Puede haber una capa de realidad incluso más profunda que el reino cuántico
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Los físicos están haciendo nuevos avances en el mundo de las teorías poscuánticas, descubriendo cómo puede ser la realidad en un nivel más profundo y extraño que la ya infame y extraña teoría cuántica.
En la década de 1920, los físicos tenían varias teorías extremadamente útiles sobre cómo funciona el mundo, pero seguían descubriendo situaciones en las que esas teorías no funcionaban. A través de estos agujeros en la llamada física clásica, vislumbraron una capa más profunda del mundo que subyace a todo: el reino cuántico. Ahora los físicos están teniendo un déjà vu. La teoría cuántica funciona increíblemente bien, pero también tiene grandes lagunas cuando se enfrenta a objetos cósmicamente grandes controlados por la gravedad. ¿Qué tipo de mundo poscuántico podría revelarse a través de ese agujero?
James Hefford, del Instituto Nacional de Investigación en Ciencia y Tecnología Digital, y Matt Wilson, de la Universidad Paris-Saclay, ambos en Francia, han desarrollado ahora un esbozo matemático de un mundo poscuántico plausible, posiblemente la capa más profunda de la realidad hasta el momento.
“La teoría cuántica no describe todo el universo”, dice Hefford. “Uno de los mayores problemas de la física es encontrar una teoría de la gravedad cuántica, una teoría que describa tanto la teoría cuántica como la gravedad. Esa cosa debería ir de alguna manera más allá de la simple teoría cuántica”.
Hay muchas propuestas sobre cómo desarrollar una teoría de la gravedad cuántica, pero Wilson y Hefford se inspiraron en la relación entre la física cuántica y la física clásica. Específicamente, no encontramos efectos cuánticos extraños en la vida cotidiana debido a un proceso llamado decoherencia, que destruye la cuántica de la mayoría de los objetos. Es gracias a la decoherencia que nuestro mundo muy razonable y tangible emerge del mundo cuántico en el que los gatos aparentemente pueden estar vivos y muertos al mismo tiempo, y las partículas pueden atravesar las paredes como fantasmas. Los investigadores postularon que un proceso análogo de “hiperdecoherencia” debería hacer que la teoría cuántica surja de una postcuántica.
La idea se había estudiado antes, pero un teorema específico de 2018 había demostrado que era matemáticamente imposible idear un proceso de hiperdecoherencia sensato e internamente consistente que reprodujera correctamente la teoría cuántica. Hefford y Wilson estudiaron cuidadosamente los supuestos que subyacen a este teorema e idearon una solución alternativa. El precio que pagaron fue que terminaron en un reino poscuántico muy extraño: una teoría llamada QBox.
Una de sus características clave es que modifica la idea convencional de causalidad. Convencionalmente, cualquiera de los eventos A causa el evento B o viceversa, pero en QBox, se permite tener mezclas de “A causa B” y “B causa A” donde es imposible decir cuál es inequívocamente correcta.
“Esto es indefinición causal. Deberíamos preocuparnos por ello si queremos desarrollar una teoría de la gravedad cuántica”, dice Carlo Maria Scandolo de la Universidad de Calgary en Canadá, que no trabajó en el proyecto. Esto se debe a que nuestra mejor teoría de la gravedad –la relatividad general de Albert Einstein– impone diferentes órdenes de causa y efecto en diferentes puntos del espacio-tiempo, afirma.
Esto se manifiesta, por ejemplo, en experimentos mentales en los que personas que viajan en diferentes naves espaciales observando el mismo conjunto de acontecimientos no pueden ponerse de acuerdo sobre el orden en que ocurrieron.
Los dos físicos también tuvieron que asegurarse de que la hiperdecoherencia reduzca correctamente QBox a la teoría cuántica. Por ejemplo, tenían que asegurarse de que un objeto determinado que sólo podemos conocer de forma aproximada en QBox no se conozca más claramente después de la hiperdecodificación. Wilson dice que el proceso de hiperdecoherencia es similar a la existencia de dimensiones a las que un agente que opera en el reino QBox (alguien que puede interactuar con objetos dentro de él) puede acceder, pero que quedan ocultas para aquellos de nosotros que solo podemos acceder a los reinos cuántico o clásico.
Los dos investigadores todavía están trabajando en los detalles de cómo pensar en estas dimensiones y qué experimentaría exactamente el agente, pero las dimensiones que se vuelven inaccesibles parecen ser temporales más que espaciales, con la hiperdecoherencia cortando el acceso a procesos que suceden hacia atrás, yendo hacia el pasado en lugar de hacia el futuro.
“Hay [previously] “Ha habido algunas teorías de juguete que respaldarían nociones de orden causal indefinido y demás, pero lograr que luego reprodujeran toda la mecánica cuántica fue un desafío que nadie parecía haber acertado”, dice Ciarán Gilligan-Lee del Laboratorio de Investigación de Inferencia Causal de Spotify, coautor del teorema de 2018 que argumenta contra la hiperdecoherencia. Dice que una verdadera fortaleza del nuevo trabajo es que es una teoría concreta y también bastante matemáticamente mínima. A pesar de algunas de sus rarezas, QBox no requiere inventar un mundo completamente nuevo de objetos, como cuerdas cósmicas, para llegar a una teoría de la gravedad cuántica, afirma.
Un siguiente paso importante es desarrollar los detalles físicos de la hiperdecoherencia, además de demostrar que puede existir como una función matemática, dice John Selby de la Universidad de Gdańsk en Polonia, quien fue el otro coautor del teorema de 2018. “Debería haber alguna narrativa, alguna historia que diga por qué en nuestros experimentos actuales esto es así. [what is] “Está sucediendo”, dice. En su opinión, incluso si QBox resulta no ser exactamente lo que es la capa post-cuántica de la realidad, el trabajo matemático de Hefford y Wilson es un punto de partida prometedor.
Gilligan-Lee y Selby también han redactado un teorema nuevo y diferente que aún no ha sido revisado por otros físicos, pero que puede imponer restricciones más estrictas a lo que significaría para una teoría como QBox desacoplarse significativamente de la teoría cuántica.
Tales desafíos son bienvenidos, incluso si significan que QBox termine siendo un trampolín hacia una mejor lista de deseos de lo que debería ser una teoría poscuántica, dice Wilson. Sorprendentemente, las pruebas experimentales de QBox también podrían ser posibles con el tiempo porque la teoría podría tener implicaciones concretas para ciertos experimentos en los que se superponen ondas cuánticas.
Y si QBox logra superar futuros desafíos matemáticos y experimentales, una pregunta aún más tentadora se volverá relevante. “¿Pueden existir torres enteras de teorías que se decohesionen entre sí mediante [decoherence] ¿Mecanismos?” dice Hefford. Después de todo, la búsqueda de la capa más profunda de la realidad puede implicar un poco más de investigación matemática.
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