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Si las partículas no tienen identidad ¿Por qué nosotros si?

29/03/2016 21:00 0 Comentarios Lectura: ( palabras)

¿Qué nos hace ser quienes somos?¿Tenemos un doppelganger debido a las millones de posibilidades cuánticas?

Reproducido y difundido con propósitos de divulgación científica, sin fines lucrativos

Por: Amanda GefterIlustraciones

Ilustraciones por: Mike Reddy

Traducción: Jean Bernstein

http://nautil.us/issue/30/identity/quantum-mechanics-is-putting-human-identity-on-trial

¿Has escuchado la historia de Martin Guerre?El vivió con su esposa y su hijo recién nacido en Artigat, una pequeña villa en los pies de los Pirineos del Suroeste de Francia en 1548, a la edad de 24 años, después de haber sido acusado por sus propios padres de robo, Martin Guerre desapareció dejando atrás a su familia. Al pasar de ocho años, después de que sus padres habían fallecido, Guerre regresó a la casa, reuniéndose con su esposa, hijo y demás aldeanos.En el transcurso de los siguientes tres años, Guerre y su esposa, Bertrande, tuvieron dos hijos más, todo iba de maravilla hasta que un soldado extranjero apareció y reclamo que el hombre que había regresado no era el Martin Guerre real, sino un impostor llamado Arnault du Tilh. El acusador reclamaba el haber peleado a lado de Guerre en el ejército español, y dijo que Guerre había perdido una pierna en batalla. Berthrande ignoró la acusación, segura de que el hombre con quien vivía era, y siempre había sido, su esposo. Pero pronto, el tío de Guerre y el padrastro de Berthrande se aliaron al soldado extranjero al acusar al hombre por usurpar la identidad de Guerre, y lo llevaron a juicio.Esta es la historia que persiste en nuestra imaginación colectiva – ha sido motivo de una película, un musical, una novela histórica, una serie televisiva, un episodio de los Simpsons, etc., Hay un sentido en el cual nuestras nociones de identidad son inseguras. ¿Cómo podríamos estar seguros de que alguien es incluso un familiar? ¿Cómo podríamos estar seguros de quienes somos o qué somos? ¿Qué significa la identidad en un mundo que está continuamente cambiando?Los filósofos vitalistas tempranos tienen una respuesta lista: Cada uno de nosotros nos distinguimos por un alma divina, nuestros cuerpos físicos son marionetas animadas por nuestros yos invisibles. Pero la ciencia ha derrogado esta respuesta, y buscado esta respuesta, y buscado identidad en el cuerpo físico por sí mismo. En un nivel microscópico, las promesas de un sueño reduccionista, debe haber algo que nos distinga a cada uno de nosotros de otro. Un fundamento sólido para nuestra identidad, una que está hecha de moléculas y átomos.El camino, como sea, es más movedizo de lo que parece. Dirige tu mirada a Guerre, estando ahí en la Corte. Aumenta la mirada para ver de cerca su cara, su piel, sus poros. Profundicemos hasta sus componentes básicos. Ya ahí: ¿Miras a ese electrón? Es un bloque constituyente de quien es por si mismo Guerre. Pero ¿Qué pasaría si nosotros pusiéramos a ese electrón en juicio en vez de Guerre?

Si, nosotros podríamos argumentar que la singularidad de tratar una partícula elemental de toda extensión de la ley. Si, podríamos esperar algún ventajoso juego de palabras. Vamos a sacarlos del camino ahora, ¿de acuerdo? El aire de la habitación es eléctrico. El acusado está señalado por el grave delito de fraude de identidad . Bueno, veamos.El juez golpea con su mazo para llamar orden en la corte. Doce jurados ponen atención. El acusado se retuerce en su asiento, para disgusto de sus abogados y frustración del dibujante del caso.

