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Información, el nuevo objeto de la física

  • (Traducción y adaptación de "Aux limites de la matière, la realité n'est plus une certitude", Hervé Poirier. Science & Vie, Nro. 1057, Octubre 2005, pp.70-83)

El concepto clásico de la física empieza a deshilacharse.

La erosión comenzó, de hecho, a principios del siglo XX, cuando los físicos empezaron a sondear la intimidad de nuestro mundo material. Estaban acostumbrados a representar los objetos como ondas o párticulas desplazándose en el espacio y en el tiempo, como olas en la superficie del mar o bolas en un tapete de billar. Pero una vez observados de muy de cerca, la luz, los átomos o los electrones, ninguno de ellos parece comportarse de forma tan simple. Por poner un ejemplo, la luz, considerada hasta entonces como una onda, muestra descaradamente un comportamiento digno de una partícula; y, a la inversa, el electrón que no parecía poder ser otra cosa que una partícula se comporta a menudo como una onda !?.

En unos pocos años, gracias a un esfuerzo conceptual único en la historia, los teóricos consiguieron levantar de manera totalmente EMPÍRICA un arsenal matemático capaz de describir todos estos comportamientos "abracadabrantes": en 1925 la mecánica cuántica nace oficialmente, para mantenerse inmutable desde entonces. Pero ¡a qué precio!. Con ella tenemos que aceptar que los objetos -electrones, átomos, moléculas, ... piedras incluso- son representados por un concepto algebraico extremadamente complejo (un "vector de estado en un espacio de Hilbert") y muy alejado de las olas o de las bolas de billar. Tenemos que aceptar que las leyes que rigen la evolución de estos objetos les permiten estar relacionados más allá del espacio y del tiempo, estar en varios estados a la vez y reducirse aleatoriamente a uno cuando se les trata de observar, siguiendo leyes de probabilidad muy precisas... Todas ellas "aberraciones" con las cuales los físicos deben ahora bregar, pues estre extraño mundo cuántico es, en efecto el nuestro.

La mecánica cuántica, nunca pillada en falta, ha permitido con total éxito predecir las propiedades de los elementos químicos, el comportamiento de los lásers y los chips electrónicos, la estabilidad del ADN o la "explosividad" de las reacciones nucleares... sin duda, la mecánica cuántica está destinada a describirnos el comportamiento íntimo de toda la materia que nos rodea y nos constituye

Todo esto plantea evidentemente un molesto problema. ¿Cómo aceptar que la teoría más perfeccionada de la física está hasta ese punto alejada de nuestros conceptos clásicos? ¿Es apropiado que su mensaje más fundamental sea tan poco aprehensible? ¿Cómo la realidad puede superar hasta este punto nuestra imaginación?. Desde hace treinta años, no ha pasado un año sin que una gran conferencia internacional intente desbrozar la decena de pistas que actualmente se consideran con el fin de recontruir una "imagen intuitiva" del mundo real que esté de acuerdo con los datos de la física moderna. El problema es que cada una de estas interpretaciones "realistas" es más surrealista que la anterior. Por ejemplo, una de las más conocidas, es la propuesta en 1957 por el físico americano Hugh Everett: para explicar que un objeto cuántico puede estar en varios estados a la vez y realizar sólo uno cuando se le observa, postula que todos los demás estados se relizan... en universos paralelos.

Para el físico americano Christopher Fuchs, estos trabajos no van en la buena dirección: "Nuestra labor no consiste en dar sentido a los axiomas cuánticos añadiendo por encima más estructuras, más definiciones y más imágenes de ciencia-ficción, sino en descartar todo esto y volver a empezar desde cero. Y para ello no veo otra alternativa que sumergirse en los trabajos, técnicas e implicaciones de la teoría cuántica de la INFORMACIÓN.

La información conquista la física

¡La información!. Famosa palabra. Pero ¿qué tiene que ver con todo esto?. Esta noción no es fácil de definir con precisión, pero todo el mundo sabe intuitivamente de qué va: la información es un elemento de conocimiento sobre un suceso y puede ser codificada por una serie de unos y ceros, como en informática. Nada que ver "a priori" con la mecánica cuántica.

