Molts físics senten desconcert sobre alguns aspectes de la Mecànica Quàntica (MQ), com ara el relacionat amb la manera en què la funció d’ona evoluciona en el temps. [i] Aquesta evolució està governada per l’equació de Schrödinger, una equació determinista i sense cap element d’aleatorietat. Tanmateix, quan hom fa una mesura (un experiment) sobre un sistema, la funció d’ona canvia de manera discontínua, deixa d’estar regida per l’equació de Schrödinger, i col·lapsa cap a un dels estats propis del sistema, i ho fa d’una manera probabilística[ii], Figura 3.
Dues són les interpretacions més resseguides de la MQ, la de Copenhaguen i la dels Molts Mons (també coneguda com el Multivers, el multi-univers). No tracten de cercar una nova teoria que reemplace la MQ sinó, en paraules de David Tong, “de trobar paraules reconfortants que ens permeten embolcallar les equacions i dormir en pau, sense parar-nos a pensar en les sorprenents i poc entenedores conclusions que es deriven de la MQ.”
Alternativament, per no sentir-nos incòmodes amb les conseqüències de la MQ podríem optar pel consell de Mermin, un físic de l’Estat Sòlid que va espetar: Calleu i calculeu! Es referia al fet que la MQ és la teoria científica més potent que mai s’ha inventat, i que proporciona respostes gens ambigües a qualsevol experiment que hem ideat fins ara. El fet que les respostes que dona la MQ siguen de naturalesa estadística està compensat de sobres pel fet que són respostes correctes sobre el món que habitem.
Tornem als dos intents més reeixits, tot i que contradictoris i desassossegadors, de construir unes idees que ens ajuden a pensar sobre el fet quàntic. La interpretació de Copenhaguen va dominar entre els fundadors de la MQ: es prenen el col·lapse de la funció d’ona seriosament, i divideixen el nostre Univers en dos, el món quàntic (descrit per funcions d’ona i l’equació de Schrödinger) i el món familiar clàssic (descrit per les lleis de Newton). El procés de mesura proporciona un pont entre els dos mons, i fa que la naturalesa nebulosa del quantum es transmute en els enunciats concrets del món clàssic. El preu que paguem és la presència de probabilitats: la MQ només ens permet calcular la probabilitat d’obtenir, com a resultat del procés de mesura, un dels valors propis de la magnitud que mesurem.
La interpretació de Copenhaguen de la MQ no és satisfactòria: No explica per què de sobte, quan es fa una mesura, l’equació de Schrödinger deixa d’actuar i la funció d’ona col·lapsa. A més d’això, tant nosaltres com l’aparell experimental estem fets d’àtoms i, per tant, també hauríem d’obeir les lleis de la MQ. Per altra banda, no està clar on s’ha de traçar la línia divisòria entre allò clàssic i allò quàntic.
Una altra interpretació de la MQ, coneguda com la teoria del Multivers, va ser suggerida per Everett en els anys 1950. La idea és prendre’s seriosament l’equació de Schrödinger dependent del temps. Per exemple, una partícula que passa per dues escletxes es descriu amb una funció d’ona que no s’esvaeix (que pren valors no nuls) al voltant de les dues escletxes. Diem que la partícula es troba en una superposició d’estats, situada en dos llocs alhora. Ara bé, si col·loquem un aparell de detecció en una de les escletxes, la nova funció d’ona que incorpora la partícula i l’aparell de mesura no col·lapsa: segueix obeint l’equació de Schrödinger. L’aparell de detecció també es troba en una superposició amb la partícula detectada i la no detectada. Quan posteriorment mirem l’aparell per fer la mesura, també nosaltres ens dividim en una superposició. I així successivament. Els molts mons són les diferents branques de la funció d’ona que van creant-se com a conseqüència de confiar en la veracitat de l’equació de Schrödinger[iii], Figura 4. Així, cada vegada que ocorre un procés quàntic (o subatòmic) en qualsevol punt de l’Univers, la funció d’ona de l’Univers es divideix de nou en noves funcions, que descriuen les opcions possibles. D’aquesta manera, s’estan creant contínuament universos paral·lels.
Hi ha també aspectes poc satisfactoris en la interpretació MQ de molts mons. Per exemple, en ignorar el col·lapse de la funció d’ona, la regla de Born (tan important per construir les probabilitats d’obtenir un determinat resultat de la mesura) s’ha d’afegir ad hoc. Tampoc no s’explica per què només ens sentim a nosaltres mateixos en una sola branca de la funció d’ona, més que en una superposició de tots els resultats possibles.
Hi ha una faceta important de la MQ que aporta una mica de bàlsam a les dues interpretacions anteriors, es tracta del procés conegut com a decoherència quàntica: A mesura que un nombre cada cop més gran de partícules s’entrellaça en una superposició d’estats, és més i més difícil mostrar efectes d’interferència quàntica. Això explica per què no es poden observar propietats quàntiques en els objectes macroscòpics. I també ajuda a entendre com pot sorgir la línia divisòria borrosa de Copenhaguen entre allò clàssic i allò quàntic, o com es podria produir la divisió dels molts mons.
Podem adoptar, però, un punt de vista alternatiu, una tercera via: podem acceptar tant la interpretació de Copenhaguen com la del multivers, juntament amb qualsevol altra. I davant d’una situació experimental concreta podem triar la interpretació que ens resulte més adequada. Aquesta ambigüitat no té cap importància, per la senzilla raó que no hi ha, fins ara, cap manera experimental de distingir les diverses interpretacions de la MQ.
Assenyala Tong, finalment, que un títol millor per a aquesta secció seria “Interpretacions de la mecànica clàssica” pel fet que, al nivell fonamental, el món és quàntic i probabilístic, i d’ell sorgeix el món clàssic amb les seues lleis físiques deterministes. Si hi ha una pregunta a respondre és com sorgeix el món clàssic a partir del quàntic. Buscar una explicació del comportament quàntic en termes de la nostra visió, provinent del món clàssic, seria com cercar en la botànica la manera d’entendre les propietats dels quarks.
[i] Notes extretes dels apunts de Mecànica Quàntica de David Tong, http://www.damtp.cam.ac.uk/user/tong/quantum.html
[ii] https://www.cantorsparadise.org/ways-of-interpreting-quantum-mechanics-a-quick-look-864d055a3b20/
[iii] https://en.wikipedia.org/wiki/Many-worlds_interpretation
Us ha agradat aquest article? Compartiu-lo!