Un electrón -cualquier electrón- es una partícula elemental. Lo que quiere decir que no tiene subestructura conocida. Guerre está hecho de moléculas, moléculas que están hechas de átomos, átomos que están hechas de partículas elementales, pero las partículas elementales son el final de la línea. Estás no están hechas de nada, siendo, como son ellas, los bloques estructurales más básicos del mundo material. Un electrón es un punto. tomado como tal literalmente carece de espacio. Cada electrón es definido solamente en términos de su masa (pequeño), su giro (1/2) y su carga (negativa). Estas tres características comprimen en todo la completa y comprehensiva identidad del electrón, como si lo queremos para la extensión espacial no guarda espacio para albergar a los atributos adicionalesPero ¿qué significa eso? Que cada electrón es la precisa imagen de cualquier otro electrón, careciendo, como lo hace, incluso del más leve margen de maniobra por incluso la más minúscula desviación. A diferencia de un compuesto, objeto macroscópico como Guerre -o cualquier cosa en nuestra experiencia cotidiana- los electrones no son meramente similares, asombrosamente tan, pero tan profundamente identicos, intercambiables, funcionales, marcadores de posición, vacío de etiquetas que se lee “electrón” y nada más.Aquí existen algunas consecuencias curiosas- y medibles. Consideremos el siguiente ejemplo. Tenemos dos partículas elementales, A y B, y dos cajas, y nosotros sabemos que cada partícula debe de ir en una de esas dos cajas en cualquier momento dado. Asumiendo que A y B son similares pero distintas, el establecimiento permite cuatro posibilidades: A está en la caja 1 y B en la caja 2, A y B están las dos en caja 1, A y B están las dos en la caja 2, o A está en la caja 2 y B en la caja 1. Las reglas de la probabilidad podría decirnos que ellos están en una 1 de 4 oportunidades de encontrar las dos partículas en cada una de estas configuraciones.Si, por el otro lado, las partículas A y B fueran verdaderamente idénticos, podríamos hacer un más extraño ajuste en nuestro pensamiento, pero en ese caso literalmente no hay diferencia decir que A está en la caja 1 y B en la caja B, o B está en la caja 1 y A en la caja 2. Estos escenarios originalmente considerando dos distintas posibilidades, son de hecho precisamente lo mismo. En total, ahora, solo quedan tres configuraciones posibles, y la probabilidad asigna a 1 de 3 oportunidades que pudiéramos descubrir las partículas en cualquiera de ellas. El experimento confirma que el micromundo obedece a las estadísticas de 1 de 3. Intercambiando al acusado con otro de su tipo -el universo podría registrar ninguna diferencia, y tampoco podríamos nosotros.

Va ganando la defensa. Manejemos el punto a casa, defensa llama al estrado a Franck Wilczek, un físico teórico del MIT (Instituto Tecnológico de Massachusets) para testimonio experto. Para establecer su status como experto, el consejo recita las credenciales: incontables libros e investigaciones científicas publicadas y una prolongada lista de premios ganados. . “Oh” el juez sonríe, “y un premio Nobel”. El fiscal se mira a disgusto impresionado.“Dr. Wilczek”, la defensa inicia, “Usted ha declarado que usted cree en la sencilla más profunda resultante de la teoría de campo cuántico. ¿Podría decir a la corte qué es eso?”El físico contesta acercándose al micrófono. “Que dos electrones son indistinguibles, ” dice.

