Geometría del Espaciotiempo en la Mecánica Cuántica

Por: William Brown, Científico Investigador de Resonance Science Foundation 

Cómo la gravedad cuántica describe el funcionamiento interno de la física de partículas: la geometría cuántica del entrelazamiento - avances más allá de la interpretación de Copenhague.

En un reciente artículo del destacado físico teórico Leonard Susskind, director del Instituto de Física Teórica de Stanford, se aborda un importante enigma de la mecánica cuántica de Copenhague, ya que Susskind se enfrenta al elefante en la habitación del principal modelo de la física de partículas. El estudio comienza identificando uno de los principales defectos de la Interpretación de Copenhague, a saber, que requiere un único observador externo que no forma parte del sistema estudiado. Este requisito ha dado lugar a una buena cantidad de confusión e incoherencias lógicas al tratar de entender la relación entre la multiplicidad de observadores y el sistema observado. Obviamente, la situación exigida por la Interpretación de Copenhague es insostenible, ya que el universo está lleno de subsistemas que pueden desempeñar el papel de observador, y no existe un verdadero aislamiento de un sistema tal que pueda evolucionar independientemente de las "mediciones".

Picture1

Imagen: "Es obvio que la Interpretación de Copenhague no puede ser la última palabra". -Leonard Susskind

En el artículo de investigación The Unified Spacememory Network, publicado en el Journal of NeuroQauntology, el físico Nassim Haramein, el biofísico William Brown y la astrofísica Dra. Amira Val Baker, profundizan en este punto de la multiplicidad de observadores, o "subsistemas", para sentar las bases de un debate sobre un modelo ontológico de la física de la conciencia, exponiendo de paso algunas de las incoherencias lógicas de la mecánica cuántica de Copenhague.

En el manuscrito de la USN, Haramein et alia afirman:

Resulta que la investigación de la naturaleza de la conciencia está inextricablemente ligada a la exploración de la naturaleza de la realidad. Esto se resume en el adagio centenario "si un árbol cae en el bosque, y no hay nadie cerca para oírlo, ¿hace ruido?". ¿Hasta qué punto la realidad objetiva depende del observador? Evidentemente, la mayoría de nosotros estaría de acuerdo en que, por supuesto, hace ruido, ya que el sonido no es más que vibraciones mecánicas que se propagan en las moléculas de aire.

Sin embargo, esta cuestión ha resurgido en forma de gato de Schrödinger, planteada en parte para demostrar la naturaleza no física del modelo Heisenberg-Bohr de la teoría cuántica, también conocido como interpretación de Copenhague, que es el modelo mecánico cuántico predominante. Estos modelos surgieron de los intentos de interpretar los mecanismos físicos del famoso experimento de la doble rendija, que algunos físicos consideraban que no tenían una explicación clásica. Sin embargo, estudios experimentales recientes encuentran una interpretación diferente del experimento de la doble rendija, basada en la dinámica de fluidos en sistemas clásicos.  La interpretación de Copenhague ha llevado a la inferencia típica de que el observador y lo observado pueden ser aislados del sistema en el que están inmersos -es decir, todos los demás marcos- en el sentido de que su relación define la reducción de la amplitud de probabilidad (colapso de la función de onda) en un evento definido. En este modelo, la función de onda que describe la superposición de valores propios se traduce en una amplitud de probabilidad, y una partícula no tiene una existencia física real hasta que es observada de alguna manera.

El concepto de que un observador genera la realidad en la que se produce el evento, como la emisión de sonido por la caída de un árbol, supone un aislamiento del marco de referencia relativo al evento. Es decir, todas las interacciones en el sistema, las moléculas de aire por ejemplo, los pájaros en el árbol vecino, la vida microbiana alrededor y en el árbol, etc., pueden considerarse marcos de referencia - "observadores"- que experimentan el acontecimiento desde diferentes perspectivas. ¿Existe un mecanismo por el cual la relación de marcos de referencia genera un comportamiento colectivo que acaba evolucionando hacia un estado de autoconciencia?

