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
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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