El arma humeante de indistinguibilidad, y un resultado directo de las estadísticas 1 en 3, es interferencia. La interferencia revela la vida secreta del electrón, explica Wilczek. En observación, podríamos invariablemente encontraríamos que electrón es una partícula corpuscular, pero cuando no la miramos, el electrón posee propiedades de una onda. Cuando dos ondas se sobreponen, ellas interfieren -añadiéndose y amplificándose en los lugares donde sus fases se alinean- picos con picos, simas con simas- y cancelando y eliminando donde ellas se encuentran a si mismas fuera de sincronía. Estas ondas interferentes no son ondas físicas ondulantes a través de un material medio, sino amplitudes, funciones de onda que conllevan probabilidad. Así que pese a que nunca observemos esas ondas directamente, el resultado de su interferencia puede ser fácilmente observado en cuanto afecta las entradas probabilísticas y estadísticas del experimento. Todo lo que tenemos que hacer es contar.El punto crucial es que sólo idénticos verdaderamente, cosas indistinguibles interfieren. El momento en que nosotros encontramos la manera para distinguirlos las partículas, órbitas o procesos- la interferencia se desvanece, y la onda oculta de pronto aparece en su aspecto de partícula. Si dos partículas muestran interferencia, nosotros podríamos saber con absoluta certeza que ellas son idénticas. Suficientemente seguros, experimento tras experimento ha probado esto más allá de una duda: los electrones interfieren. Idénticos ellos son -no por torpeza o miopía sino porque ellos son indistinguibles profunda, intensa e inherentemente, hasta el último.

Esto no es un tecnicismo menor. Esta es la diferencia medular entre el mundo extraño de la cuántica y el mundo ordinario de nuestra experiencia. La indistinguibilidad del electrón es “lo que hace a la química posible”, dice Wilczek. “Esto es lo que permite para el comportamiento reproducible de la materia. “Si los electrones fueran distinguibles, continuamente variables por diferencias al minuto, todo sería un caos. Esta es su naturaleza discreta, definida y digitan que las hace tolerantes al error en un mundo erróneo. Su identicalidad significa cuando nosotros hablamos de electrones generalmente, nosotros tenemos prohibido de hacer alguna declaración acerca de algún electrón particular. “Si tu tienes dos electrones y después observas dos electrones, pero tu no has mirado a sus escenarios intermedios, tampoco podrías decir cual fue originalmente cual”, dice Wilczek “Esto no solo que estes confundido- es imposible en principio decir cuál es cuál”Peter Pesic, un físico, historiador, y músico en el Colegio de St. John en Santa Fe, Nuevo México, argumenta “Podríamos hacer una declaración como, “Hay cinco electrones”. Podríamos darles un número cardinal, Pero no podríamos darles un número ordinal”. Los números cardinales son los números contados- Cinco electrones. Los números ordinales son números de orden- El primero, el segundo, el tercero, el cuarto, el quinto. Para decir que podemos darles cardinales sin ordinales es que nosotros podemos adjuntar etiquetas al grupo pero no a sus miembros individuales- lo que hace por si mismo que digan que los miembros no son individuos después de todo. “Esto es verdaderamente muy sorprendente” continua Pesic “Porque nosotros pensamos en números cardinales y ordinales como si siempre ambos se aplicaran. A nivel microscópico, esto no es verdad. Puedes tener uno sin el otro”, El fiscal camina lentamente para atrás y enfrente del testigo, considerando su examinación cruzada. Quizá, el sigiere, nosotros podríamos distinguir los electrones no por sus características inherentes, sino por su localización en el espacio. Incluso si dos electrones fueran en toda manera idénticos, seguramente podríamos distinguirlos por el simple hecho de que uno esté aquí y el otro esté allá, ¿o no?

Wilczec contesta solamente con un “No”. Cuando las partículas corpusculares parecen ocupar específicos puntos espacio, ondas, por su propia naturaleza, no pueden. Y así cuando partículas como nuestro electrón deja de ser observado, ellas se convierten en difusas y sin espacio. Sus funciones de onda, pese a estar concentradas en regiones particulares del espacio, se extienden hacia la infinidad, así que siempre hay una posibilidad pequeña de no cero que sus naturalezas particulares pudieran ser manifestadas a si mismas donde quiera, podría alguien decidir el ir y buscar por ellas.Cuando uno no observa, el electrón no está por donde quiera, sino meramente tiene la probabilidad de ser encontrado en varias localizaciones -un hecho muy extraño que uno no puede remediar más que imaginar si los electrones son tan intrincados o si lo es el espacio por si mismos. ¿Qué sucede con el espacio cuando no estamos viendo?¿Simplemente decae?

