ¿cómo pueden fusionarse entre sí?
En túneles cuánticos, la naturaleza ondulatoria de los protones les permite a veces superponerse fácilmente como ondas que se conectan a la superficie del estanque. Al superponerse, las ondas de protones se acercan lo suficiente como para que una fuerza adicional, como una fuerza nuclear fuerte que opera solo a distancias muy cortas, pueda superar la repulsión eléctrica de las partículas. Los protones luego colapsan y liberan un fotón.

Nuestros ojos son muy sensibles a los fotones.

Nuestros ojos han evolucionado para ser muy sensibles a estos fotones. Algunos experimentos recientes han demostrado que incluso podemos detectar fotones individuales, lo que ofrece una opción interesante: ¿podrían las personas detectar algunos casos especiales de mecánica cuántica? ¿Eso significa que un hombre, como un fotón o un electrón o el desafortunado gato de Schrödinger, está vivo y muerto al mismo tiempo si se involucra directamente en el mundo cuántico? ¿Cómo podría ser esa experiencia?

El ojo humano

"No lo sabemos porque nadie lo ha intentado", dice Rebecca Holmes, física del Laboratorio Nacional de Los Álamos en Nuevo México. Hace tres años, cuando estudiaba en la Universidad de Illinois en Urbane-Champaign, Holmes formaba parte de un equipo dirigido por Paul Kwiat, quien demostró que las personas pueden detectar un rayo corto de tres fotones. En 2016, descubrió que un grupo de científicos en competencia liderado por el físico Alipawa Vaziri en la Universidad Rockefeller de Nueva York descubrió que las personas ven fotones individuales. Vemos, sin embargo, que la experiencia puede no ser descrita con precisión. Vaziri, ella había tratado de ver los destellos de fotones y le dijo a la revista Nature: "No es como ver la luz. Es casi un sentimiento en el umbral de la fantasía ".

Mecánica cuántica - Experimentos

En un futuro cercano, Holmes y Vaziri esperan que los experimentos prueben lo que las personas perciben cuando los fotones se insertan en estados cuánticos especiales. Por ejemplo, los físicos pueden vincular un solo fotón a lo que llaman superposición, donde los fotones existen simultáneamente en dos ubicaciones diferentes. Holmes y sus colegas sugirieron un experimento con dos escenarios para probar si las personas podían percibir la superposición de fotones directamente. En el primer escenario, un fotón alcanzaría el lado izquierdo o el derecho de la retina humana, y notaría en qué lado de la retina se sentía un fotón. En el segundo escenario, el fotón se colocaría en una superposición cuántica que permitiría que pareciera imposible, volar simultáneamente a los lados derecho e izquierdo de la retina ocular.

¿Se encontraría luz en ambos lados de la retina? ¿O la interacción del fotón en el ojo causaría que la superposición colapsara? Si es así, ¿estaría tan a menudo a la derecha como a la izquierda, como sugiere la teoría?

Rebecca Holmes dice:

"Sobre la base de la mecánica cuántica estándar, el fotón de la superposición probablemente no se verá diferente al fotón enviado al azar a la izquierda o la derecha".

Si resulta que algunos de los participantes del experimento realmente percibieron el fotón en ambos sitios al mismo tiempo, ¿significa que la persona en sí estaba en un estado cuántico?

Rebecca Holmes añade:

"Se puede decir que el observador estaba solo en la superposición cuántica en un tiempo ligeramente despreciable, pero nadie lo ha intentado todavía, por lo que no sabemos realmente. Es por eso que podemos hacer tal experimento ".

Percibes tu propio camino.

Ahora, volvamos a la taza de café. Siente la taza como una pieza sólida de material, firmemente en contacto con la piel de su mano. Pero es solo una ilusión. Nunca tocamos nada, al menos no en el sentido de las dos piezas sólidas de materia que se tocan. Más del 99,9999999999 por ciento de un átomo consiste en un espacio vacío, con casi toda la masa centrada en el núcleo.