Y eso, aunque que los físicos se dieran cuenta, a mediados de los años 80, de que las leyes cuánticas permiten manipular la información de una manera totalmente nueva. Las correlaciones a distancia entre dos objetos autorizadas por dichas leyes pueden ser vistas como un nuevo canal de información que permitiría, por ejemplo, "teleportar" información de un lugar a otro, asegurarse de que un mensaje no ha sido interceptado o efectuar cálculos masivamente paralelos. Impulsados por todas estas posibilidades, los teóricos y experimentadores han elaborado un nuevo lenguaje y una nueva especialidad de la física -la "teoría cuántica de la información", aún en mantillas-.

Pero, a finales de los 80, empezó a surgir en la mente de los físicos la idea de que la información se podía utilizar como una herramienta para comprender la misma mecánica cuántica. ¿Y si la información cuántica no fuera una aplicación de la teoría, sino su fundamento?.

Esta es la idea que está actualemente en el meollo de los debates: afirmar que la mecánica cuántica no habla del objeto en sí mismo, sino de lo que se sabe sobre él (!). Que no es el protón, la molécula o la piedra lo que está representado por el "vector de estado en el espacio de Hilbert", sino la información que puede tenerse de él.

A primera vista, esto puede parecer una idea muy banal, hasta una perogullada: es evidente que no tenemos acceso al mundo más que a través de las informciones que extraemos de él a través de nuestras sensaciones, mas bien pobres y simplificantes: de Demócrito a Kant, los filósofos nos han avisado de este velo inevitable que nos separa de la realidad. Pero al prolongar el pensamiento de los grades fundadores de la físca moderna como Niels Bohr, Ervin Schrödinger o Wolfrang Pauli, esta idea se revela de hecho como extraordinariamente adecuada para interpretar la mecánica cuántica. Y esto debido a que la información no se comporta en absoluto como la materia: a diferencia de una piedra, no tiene posición espacial ni temporal y se la puede duplicar, partir, resumir, suprimir a gusto... basta entonces retomar uno a uno todos los fenómenos cuánticos que, atribuidos a la materia, parecían tan extraños para darse cuenta que son clarísimos cuando se les atribuye a la información.

Algunos ejemplos: ¿como puede un sistema estar en varios estados a la vez?. Sencillamente porque las informaciones disponibles no permiten saber más exactamente en cuál estado se encuentra. ¿Porqué una medida hace que el sistema se colapse bruscamente en un determinado estado? Porque la medida ha hecho evolucionar nuestro conocimiento, el cual ha sido bruscamente actualizado por la nueva información. ¿Cómo pueden dos sistemas estar correlacionados en el espacio y el tiempo? Pues porque estos dos sistemas tienen características comunes y lo que descubrimos sobre uno nos informa automáticamente sobre el otro. ¿El azar presente en el mundo cuántico? La manifestación de una falta de información que nos obliga a responder al azar a una pregunta que se nos hace. ¿El hecho de que la energía no sea continua, sino necesariamente cuantificada? Una consecuencia de al cuantificación de la misma información, que se reduce a respuestas binarias 0 o 1... en resumidas cuentas, tal como explicaba Anton Zeilinger hace algunos años, "si se parte del principio de que la noción fundamental de la mecánica cuántica es la información, emerge una conprensión muy natural de los fenómenos cuánticos". Un gran alivio para nuestro sentido común.

Pero más allá de esta elegancia pedagógica, esta idea no ha cesado de tomar amplitud en los últimos años. Es ahora a golpe de teoremas que la nueva interpretación de la mecánica cuántica espera "cambiar el curso de la física". El objetivo ya no es interpretar el corpus cuántico, pero reinventarlo. No tomar ya como por dadas esas leyes empíricas "bricoleadas" a pricipios del siglo XX, sino demostrar que son las consecuencias de restricciones ligadas a la adquisición, representación y transmisión de la información. ¡Una postura extraodinariamente fecunda!. Suponiendo que, en nuestro mundo, la información sufre ciertas restricciones e intentando deducir qué aspecto tendría una teoría que no describa la realidad, sino nuestro acceso a esta información, Jeffrey Bub, Alexei Grinbaum, Lucien Hardy y Christopher Fuchs han, cada uno de ellos por separado, conseguido ¡generar toda o parte de la teoría cuántica!.