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Wilczek continua “Otro aspecto de la mecánica cuántica relacionada cercanamente con la indistinguibilidad, y un competidor de su aspecto más profundo, es que si quisieras describir el estado de dos electrones, no sería que tuvieras una función de onda por una y h a separada función de onda por otro, cada una viviendo en un espacio tridimensional. Tu tendrías realmente una hexadimensional función de onda que tiene dos posiciones en ella donde tu puedes llenar en dos electrones”, La función hexadimensional significa que las probabilidades para encontrar cada electrón en una posición particular no es independiente- esto quiere decir, que ellos están enredados.En la vieja manera de mirar las cosas, tenemos el espacio y luego ponemos las cosas en él. En la visión cuántica, nosotros tenemos cosas -como los electrones- y el espacio emerge como una manera de describir el complejo juego de relaciones e interdependencias entre ellos, con puntos localizados como “Aquí” y “Allá” asomándose en el horizonte como las puntas de los icebergs.

Cuando dos partículas están enredadas, sus propiedades -sus identidades- residen en ninguna partícula individualmente pero en la relación entre ellos, una relación que hace alarde de las restricciones comunes del espacio, derivando esto con lo que Einstein le llamo “una extraña reacción a distancia”. Hemos tenido este problema que particulas de materia están a menudo enredados también”, dice el filósofo James Ladyman de la Universidad de Bristol. “El estado del mundo no puede ser escrito como el estado de todas las partículas separadamente”, Todos ellos están atados juntos. La identicalidad de electrones -de todas las partículas- no sólo estropean el concepto de una cosa, pero también el concepto del espacio, revelándoles como el polo opuesto de la misma débil moneda. Es una clave que aqui hay algo equivocado con la manera en que nosotros cortamos el mundo en partes. Una clase de holismo, una unidad adyacente.

Algunos científicos, como Wilczek, dicen un campo. No es un misterio que todos los electrones se parecen, el dice, porque todos ellos son manifestaciones, excitaciones temporales de uno y del mismo campo subyacente del electrón, lo que permea todo el espacio, todo el tiempo. Otros como el físico John Archivald Wheeler, es una misma partícula, pero que sus caminos son tan intrincados a través del espacio y el tiempo que a cualquier momento pareciera que hay varios. Gottfried Leibniz, el filósofo del siglo XVII, pone adelante el Principio de Identidad de los Indiscernibles, la cual dice que tu no puedes decir dos cosas separadas, no son realmente dos cosas. Por una parte, los electrones parecen refutar el principio. En el otro, quizá la multiplicidad de partículas . o la multiplicidad de mundos- es como una ilusión en una casa de espejismos.

El tiempo, se ha dicho, es lo que evita que todo suceda a la vez. En esta misma índole, el espacio es lo que evita que todo sea uno -o en palabras de Wheeler, “lo que previene que todo me suceda” pero en la esfera de lo cuántico, el andamio proporcionado por el el espacio se desvanece, y con todas esas nociones de identidad y cosidad, y con ellas, la prularidad de la existencia. Un electrón está por donde quiera, el electrón está en ninguna parte. Un fugitivo sin forma, un proscrito sin coartada.Y claramente, inocente de fraude de identidad -por definición. Pero ¿qué hay del ser humano que constituye?. Alejemos el enfoque y regresemos al juicio.

Bertrande, la esposa de Guerre, siempre se rehusó a creer que su esposo fuera un fraude, pero durante su juicio ella cambió su opinión. decidiendo que pese a que el hombre que proclamaba ser Martin Guerre sabía mucho de los detalles íntimos de su relación temprana, el no era el hombre con el cuál se había casado. Y ahora el Guerre disputado, se volteo a ella y apostaba que si ella tuviera que jurar que el no fue su prometido, el felizmente consentiría su propia ejecución, a lo que Bertrande permaneció silente. Martin Guerre, ahora juzgado de ser Arnault du Tilh, fue convicto y sentenciado a muerte por decapitación.

