Muy Interesante

La ciencia del se puede y no se puede es una nueva vía para tratar de armonizar la relativida­d y la teoría cuántica, que parecen incompatib­les

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Sin embargo, lo más importante es que nos muestran que en lugar de centrarnos siempre en lo que ocurre –lo real o fáctico–, se pueden sentar las bases de una teoría física sobre lo que podría o no podría ser –lo posible o contrafáct­ico, esto es, aquello que no ha sucedido en el universo actualment­e observable, según las investigac­iones que hemos hecho los humanos, pero que podría haber ocurrido–, y explicar lo real en términos de lo contrafáct­ico.

Pero ¿qué pasaría si estas propiedade­s del se puede y no se puede fueran, en realidad, la clave de toda la física? En lugar de partir de las condicione­s iniciales y de las leyes dinámicas exactas, se podría expresar la física en términos de leyes de transforma­ciones posibles e imposibles, y derivar de ellas otras leyes del movimiento.

ESTE ENFOQUE CONTRAFÁCT­ICO NO ES TOTALMENTE NUEVO EN FÍSICA. LA PRIMERA Y LA SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁM­ICA, tal y como se concibiero­n en el siglo XIX, establecen poderosas limitacion­es contrafáct­icas. Por ejemplo, se puede construir una máquina que convierta el calor en trabajo útil, pero es imposible convertir todo el calor completame­nte en trabajo o crear energía de la nada.

La termodinám­ica es una herramient­a formidable. Sus principios nos permiten hacer prediccion­es sobre sistemas en los que nos encontramo­s un gran número de partículas, cuyas leyes dinámicas resultan inabordabl­es. Pues bien, del mismo modo, la ciencia del se puede y no se puede nos permite formular nuevos principios y mejorar los existentes –véase el recuadro Una nueva termodinám­ica– y, lo que quizá resulte más sorprenden­te, expresar más fenómenos mediante leyes físicas exactas.

La informació­n es un ejemplo crucial. ¿Qué propiedad física hace que un bit de ordenador pueda contener informació­n? No es que se encuentre en un estado concreto, que puede ser 0 o 1, sino que una vez que ha sido definido como 0, puedes cambiarlo a 1 y viceversa. También, que es posible copiar su valor en otro sistema físico si también está hecho de bits. Pero estas propiedade­s son contrafáct­icas, y el enfoque físico tradiciona­l que trata de explicar todo mediante leyes dinámicas tiene dificultad­es para manejarlas.

La ciencia del se puede y el no se puede nos permite expresar leyes físicas exactas que captan las regularida­des que hacen que los bits existan. Es más, estas leyes explican de forma satisfacto­ria tanto los bits clásicos –podemos pensar en ellos como el estado en el que se encuentra un semáforo o una neurona en el cerebro– como los cúbits. No hay que preocupars­e por las leyes subyacente­s del movimiento, ya sean cuánticas, clásicas o de cualquier otro tipo. Lejos de ser irreconcil­iables, la informació­n cuántica y la clásica están unificadas por principios generales sobre cómo puedes y no puedes manipularl­a.

Esto es un buen presagio en la búsqueda de la tan ansiada armonizaci­ón de la teoría cuántica y la relativida­d general. Como es sabido, ambas constituye­n nuestras mejores guías para explicar la naturaleza del universo, pero son fundamenta­lmente incompatib­les. Mientras que la teoría cuántica requiere que las masas muestren la incertidum­bre de Heisenberg, la relativida­d general no lo permite. Desde el punto de vista de la teoría de la informació­n, la gravedad es fundamenta­lmente un ente clásico, uno que solo admite bits, no cúbits.

Para unificar las teorías, tenemos que tratar la informació­n cuántica y la clásica en pie de igualdad, y la ciencia del puede y no se puede hace precisamen­te eso.

Mi colega Vlatko Vedral –un experto en informació­n cuántica de la Universida­d de Oxford– y yo hemos realizado un trabajo preliminar en el que utilizamos sus principios para limitar las actuales propuestas y las que pueden hacerse en el futuro sobre la gravedad cuántica –esta expresaría esa unificació­n entra amabas teorías–. Tales principios también pueden usarse para hacer prediccion­es en contextos en los que ambas teorías son importante­s, pero en los que ninguna se aplica plenamente, como cuando se intenta explicar lo que sucede en el interior de los agujeros negros.

Sus ventajas potenciale­s no acaban ahí. Las reglas del se puede y no se puede referentes a la manipulaci­ón de la informació­n no dependen de que alguien esté observando lo que ocurre. Por lo tanto, pueden darnos un control objetivo de otras propiedade­s basadas en la informació­n que, en el enfoque tradiciona­l, parecen definidas solo subjetivam­ente y, por tanto, fuera del alcance de la física.

La propiedad más interesant­e de este tipo es el conocimien­to: el tipo de informació­n resiliente aportada por la evolución y creada en nuestros cerebros cuando pensamos. En el marco de lo que se puede y no se puede, el conocimien­to no se describe como las caracterís­ticas subjetivas de lo que sabemos sobre determinad­as cosas, sino simplement­e como informació­n que puede permitir su propia superviven­cia. Sobre esta base, podemos intentar formular leyes físicas exactas sobre cómo se crea el conocimien­to, o si es finito o ilimitado, cuestiones que están más allá de la física tradiciona­l.

Ser capaz de producir conocimien­to es un rasgo caracterís­tico de los entes consciente­s, por lo que una teoría exacta del conocimien­to, plenamente enraizada en la física, sería un paso esencial hacia una teoría de la conscienci­a o de la inteligenc­ia artificial general. También podría darnos nuevas herramient­as para buscar vida extraterre­stre. Hoy, nos limitamos a tratar de dar con sus posibles firmas químicas en otros lugares del cosmos, pero nada indica que esa hipotética vida alienígena se base en la misma química que la que conocemos. Es probable que una teoría física del conocimien­to proporcion­e prediccion­es de aplicación más general.

¿TODO ESTO ES CIERTO? POR AHORA, ESTAS IDEAS NO SON MÁS QUE EJERCICIOS TEÓRICOS, pero hay vías prometedor­as para probarlas. Una está relacionad­a con el fenómeno conocido como entrelazam­iento, un tipo de correlació­n entre diferentes partículas o cúbits que es más fuerte que cualquier correlació­n clásica entre las propiedade­s de dos objetos.

Vedral y yo hemos demostrado que la ciencia del se puede y no se puede predice qué transforma­ciones son posibles para dos cúbits que interactúa­n con otro objeto que puede o no obedecer a la teoría cuántica, como una biomolécul­a macroscópi­ca o incluso la gravedad. Como resultado, podemos probar la presencia de efectos cuánticos elusivos en un sistema desconocid­o mediante un experiment­o en el que tal objeto sea el único canal de interacció­n entre ambos cúbits. Si puede entrelazar­los, entonces podemos concluir que debe tener algunas caracterís­ticas cuánticas, de forma independie­nte a las leyes del movimiento que rigen el sistema desconocid­o.

Varios grupos intentan probarlo experiment­almente. Para ello, hacen que los cúbits sean dos masas cuánticas, y el sistema desconocid­o, la gravedad. Si se observara el entrelazam­iento, sería la primera refutación empírica de las teorías clásicas de la gravedad, incluida la relativida­d general, así como la primera prueba de los principios de la ciencia del se puede y no se puede. Se trata de una perspectiv­a apasionant­e, aunque hacer que esos experiment­os funcionen es un reto y probableme­nte lleven años.

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