¿Ha estado alguna vez en más de un lugar al mismo tiempo? Si eres mucho más grande que un átomo, la respuesta será no.
Pero los átomos y las partículas se rigen por las reglas de la mecánica cuántica, en las que pueden coexistir varias situaciones posibles diferentes a la vez.
Los sistemas cuánticos están regidos por lo que se llama una “función de onda“: un objeto matemático que describe las probabilidades de estas diferentes situaciones posibles.
Y estas diferentes posibilidades pueden coexistir en la función de onda como lo que se llama una “superposición” de diferentes estados. Por ejemplo, una partícula que existe en varios lugares diferentes a la vez es lo que llamamos “superposición espacial”.
Solo cuando se realiza una medición, la función de onda “colapsa” y el sistema termina en un estado definido.
Generalmente, la mecánica cuántica se aplica al diminuto mundo de átomos y partículas. El jurado aún está deliberando sobre lo que significa para los objetos a gran escala.
En nuestra investigación, publicado esta semana en Óptica, proponemos un experimento que puede resolver esta espinosa cuestión de una vez por todas.
El gato de Erwin Schrödinger
En la década de 1930, al físico austríaco Erwin Schrödinger se le ocurrió su famoso experimento mental sobre un gato en una caja que, según la mecánica cuántica, podría estar vivo y muerto al mismo tiempo.
En él, se coloca un gato en una caja sellada en la que un evento cuántico aleatorio tiene una probabilidad de 50 a 50 de matarlo. Hasta que se abra la caja y se observe al gato, el gato está muerto y vivo al mismo tiempo.
En otras palabras, el gato existe como una función de onda (con múltiples posibilidades) antes de ser observado. Cuando se observa, se convierte en un objeto definido.
Después de mucho debate, la comunidad científica en ese momento llegó a un consenso con la “Interpretación de Copenhague”.
Esto básicamente dice que la mecánica cuántica solo se puede aplicar a átomos y moléculas, pero no puede describir objetos mucho más grandes.
Resulta que estaban equivocados.
En las últimas dos décadas, los físicos dicen haber estados cuánticos en objetos hechos de billones de átomos
¿Cómo se vuelve real una función de onda?
Pero, ¿cómo se convierte la función de onda en un objeto “real”?
Esto es lo que los físicos llaman el “problema de la medición cuántica”. Ha desconcertado a científicos y filósofos durante aproximadamente un siglo.
Si hay un mecanismo que elimina el potencial de superposición cuántica de los objetos a gran escala, de alguna manera se requeriría “perturbar” la función de onda, y esto generaría calor.
Si se encuentra tal calor, esto implica que la superposición cuántica a gran escala es imposible. Si se descarta tal calor, entonces es probable que a la naturaleza no le importe “ser cuántico” en cualquier tamaño.
Si este último es el caso, con el avance de la tecnología podríamos colocar objetos grandes, tal vez incluso seres sintientes, en estados cuánticos.
Los físicos no saben cómo sería un mecanismo que previene las superposiciones cuánticas a gran escala. Según algunos, es un campo cosmológico desconocido. Otros sospecha de gravedad podría tener algo que ver con eso.
El ganador del Premio Nobel de Física de este año, Roger Penrose, cree que podría ser una consecuencia de la conciencia de los seres vivos.
Persiguiendo movimientos minúsculos
Durante la última década, los físicos han estado buscando febrilmente una pequeña cantidad de calor que indicaría una alteración en la función de onda.
Para averiguarlo, necesitaríamos un método que pueda suprimir (tan perfectamente como sea posible) todas las demás fuentes de “exceso” de calor que pueden obstaculizar una medición precisa.
También necesitaríamos mantener bajo control un efecto llamado “retroacción” cuántica, en el que el acto de observarse crea calor.
En nuestra investigación, hemos formulado un experimento de este tipo, que podría revelar si la superposición espacial es posible para objetos a gran escala. El mejor experimentos hasta ahora no he podido lograr esto.
Encontrar la respuesta con diminutos rayos que vibran
Nuestro experimento usaría resonadores a frecuencias mucho más altas que las que se han usado. Esto eliminaría el problema del calor del frigorífico.
Como fue el caso en experimentos anteriores, necesitaríamos usar un refrigerador a 0.01 grados kelvin por encima del cero absoluto. (El cero absoluto es la temperatura más baja teóricamente posible).
Con esta combinación de temperaturas muy bajas y frecuencias muy altas, las vibraciones en los resonadores sufren un proceso llamado “condensación de Bose”.
Puede imaginarse esto como el resonador volviéndose tan sólidamente congelado que el calor del refrigerador no puede moverlo, ni siquiera un poco.
También usaríamos una estrategia de medición diferente que no mira en absoluto el movimiento del resonador, sino la cantidad de energía que tiene. Este método también suprimiría fuertemente el calor de retroacción.
Pero, ¿cómo haríamos esto?
Las partículas individuales de luz entrarían en el resonador y rebotarían hacia adelante y hacia atrás unos pocos millones de veces, absorbiendo cualquier exceso de energía. Eventualmente dejarían el resonador, llevándose el exceso de energía.
Midiendo la energía de las partículas de luz que salen, pudimos determinar si había calor en el resonador.
Si hubiera calor, esto indicaría que una fuente desconocida (que no controlamos) había alterado la función de onda. Y esto significaría que es imposible que la superposición ocurra a gran escala.
¿Todo es cuántico?
El experimento que proponemos es un desafío. No es el tipo de cosas que puedes preparar casualmente un domingo por la tarde. Puede llevar años de desarrollo, millones de dólares y un montón de físicos experimentales expertos.
No obstante, podría responder a una de las preguntas más fascinantes sobre nuestra realidad: ¿todo es cuántico? Por eso, ciertamente creemos que vale la pena el esfuerzo.
En cuanto a poner a un humano o un gato en superposición cuántica, realmente no hay forma de que sepamos cómo afectaría esto a ese ser.
Afortunadamente, esta es una pregunta en la que no tenemos que pensar, por ahora. 
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