A mecánica cuántica permítelle ver, sentir e tocar partículas (parte 2)

2 22. 11. 2018
V Conferencia Internacional de Exopolítica, Historia e Espiritualidade

Volvamos ao que é a mecánica cuántica e como podemos usala.

Unha vista invisible

Está ben, así que cheiras a café, case estás esperto. Os teus ollos están preparados para a rutina diaria, pestanexando e deixando entrar algunha luz. Mentres o pensas, as partículas de luz que che entran na cara e nos ollos formáronse hai un millón de anos no centro do sol, nun momento no que os nosos devanceiros comezaron a usar o lume. O sol nin sequera enviaría partículas chamadas fotóns se non fosen necesarias para o mesmo fenómeno que podería ser a base do noso olfacto, o túnel cuántico.

Ao redor de 150 millóns de quilómetros separan o Sol e a Terra, os fotóns só tardan oito minutos en cubrir esa distancia. Non obstante, a maior parte da súa viaxe ten lugar dentro do sol, onde un fotón típico pasa un millón de anos intentando escapar. A materia almacénase así no medio da nosa estrela, onde o hidróxeno é aproximadamente 13 veces máis denso que o chumbo, e os fotóns poden viaxar durante unha fracción infinitesimal de segundo antes de ser absorbidos polos ións de hidróxeno, que logo disparan un fotón para viaxar dende o Sol, etc. Despois de aproximadamente mil millóns destas interaccións, finalmente aparece un fotón na superficie do Sol, que leva brillando aquí desde hai millóns de anos.

Mecánica cuántica (© Jay Smith)

Os fotóns nunca se formarían e o Sol non brillaría sen túneles cuánticos. O sol e todas as outras estrelas crean luz por fusión nuclear, rompen ións de hidróxeno e crean helio nun proceso que libera enerxía. Cada segundo, o sol converte uns 4 millóns de toneladas de materia en enerxía. Só os ións hidróxeno, como os protóns individuais, teñen cargas eléctricas positivas e repélense mutuamente. Entón, como poden fusionarse entre si?
No túnel cuántico, a natureza ondulatoria dos protóns ás veces permítelles superpoñerse facilmente como ondas que se unen na superficie dun estanque. O feito de superpoñerse achega as ondas de protóns o suficientemente preto como para que outra forza, como unha forte forza nuclear que actúa só a distancias moi curtas, poida superar a repulsión eléctrica das partículas. Os protóns decaen entón para liberar un fotón.

Os nosos ollos son moi sensibles aos fotóns

Os nosos ollos evolucionaron ata ser moi sensibles a estes fotóns. Algúns experimentos recentes demostraron que incluso podemos detectar fotóns individuais, o que suscita unha interesante posibilidade: os humanos poderiamos detectar algúns casos especiais de mecánica cuántica? Significa isto que unha persoa, como un fotón ou un electrón ou o desafortunado gato de Schrödinger, está morto e vivo ao mesmo tempo se está directamente implicada no mundo cuántico? Como podería ser esa experiencia?

Ollo humano

"Non o sabemos porque ninguén o intentou", dixo Rebecca Holmes, física no Laboratorio Nacional Los Álamos de Novo México. Hai tres anos, cando se graduou na Universidade de Illinois en Urbane-Champaign, Holmes formaba parte dun equipo dirixido por Paul Kwiat, que demostrou que as persoas poden detectar pequenos flashes de luz formados por tres fotóns. En 2016, descubriu que un grupo competidor de científicos, liderado polo físico Alipaša Vaziri na Universidade Rockefeller de Nova York, descubriu que a xente realmente vía fotóns individuais. Non obstante, vemos que a experiencia pode non ser descrita con precisión. Vaziri, ela mesma intentou ver o flash de fotóns, dixo á revista Nature: "Non é como ver luz. É case unha sensación no limiar da fantasía ".

Mecánica cuántica: experimentos

Nun futuro próximo, Holmes e Vaziri esperan experimentar co que a xente percibe cando os fotóns se inseren en estados cuánticos especiais. Por exemplo, os físicos poden conectar un só fotón ao que chaman superposición, onde os fotóns existen simultaneamente en dous lugares diferentes. Holmes e os seus colegas deseñaron un experimento que inclúe dous escenarios para comprobar se os humanos poden percibir directamente a superposición de fotóns. No primeiro escenario, un fotón entraría no lado esquerdo ou dereito da retina humana e notaríase en que lado da retina sentía o fotón. No segundo escenario, o fotón colocaríase nunha superposición cuántica que lle permitiría facer o aparentemente imposible: voar cara aos lados dereito e esquerdo da retina ao mesmo tempo.

Detectaríase luz a ambos os dous lados da retina? Ou a interacción dun fotón no ollo faría que a superposición "colapsase"? Se é así, ¿acontecería tantas veces nos lados dereito e esquerdo, como suxire a teoría?

Rebecca Holmes di:

"Baseado na mecánica cuántica estándar, un fotón en superposición probablemente non parecería diferente a un fotón verdadeiramente transmitido aleatoriamente á esquerda ou á dereita".