Más recientemente, Susskind ha examinado la Interpretación de Copenhague y afirma:

Es evidente que la Interpretación de Copenhague no puede ser la última palabra. El universo está lleno de subsistemas, cualquiera de los cuales puede desempeñar el papel de observador. En las leyes de la mecánica cuántica no hay lugar para el colapso de la función de onda; lo único que ocurre es que la función de onda global evoluciona unitariamente y se entrelaza cada vez más. El universo es una red inmensamente complicada de subsistemas entrelazados, y sólo en alguna aproximación podemos señalar un subsistema concreto como EL OBSERVADOR.

– Leonard Susskind, Copenhagen vs Everett, Teleportation, and ER=EPR, 2016.

Estos recientes avances, procedentes de Susskind, Haramein y otros destacados físicos, pueden verse como una vuelta al realismo; porque si no hay un verdadero aislamiento de un sistema de la miríada de subsistemas que pueden actuar como observadores, entonces la Interpretación de Copenhague de que las partículas no existen hasta que se miden, queda obsoleta. Una partícula siempre está, en una u otra medida, entrelazada con otro sistema. Esta interacción constante significa que las "mediciones", u observaciones, siempre están ocurriendo, por lo que no hay ningún punto en el que una partícula exista sólo como una superposición abstracta, una forma de onda puramente matemática sin posición o momentum definidos.

En los artículos La gravedad cuántica y la masa holográfica, y más recientemente El electrón y la solución de la masa holográfica, se encuentra el reto centenario de describir las soluciones de una física unificada. En su esencia más simple, la solución proviene de la estructura cuántica y la geometría multiconectada del espaciotiempo, donde las fluctuaciones energéticas discretas a las escalas más pequeñas curvan el espaciotiempo hasta tal punto que la gravedad cuántica las une en pequeños agujeros negros, que son las partículas elementales que componen la materia.

Cuando se calculan con las relaciones de proporción holográfica de los osciladores energéticos discretos del espaciotiempo, se obtienen parámetros fundamentales: una hazaña que supone la primera vez que los caracteres elementales de la física se derivan de los primeros principios. La masa, la carga, el espín, las fuerzas electromagnéticas y de confinamiento son manifestaciones de la geometría de la red de agujeros de gusano a escala de Planck y de las relaciones de proporción holográfica del espaciotiempo curvo: el universo hablando consigo mismo. Estos factores no se añaden como parámetros libres, sin explicación de su origen, y no hay necesidad de campos electromagnéticos separados e independientes, campos de Higgs, y campos de color (QCD) - todos los dominios están unificados como la geometría cuántica del espaciotiempo multi-conectado; la gravedad cuántica.

A partir de aquí ya vemos cómo la geometría cuántica del espaciotiempo holográfico subyace a muchas de las mecánicas y propiedades de la física de partículas. El escenario estaba ahora preparado para abordar algunos de los aspectos más desconcertantes de la teoría cuántica, como el entrelazamiento, la superposición y otras características no locales de la mecánica cuántica. En el artículo de la Red del Espaciomemoria Unificada, Haramein y su equipo de investigación describen la geometría extendida de los osciladores del vacío a escala de Planck y se ve cómo son en realidad microagujeros de gusano.

Esta red de microagujeros de gusano planckianos forma redes de entrelazamiento de todos los marcos espaciales y temporales, uniendo esencialmente el espaciotiempo. En este enfoque, las partículas se revelan como configuraciones discretas de co-rotación del espaciotiempo en la escala de Planck, entrelazadas por las redes de microagujeros de gusano planckianos que intercambian información a través de las escalas. Esta reveladora comprensión de la naturaleza entrelazada del espaciotiempo y sus partículas discretas, se aplicó para entender la fuente de la notable coherencia y unidad que permite a los sistemas autoorganizados, y los impulsa a crecer en complejidad y sinergia organizativa. Es importante señalar que, aunque estos conceptos puedan parecer extravagantes y de gran alcance, las matemáticas resultantes de tales modelos han sido demostradas por Haramein, et al., para predecir con extrema precisión las fuerzas fundamentales y las masas de las partículas.

