En el corazón de la física hay una suposición afortunada. Fue una suposición increíblemente buena, que se mantiene sólida frente al tiempo y los experimentos, y ahora es un principio fundamental de la mecánica cuántica.
Se llama la regla de Born, y aunque se utiliza para hacer predicciones, nadie entiende realmente cómo funciona. Pero un nuevo y audaz intento de reescribirla podría ser la ruptura que hemos estado buscando para finalmente entenderla en su totalidad.
Los físicos del University College de Londres Lluís Masanes y Thomas Galley se han asociado con Markus Müller, de la Academia Austriaca de Ciencias, para encontrar una nueva forma de describir esta ley básica de la física.
No son los primeros en buscar verdades más profundas a este principio cuántico tan alucinante. Y, seamos sinceros, no serán los últimos. Pero si hay una solución que encontrar, probablemente requerirá un enfoque único como el suyo.
Primero, para entender qué tiene de especial la regla de Born, tenemos que retroceder un poco.
Se ha convertido en un tópico decir que la mecánica cuántica es rara. Con los gatos que están a la vez vivos y muertos y las partículas que teletransportan información a través del espacio y el tiempo, estamos acostumbrados a ver el sótano de la física como un espectáculo de magia.
Los grandes nombres como Schrödinger, Heisenberg y Einstein tienden a llevarse la gloria, pero es el físico y matemático alemán Max Born quien realmente merece el crédito por el monumental dolor de cabeza que proporciona la mecánica cuántica.
Para entender su contribución, sólo tenemos que echar un vistazo al caluroso lío en el que se encontraban los físicos a principios de la década de 1920. Recientemente se había revelado que la estructura del átomo consistía en un núcleo denso con carga positiva rodeado de partículas más pequeñas con carga negativa.
El motivo por el que todo el sistema no se derrumbaba era la gran pregunta que se planteaba, hasta que el físico francés Louis de Broglie hizo una sugerencia audaz: al igual que las ondas de la luz tenían una naturaleza de partícula, esos electrones negativos podían permanecer en el aire si también eran ondulatorios.
La dualidad de la luz ya era bastante difícil de digerir. Pero describir la materia de apariencia sólida como si fuera una ola en el océano era simplemente una locura. Aun así, los experimentos demostraron que era una buena combinación.
Entonces, en 1926, Born hizo una sencilla sugerencia: basándose en las matemáticas de sus colegas, demostró cómo estas ondas reflejaban la probabilidad e ideó una regla que unía las observaciones con las medidas de azar. Esta regla permite a los físicos predecir la posición de las partículas en los experimentos, utilizando las probabilidades reflejadas por las amplitudes de estas funciones de onda.
Pero la regla de Born no se basaba en un conjunto básico de axiomas, ni en verdades más profundas de la naturaleza. En una conferencia que pronunció al recibir el Premio Nobel de Física por su trabajo en 1954, Born explicó que el momento de «¡ajá!» surgió del trabajo de Einstein.
«Él había intentado hacer comprensible la dualidad de las partículas -cuantos de luz o fotones- y las ondas interpretando el cuadrado de las amplitudes de las ondas ópticas como densidad de probabilidad para la aparición de fotones», dijo Born.
Fue una conjetura inspirada, y precisa. Pero no había axiomas básicos, ni leyes fundamentales que llevaran a Born a su conclusión. Era puramente predictivo, sin decir nada sobre los principios más profundos que convierten una multitud de posibilidades en una única realidad.
Einstein odiaba las implicaciones, afirmando famosamente que Dios no juega a los dados, y sentía que la mecánica cuántica era una teoría incompleta a la espera de nuevas piezas para aclarar el panorama.
Casi un siglo después, esas piezas son tan esquivas como siempre. Y la regla de Born sigue estando en el centro de la misma, prediciendo silenciosamente sin revelar el secreto de su elección.
Lo que se necesita es una reformulación de la famosa ley que conserve su poder de predicción al tiempo que insinúe otras verdades. Así que Masanes, Galley y Muller reelaboraron la formulación de la regla basándose en un puñado de supuestos aparentemente triviales.
En primer lugar, señalaron que los estados cuánticos se describen según medidas de magnitud y dirección.
En segundo lugar, mostraron cómo estos estados pueden describirse según lo que se conoce como unitariedad. Esta jerga se refiere a la información que conecta los puntos inicial y final de un proceso. (Utilizando una burda analogía, puede que no sepamos cómo hemos llegado a casa desde el bar, pero el método que nos ha llevado hasta allí también describe el camino de vuelta.)
A continuación, supusieron que, independientemente de cómo elijamos agrupar las partes de un sistema cuántico complejo, esto no debería suponer una diferencia en la medición del estado final. Dividir un arco iris en siete colores es una elección que realizamos en función del contexto; la naturaleza no siempre se preocupa por las divisiones convenientes.
Por último, afirmaron que la medición de un estado cuántico es única. Después de todo, una miríada de posibilidades termina en una respuesta sólida.
Desde estos sencillos puntos de partida, el trío construyó lógicamente hasta la regla de Born. Su trabajo está disponible para que cualquiera pueda leerlo en el sitio web arxiv.org, previo a la revisión por pares, pero ya está suscitando el debate.
No es una solución en sí misma, ya que no llega a explicar por qué una ola de posibilidades colapsa en la realidad que observamos.
En cambio, muestra cómo las suposiciones fundamentales pueden dar lugar a la misma ley, proporcionando una nueva perspectiva sobre cómo abordar el problema.
Por ahora, Dios sigue tirando esos dados limpiamente. Tal vez sea así como lo atrapemos haciendo trampa.