El condenado apeló su caso en Toulouse, insistiendo que él de hecho era el verdadero Martin Guerre. Él hizo mucho un caso irresistible que los jueces de la corte de apelación estuvieron listos de absolverlo cuando, para el asombro de todos, un hombre apareció en la corte argumentando ser el Martin Guerre real. Era muy parecido al acusado, con la excepción de que el caminaba con una pierna de madera. Pese a esto Martin Guerre fue incapaz de recprdar muchos de los datos convincentemente privados de su matrimonio temprano, la familia de Guerre y pueblerinos amigos de él fueron inmediatamente convencidos: Este era Martin Guerre. El hombre que había mantenido el juicio fue sentenciado a la decapitación aún cuando Bertrande suplicaba por el perdón para su esposo.En su decisión, la corte decidió que duTilh no era Martin Guerre. Pero ¿Qué significaba ser Martin Guerre? Era un acto de persistencia. Esto está coectado a una trayectoria suave y sin costura de Martin Guerre en cualquier otro momento en espacio y tiempo, siguiendo lo que Einstein llamó una linea de mundo con perfecta fidelidad y sin desviación.Vayamos al interior de nuevo. Guerre está constituído de partículas fundamentales, pero sus líneas de mundo no son líneas después de todo, sólo una serie de puntos separados por una laguna extraña y dividida. La línea del mundo del electrón es, en palabras de Wheeler, un gran dragón humeante con una muy bien definida cabeza, una cola distintiva cola, pero nada más que vapor en el medio. “Lo que llamamos realidad, ” dice Wheeler, “consiste de unos pocos postes de fierro de observación entre los cuales nosotros los rellenamos con elaborado papel maché de la imaginación y de la teoría”.

Queremos creer que una cosa es de cierta manera algo más que la suma de sus partes. Que si removemos la carga de un electrón, su masa. su spin, podría ahí haber algún sobrante, un electrón desnudo, una hecceidad, como diría algún filósofo diría, una primitiva estidad. Queremos creer que hay algo que pudiera demostrar que este electrón no es ese, incluso sin observación, experimento, o estadística que pudiera revelarlo. Queremos creer en la primitiva estidad porque queremos creer en la primitiva nuestroidad -que podríamos un día conocer a nuestro doble, un perfecto doble en cada exacto detalle, cada exacto sueño, absolutamente indistinguible al más escrupuloso observador, que aún podría haber, aquí en el interior, algo que fuera sentirse nosotros y no nuestro doble, a diferencia invisible e inefable pero cierta. Que no hubo ahí diferencia entre los dos Martin Guerres, uno podría aún sonreír a si mismo en el conocimiento secreto de que él fue el real. Queremos creer esto, pero la mecánica cuántica no nos deja. “Somos engañados en el pensamiento que nuestra esencial distinguibilidad en nuestra sustancia material, pero hay una gran malinterpretación de nuestra parte”, dice Pesic. ¿Qué convierte la hecceidad del electrón cuando este interfiere con otro, su primitiva estidad confundida con su esidad? Epistemología dicta ontología. Y cuando parece más como hecceidad es una clase de interpretación de un filósofo sobre el alma, un confort, una ilusión. En mitología, en religión, buscamos unicidad. Sólo no mucho de esa que nos hiciera desaparecer.Así que si las partículas elementales de las que estamos constituidos no existen como objetos ¿Cómo es que nosotros existimos?“Cuando tienes más y más electrones, el estado que ellos tienen juntos comienza a ser más y más capaces de ser distintos”, dice Pesic. “Así que una razón que tú y yo tengamos algo de identidad es que estamos compuestos de una enormemente cantidad de esos indistinguibles componentes. Es nuestro estado lo que es distinguible, no nuestra materialidad”.“Es una idea extraña y bella, ” continúa Pesic. “Ninguno de nuestros componentes -ningún electrón o protón- tiene alguna clase de etiqueta en él. Pero juntos ellos existen en un estado que se convierte los suficientemente complejo que ellos pudieran ser distinguidos de un estado de cualquier otra persona que está compuesta de los mismos indistinguibles electrones y protones”.“Mi cosidad es en cierta manera como estoy organizado, no de qué estoy hecho”, dice Ladyman “Pero sabemos que de cualquier manera, porque nosotros sabemos que las células de nuestros cuerpos son reemplazadas todo el tiempo. Organización funcional de estructura, no importa de lo que esté hecha, es lo que cuenta”Si sabemos esto, que somos entidades en un flujo físico, nuestros cuerpos son naves de Teseo, pasando como paradojas en la noche. Y ahora tendemos a creer que si nosotros tomamos una instantánea de nosotros en cualquier momento dado podríamos encontrar que estamos hechos de algo -algo que puede pasar, algo que cambiará, pero finalmente algo.Pero el jurado declara: No. Ahí no hay ahí ahí.Nuestra identidad es un estado, pero si no es un estado de la materia -no un estado individual de los objetos físicos, como quarks o electrones- entonces ¿estado de qué?.Un estado, quizá, de información. Ladyman sugiere que podemos reemplazar la noción de una “cosa” con un “patrón auténtico” -un concepto articulado por primera vez por el filósofo Daniel Dennet y después desarrollado por James Ladyman y el filósofo Don Ross. “Otra manera de articular lo que tú quieres decir por objeto es hablar acerca de la compresión de información” dice Ladyman “así que pudieras declarar que algo es verídico si hubiera una reducción de complejidad informativa-teoría del ratreo del mundo si tú la incluyes en tu descripción.”