Se resulta que algúns participantes no experimento realmente percibiron o fotón nos dous lugares ao mesmo tempo, ¿significa isto que a propia persoa estaba nun estado cuántico?

Rebecca Holmes engade:

"Podería dicir que o observador estivo só nunha superposición cuántica nun tempo insignificantemente curto, pero ninguén o intentou aínda, polo que realmente non o sabemos. Por iso fas ese experimento ".

Percibes ao teu xeito

Volvamos agora á cunca de café. Sentes a cunca como unha peza de material sólida, firmemente en contacto coa pel da túa man. Pero só é unha ilusión. Nunca tocamos nada, polo menos non no sentido das dúas pezas sólidas de materia que se tocan. Máis do 99,9999999999 por cento dun átomo consiste en espazo baleiro, con case toda a materia concentrada no núcleo.

Mecánica cuántica (© Jay Smith)

Cando sostes o vaso coas mans, parece que é del a forza vén da resistencia dos electróns na copa e na man. Os electróns en si non teñen ningún volume, son só as dimensións aparentes cero do campo de carga eléctrica negativa que rodean átomos e moléculas como unha nube. As leis da mecánica cuántica limítanas a niveis de enerxía específicos ao redor de átomos e moléculas. Mentres a man colle a cunca, empurra os electróns dun nivel a outro e isto require enerxía muscular, que o cerebro interpreta como resistencia cando tocamos algo sólido.

O noso sentido do tacto provén da interacción extremadamente complexa entre electróns ao redor das moléculas do noso corpo e as moléculas dos obxectos que tocamos. A partir desta información, o noso cerebro crea a ilusión de que temos un corpo sólido que se move arredor dun mundo cheo doutros obxectos sólidos. O contacto con eles non nos dá unha sensación exacta de realidade. É posible que ningunha das nosas percepcións corresponda ao que realmente está a suceder. Donald Hoffman, neurólogo cognitivo da Universidade de California, Irvine, cre que os nosos sentidos e cerebros evolucionaron para ocultar a verdadeira natureza da realidade, non para revelala.

"A miña idea é que o feito, sexa o que sexa, é demasiado complicado e levaranos demasiado tempo e enerxía para procesalo".

Comparación da imaxe do mundo no cerebro coa interface gráfica no ordenador

Hoffman compara a imaxe da construción do mundo no noso cerebro, coa interface gráfica na pantalla dun ordenador. Todas as iconas de cores da pantalla, como a papeleira de reciclaxe, o punteiro do rato e as carpetas de ficheiros, non teñen nada que ver co que realmente está a suceder dentro do ordenador. Son só abstraccións, simplificacións que nos permiten comunicarnos con electrónica complexa.

A xuízo de Hoffman, a evolución cambiou os nosos cerebros para funcionar como unha interface gráfica que non reproduce o mundo fielmente. A evolución non soporta o desenvolvemento dunha percepción precisa, só usa o que permite a supervivencia.

Como di Hoffman:

"Forma regras sobre a realidade".

Hoffman e os seus estudantes graduados probaron centos de miles de modelos de computadores nos últimos anos para probar as súas ideas en simulacións de formas de vida artificial que compiten por recursos limitados. En calquera caso, os organismos están programados para priorizar a aptitude física cando os feitos non se corresponden cos feitos para unha percepción precisa.

Por exemplo, se un organismo está deseñado para percibir con precisión, por exemplo, a cantidade total de auga presente no ambiente e atópase cun organismo sintonizado para percibir algo máis sinxelo, por exemplo, a cantidade óptima de auga necesaria para manterse vivo. Así, aínda que un organismo podería crear unha forma de realidade máis precisa, esta propiedade non aumenta a súa capacidade de sobrevivir. Os estudos de Hoffman levárono a unha conclusión notable:

"Na medida en que sintonicemos con manter a vida, non estaremos en sintonía coa realidade. Non podemos facelo ".

Teoría cuántica

Os seus pensamentos coinciden co que algúns físicos consideran a idea central da teoría cuántica: a percepción da realidade non é totalmente obxectiva, non podemos estar separados do mundo que observamos.

Hoffman captura completamente esta visión:

"O espazo é só unha estrutura de datos e os obxectos físicos son estruturas de datos que creamos en voo. Cando miro un outeiro, creo esta estrutura de datos. Despois miro para outro lado e rompo esta estrutura de datos porque xa non a necesito ".

Como mostra a obra de Hoffman, aínda non consideramos o significado completo da teoría cuántica e o que di sobre a natureza da realidade. Durante a maior parte da súa vida, o propio Planck procurou comprender a teoría que axudou a crear e sempre creu nunha percepción obxectiva do universo que existía independentemente de nós.

Unha vez escribiu sobre por que optou por seguir física, contra o consello do seu profesor:

"O mundo exterior é algo independente do home, é algo absoluto e a busca de leis que se apliquen a isto pareceume absolutamente a experiencia científica máis nobre da vida".

Pode levar outro século para que outra revolución en física demostre se tiña razón ou non, como o seu profesor Philip von Jolly.

Mecánica cuántica

Outras partes da serie