Mecánica cuántica (© Jay Smith)

Cuando sostienes una taza con tus manos, parece que su la fuerza proviene de la resistencia de los electrones en la copa y en la mano. Los electrones en sí no tienen ningún volumen, son solo las dimensiones cero aparentes del campo de carga eléctrica negativa que rodean a los átomos y las moléculas como una nube. Las leyes de la mecánica cuántica están limitadas a niveles de energía específicos alrededor de átomos y moléculas.. Cuando la mano agarra la taza, empuja los electrones de un nivel a otro y requiere la energía de los músculos que el cerebro interpreta como resistencia cuando toca algo sólido.

Nuestro sentimiento del tacto se basa en una interacción extremadamente compleja entre los electrones alrededor de las moléculas de nuestro cuerpo y las moléculas de los objetos que estamos tocando. A partir de esta información, nuestro cerebro crea la ilusión de que tenemos un cuerpo sólido que se mueve alrededor de un mundo lleno de otros objetos sólidos.. El contacto con ellos no nos da un sentido exacto de la realidad. Es posible que ninguna de nuestras percepciones se corresponda con lo que realmente está sucediendo. Donald Hoffman, neurólogo cognitivo de la Universidad de California en Irvine, cree que nuestros sentidos y cerebros han evolucionado para ocultar la verdadera naturaleza de la realidad, no para revelarla.

"Mi idea es que el hecho, sea lo que sea, es demasiado complicado, y se necesita mucho tiempo y energía para procesarlo".

Comparación de una imagen del mundo en el cerebro con una interfaz gráfica en la computadora

Hoffman compara la imagen de la construcción del mundo en nuestro cerebro con la interfaz gráfica en la pantalla de la computadora. Todos los iconos de colores en la pantalla, como la cesta, el puntero del mouse y la carpeta de archivos, no están relacionados en absoluto con lo que realmente está sucediendo dentro de la computadora. Son meras abstracciones, simplificaciones que nos permiten comunicarnos con componentes electrónicos complejos.

Según el punto de vista de Hoffman, la evolución ha cambiado nuestro cerebro para funcionar como una interfaz gráfica que no produce el mundo con bastante fidelidad. La evolución no apoya el desarrollo de una percepción precisa, solo utiliza lo que permite la supervivencia.

Como dice Hoffman:

"La forma domina la realidad".

Hoffman y sus estudiantes de posgrado han estado probando cientos de miles de modelos de computadora en los últimos años para probar sus ideas en simulaciones de formas de vida artificiales que cuestionan recursos limitados. En cualquier caso, los organismos están programados para dar preferencia a la aptitud física, cuando las realidades no son las mismas que se hacen para una percepción precisa.

Por ejemplo, si un organismo está diseñado para percibir con precisión, por ejemplo, la cantidad total de agua presente en el medio ambiente, se encuentra con un organismo que está sintonizado para percibir algo más simple, por ejemplo, la cantidad óptima de agua necesaria para mantenerse con vida. Entonces, si bien un organismo podría crear una forma más precisa de realidad, esta propiedad no aumenta su capacidad de supervivencia. El estudio de Hoffman lo llevó a una conclusión notable:

"En la medida en que estemos sintonizados para sostener la vida, no estaremos en sintonía con la realidad. No podemos hacerlo ".

Teoría cuántica

Sus ideas coinciden con lo que algunos físicos consideran la idea central de la teoría cuántica: la percepción de la realidad no es del todo objetiva, no podemos separarnos del mundo que observamos.

Hoffman ve completamente esta vista:

"El espacio es solo una estructura de datos, y los objetos físicos son en sí mismos las estructuras de datos que creamos en vuelo. Cuando miro una colina, creo esta estructura de datos. Luego busco en otra parte y rompo esta estructura de datos porque ya no la necesito ".

Como muestra el trabajo de Hoffman, todavía no hemos considerado el significado completo de la teoría cuántica y lo que dice sobre la naturaleza de la realidad. Durante la mayor parte de su vida, el propio Planck trató de comprender la teoría que ayudó a crear, y siempre creyó en una percepción objetiva del universo que existía independientemente de nosotros.

Una vez escribió sobre por qué decidió dedicarse a la física, en contra del consejo de su maestro:

"El mundo exterior es algo independiente del hombre, es algo absoluto, y la búsqueda de las leyes que se aplican a esto absolutamente me parece la experiencia científica más exaltada de la vida".

Tal vez pasará otro siglo antes de que otra revolución en la física compruebe si tenía razón o no, como su profesor Philip von Jolly.