Consideremos un gato. En términos computacionales, podríamos representar al gato usando un mapa de bits, una descripción literal con el más fino grano. Alternativamente, podríamos interpretar al gato en un grano más grueso para ignorar sus detalles microscópicos y simplemente llamarlo “gato”. En el primer caso, hemos usado muchos bits y una gran cantidad de recursos computacionales para describir como cada bit individualmente cambia de posición en el tiempo. En el segundo, esto es apenas un respiro el alcanzar la misma hazaña con la declaración. “El gato caminó a través de la habitación”. Un gato, entonces, es un patrón auténtico -un artículo ontológicamente auténtico de un universo independiente de la mente -porque es computacionalmente eficiente.Ahora consideremos a un objeto no-auténtico. “Don Ross da el ejemplo de su lóbulo auricular derecho, el elefante más grande en Namibia y el último solo de Miles Davis, ” dice Ladyman. “Imagina un objeto compuesto de esas tres cosas. No podrías tener una reducción en la complejidad computacional de rastreo por cualificando aquellas tres cosas porque no forman un patrón real. Esa colección no forma ninguna generalización proyectable. Las partes que te constituyen si lo hacen. Eres un patrón real, sobre y por todas las partes individuales de tu cuerpo, porque nosotros podemos hablar de ti y tu puedes arrastrar todos tus bits alrededor contigo”.Deberían semejantes ejemplos darnos la impresión de que los patrones auténticos son patrones de partículas, advierte: Partículas como nuestros electrones, son patrones auténticos por si mismos. “Estamos usando una descripción como de partícula para mantener el rastro de los patrones auténticos”, Ladyman dice. “Estos patrones auténticos todo el camino hacia abajo.No somos más que patrones fugaces, señales en el ruido . Detallando más profundo y la apariencia de materialidad proporciona el camino, dentro de ella nada. “Pienso en el final”, dice Ladyman, “podría bien ser que el mundo no estuviera hecho de nada.Incluso, podríamos puntualizar a los patrones, y asignar nombres. Entre más complejo sea el patrón, más podríamos potencialmente obtener por compresión una descripción microscópica, y un mayor caso por identidad. Considera nuestro cerebro –con tantas neuronas como estrellas en la galaxia unidas una a la otra a través de trillones de conexiones es el objeto más complejo detectado en el universo conocido. Trata de comprimirlo. Llámalo dos palabras. Llámalo Martin Guerre. Comprímelo a más, una sola palabra, dos pequeñas letras: llámalo “Yo”.

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Jean Bernstein (168 noticias)
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