Otros están llegando a conclusiones notables similares. En un artículo de 2013 -2013 paper- , Susskind y Juan Maldacena (véase nuestro artículo Firewalls or Cool Horizons) lo explicaron con la elegante y sencilla "ecuación" ER = EPR. Donde ER significa puentes de Einstein-Rosen (agujeros de gusano, o ERBs), y EPR significa correlaciones de Einstein-Podolsky-Rosen (sistemas cuánticos que satisfacen la desigualdad de Bell... es decir, la no localidad). Esencialmente, afirma que cuando hay entrelazamiento cuántico entre dos pares de partículas, hay un agujero de gusano planckiano que las conecta. Muchos han interpretado esta idea como que la geometría del espaciotiempo es el resultado del entrelazamiento cuántico, pero Susskind ha sido más audaz y ha afirmado que puede ser que el entrelazamiento sea el resultado de la geometría del espaciotiempo, de modo que donde hay agujeros de gusano, hay entrelazamiento (una idea que es controvertida entre muchos físicos).

Figure 2

Figure 2.5

Figure 3

Imagen: La mecánica cuántica permite la conectividad no local: El entrelazamiento EPR

Los dos puntos rojos son partículas máximamente entrelazadas e indico su entrelazamiento uniéndolas con una corta línea negra. La línea negra tiene cierta estructura, por ejemplo, distingue entre los distintos estados de Bell máximamente entrelazados. A pesar de las apariencias, las características no locales del entrelazamiento no pueden utilizarse para transmitir mensajes de forma superlumínica (más rápido que la luz).
La relatividad general también tiene sus características no locales. En particular, existen soluciones a las ecuaciones de Einstein en las que un par de agujeros negros arbitrariamente distantes están conectados por un agujero de gusano o puente de Einstein-Rosen (ERB).


La gravedad permite otro tipo de conectividad no local: los puentes de Einstein-Rosen.

 

En el artículo más reciente, Susskind profundiza en la naturaleza y las consecuencias del entrelazamiento en el vacío. Se demuestra cómo todo el universo debe tratarse como un único sistema entrelazado, una descripción que ya está presente en la formulación del estado relativo de la mecánica cuántica de Everett, en la que no hay colapso de la función de onda, una característica primordial de la interpretación de Copenhague.

Picture2

Imagen: El chiste de ER=EPR es que, en cierto sentido, los fenómenos de los puentes de Einstein-Rosen y el entrelazamiento de Einstein-Podolsky-Rosen son realmente lo mismo. - Leonard Susskind

Esto dota a las partículas de la mecánica cuántica de un nuevo realismo, ya que existen con una posición y un momentum reales antes de ser medidas, al igual que en la teoría de las ondas piloto de De Broglie-Bohm, que ha demostrado describir casi todos los fenómenos cuánticos tan bien como la interpretación de Copenhague, pero con una clara comprensión de la causa de los efectos que se observan. Esto tuvo especial éxito al demostrar los resultados del famoso experimento de la doble rendija, en el que se puede demostrar que un sistema análogo a la hidrodinámica cuántica da lugar a una interferencia de ondas debido a la interacción de una "partícula" con su propia onda piloto en un medio fluido.

En apoyo de la importancia de la geometría cuántica del espaciotiempo (ostensiblemente, además de sus propiedades hidrodinámicas, como se demostró en la teoría de las ondas piloto), Susskind demuestra cómo los fenómenos mecánicos cuánticos no locales, además del entrelazamiento, también pueden describirse completamente mediante conexiones de microagujeros de gusano planckianos. Incluyendo los resultados del experimento de la doble rendija y la teleportación cuántica. Un punto destacado de todo esto, y que el propio Susskind ha reconocido, "es que no existe una separación tajante entre las partículas y los agujeros negros" .

A medida que la estructura geométrica cuántica del espaciotiempo se explora con mayor detalle, empezamos a ver cómo es, literalmente, el Universo Conectado, una visión que Haramein ha estado fomentando durante más de tres décadas.

Más para explorar

Gravity and Entanglement, professor Mark van Raamsdonk

Entanglement and the Hooks that Hold Space Together, professor Leonard Susskind

Copenhagen vs Everett, Teleportation, and ER=EPR, professor Leonard Susskind

The Hawaii Institute for Unified Physics; publications

Firewalls or Cool Horizons? William Brown

Close

50% Complete

Two Step

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipiscing elit, sed do eiusmod tempor incididunt ut labore et dolore magna aliqua.