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Miércoles, 31 octubre 2012
Física

¿La relación causa-efecto es inamovible en el ámbito cuántico?

Uno de los conceptos más enraizados en la ciencia y en nuestra vida cotidiana es el de la relación causa-efecto: Los sucesos del presente son resultado de sucesos del pasado y, a su vez, serán las causas de sucesos futuros. Si un evento A es causa de un efecto B, entonces B no puede ser causa de A.

Ahora, unos físicos teóricos de la Universidad de Viena en Austria y la Universidad Libre de Bruselas en Bélgica han llegado a la conclusión de que en la mecánica cuántica es posible concebir situaciones en las que un evento individual pueda ser tanto causa como efecto de otro.

Aunque todavía no se sabe si situaciones de este tipo aparecen realmente en la naturaleza, la mera posibilidad de que pudieran existir abre la perspectiva de repercusiones potenciales de gran alcance para los fundamentos de la mecánica cuántica, la gravedad cuántica y la computación cuántica.

En la vida cotidiana y en la física clásica, los sucesos están ordenados en el tiempo: Una causa sólo puede influir sobre un efecto en su futuro, no en su pasado. Un ejemplo sencillo de esto es el siguiente: Imaginemos una persona, Juana, entrando en una habitación durante la única visita de su vida a un edificio histórico. En la sala, Juana encuentra una hoja de papel. Después de leer lo que está escrito en el papel, Juana borra el mensaje, escribe el suyo propio en el mismo papel, y se va. Otra persona, Antonio, también durante la única visita de su vida a ese edificio, entra justo a continuación en la misma habitación, y hace lo mismo: Lee el mensaje en la hoja de papel, lo borra y escribe el suyo propio.

Si Antonio entra en la habitación después que Juana, podrá leer lo que ella escribió. Sin embargo, Juana no podrá leer lo que Antonio escribió. En este caso, lo que Juana escribe es la "causa" y lo que Antonio lee es el "efecto".

Por más veces que se repitiera la situación, y aunque se intercambiase el orden en que ambas personas entran en la habitación y leen, borran y escriben en el papel, sólo una de ellas podrá leer lo que la otra escribió. Aún sin que sepan de antemano quien de los dos ha entrado primero en la sala, lo pueden deducir por el hecho obvio de que poder leer el mensaje implica que su autor lo ha escrito antes, no después. Si Antonio llega después y lee el mensaje de Juana, él sabrá que ha entrado en la sala después de la persona que ha escrito ese mensaje, no antes.

Si sólo se toman en cuenta las leyes de la física clásica, el orden de los sucesos es fijo: uno de los dos, Antonio o Juana, es el primero en entrar en la habitación y dejar un mensaje para la otra persona que llegue a continuación.

Sin embargo, cuando entra en juego la mecánica cuántica, la situación puede cambiar radicalmente. Según la mecánica cuántica, los objetos pueden perder sus bien definidas propiedades clásicas. Por ejemplo, una partícula puede estar en dos lugares diferentes al mismo tiempo, al menos en teoría y en ciertos aspectos. En física cuántica, a este fenómeno se le denomina "superposición cuántica".

El equipo internacional de físicos, dirigido por Caslav Brukner de la Universidad de Viena, ha mostrado que incluso el orden causal de los sucesos podría tener dicha superposición. Si, en nuestro ejemplo, Juana y Antonio tienen un sistema cuántico en lugar de una hoja ordinaria de papel para escribir sus mensajes, pueden terminar en una situación en la cual cada uno puede leer una parte del mensaje escrito por el otro. Habría una superposición de dos situaciones que parecen ser mutuamente excluyentes: Juana entraría en la habitación primero y dejaría un mensaje antes que Antonio, y Antonio entraría en la habitación primero y dejaría un mensaje antes que Juana.

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"Esa superposición, sin embargo, no ha sido considerada en la formulación estándar de la mecánica cuántica debido a que la teoría siempre da por supuesto que existe un orden causal firme entre los sucesos", aclara Ognyan Oreshkov de la Universidad Libre de Bruselas. "Pero si consideramos que la mecánica cuántica gobierna todos los fenómenos, es natural esperar que el orden de los sucesos también pueda llegar a ser indeterminado, de modo similar a como pasa con la ubicación de una partícula o su velocidad", añade Fabio Costa de la Universidad de Viena.

Este trabajo constituye un paso importante para comprender que el orden causal firme quizá no sea una propiedad insoslayable de la naturaleza. "El desafío real es determinar dónde deberíamos buscar superposiciones del orden causal en la naturaleza", acota Brukner.

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