  • (Ver "Mecánica cuántica, una teoría..." más abajo...)

Cuatro trabajos tan turbadores como racionales que merecen una atención particular. Sus principios de partida difieren: para algunos, la información es subjetiva y depende del que plantea la cuestión; para otros, es objetiva, como una especie de nueva substancia que existe independientemente del observador.

Pero todos están de acuerdo en una cosa: la facilidad con la cual la teoría cuántica se genera partir de esta noción de la información milita fuertemente para no verla ya como una mecánica realista que describe el comportamiento de las ondas, de las partículas o de los campos, sino únicamente como una teoría que describe EL COMPORTAMIENTO DE LA INFORMACIÓN.

El mundo a través de la pantalla

Lo que es más que suficiente para zarandear nuestro concepto de la realidad. Ya que lo que creíamos hasta ahora asociado a esta realidad estaría de hecho principalmente asociado a nuestra mirada. Un poco como alguien que no viera el mundo más que a través de la pantalla del ordenador: !y dedujera que el mundo está pixelizado!. Para Christopher Fuchs, hay que diferenciar entre lo que es información... y el resto. Hay que expurgar de los datos todas las características de la pantalla hasta que no quede más que lo que pertenece propiamente al mundo. "El destilado puro que quedará -por minúsculo que sea respecto al conjunto de la teoría- será entonces el primer indicio que tendremos de lo que la mecánica cuántica intenta decirnos sobre la naturaleza en sí misma"... auque es muy pronto aún para saber a qué puede parecerse ese "destilado".

Para Jeffrey Bubb, por el contrario, "No es pertinente preguntarse sobre aquello de lo que habla la información. Imagina que quieres enviar un mensaje de tu ordenador al mío. Poco importa que ese mensaje contenga una imagen, un artículo en español o en japonés: lo que hay que hacer es comprimir, transferir y decodificar ese mensaje sin preocuparse de aquello a lo que hace referencia. Describir los intercambios de información, esto es lo que, a mi entender, es el nuevo y único objetivo de la física fundamental" (!!!).

Alexei Grinbaum muestra una posición igual de radical: según él la física ya no debe ocuparse de la realidad, de lo que se esconde detrás de la pantalla. ¿Tiene algún sentido de hablar de un "detrás de la pantalla" si nunca lo podremos ver sin la pantalla?. "La cuestión de lo que existe realmente es una creencia de los físicos; y la ciencia no debe depender de creencias -manifista cortante- La tarea de la física es justamente el estudiar las descripciones, sin pronunciarse sobre la realidad del objeto descrito, dicha realidad puede o no existir".

A veces acusados de no reconocer otra realidad que ellos mismos (solipsismo) o de ver las teorías nada más que como medios de acción (instrumentalismo), el centenar de físicos que proclaman este vuelco de perspectiva empiezan a encontrar eco en el seno de la comunidad científica. Para Guido Bacciagaluppi, del Instituto de historia de la filosofía de las ciencias y de las técnicas de Paris, "si estos trabajos muestran claramente que ciertos aspectos de la información nos llevan directamente a una estructura cuántica, ninguno de ellos es decisivo aún, ya que ciertas hipótesis matemáticas utilizadas son aún poco claras". Michel Bitbol, del Centro de Investigación en epistemiología avanzada de la Escuela Politécnica de París se alegra por su parte de "este reflujo de la ola realista que a sumergido a la física desde los años 70. Estos trabajos confirman y actualizan la fuerza del razonamiento trascendental propuesto por Emmanuel Kant: para dar forma al conocimiento hay que partir de la formalización de los límites de ese conocimiento".

La idea, de todas formas, no está terminada. En efecto, aunque todo o parte de todo lo que creíamos era realidad no sea más que alucinación, queda explicar porqué tiene esta apariencia y no otra. Reconstruir a partir de la noción primaria de información el tiempo, el espacio y la materia se convierte así en la tarea, gigantesca y vertiginosa de la nueva física.


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