Mecánica cuántica: qué tan posible es que el futuro influya en el pasado

En 2022, se otorgó el premio Nobel de Física a un trabajo experimental que demuestra que el mundo cuántico debe romper algunas de nuestras ideas fundamentales sobre cómo funciona el universo.

Muchos miran esos experimentos y concluyen que desafían la "localidad": el principio de que los objetos distantes necesitan un mediador físico para interactuar. De hecho, una conexión misteriosa entre partículas distantes sería una forma de explicar estos resultados experimentales.

Otros, en cambio, piensan que los experimentos desafían el "realismo", la idea de que existe un estado de cosas objetivo que subyace a nuestra experiencia. Después de todo, los experimentos solo son difíciles de explicar si se piensa que nuestras medidas corresponden a algo real. De cualquier manera, muchos físicos están de acuerdo en lo que se ha llamado "la muerte experimental" del realismo local.

¿Y si ambas hipótesis pueden salvarse a expensas de una tercera? Un grupo creciente de expertos piensa que deberíamos abandonar la suposición de que las acciones presentes no pueden afectar los eventos pasados. Denominada "retrocausalidad", esta opción pretende rescatar tanto la localidad como el realismo.

Causalidad

¿Qué es la causalidad de todos modos? Comencemos con la línea que todos conocen: correlación no es causalidad. Algunas correlaciones son causalidad, pero no todas. ¿Cuál es la diferencia?

Considere dos ejemplos: 1. Existe una correlación entre la aguja del barómetro y el clima, por eso aprendemos sobre el clima mirando el barómetro. Pero nadie piensa que la aguja del barómetro está causando el clima. 2. Beber café fuerte se correlaciona con una frecuencia cardíaca elevada. Parece correcto decir que lo primero está causando lo segundo.

La diferencia es que si "movemos" la aguja del barómetro, no cambiaremos el clima. El clima y la aguja del barómetro están controlados por un tercer factor, la presión atmosférica, por eso están correlacionados. Cuando controlamos la aguja nosotros mismos, rompemos el vínculo con la presión del aire y la correlación desaparece.

Pero si intervenimos para cambiar el consumo de café de alguien, por lo general también cambiaremos su ritmo cardíaco. Las correlaciones causales son aquellas que aún se mantienen cuando movemos una de las variables.

La ciencia de buscar estas correlaciones sólidas se llama "descubrimiento causal". Es un gran nombre para una idea simple: descubrir qué más cambia cuando movemos las cosas a nuestro alrededor.

En la vida cotidiana, solemos dar por sentado que los efectos de un movimiento van a aparecer más tarde que el propio movimiento. Esta es una suposición tan natural que no nos damos cuenta de que la estamos haciendo.

Sin embargo, nada en el método científico requiere que esto suceda. En algunas religiones, por ejemplo, rezamos para que nuestros seres queridos estén entre los supervivientes del naufragio de ayer. Estamos imaginando que algo que hacemos ahora puede afectar algo en el pasado. Eso es retrocausalidad.

Retrocausalidad cuántica

La amenaza cuántica a la localidad (que los objetos distantes necesitan un mediador físico para interactuar) surge de un argumento del físico de Irlanda del Norte John Bell en la década de 1960.

Bell consideró experimentos en los que dos físicos hipotéticos, Alice y Bob, reciben partículas de una fuente común. Cada uno elige una de varias configuraciones de medición y luego registra una medición. Repetido muchas veces, el experimento genera una lista de resultados.

Bell se dio cuenta de que la mecánica cuántica predice que habrá extrañas correlaciones (ahora confirmadas) en estos datos. Parecían implicar que la elección de Alice tiene una sutil influencia "no local" en el resultado de Bob, y viceversa, aunque Alice y Bob pueden estar a años luz de distancia. Se dice que el argumento de Bell representa una amenaza para la teoría de la relatividad especial de Albert Einstein, que es una parte esencial de la física moderna.

Bell asumió que las partículas cuánticas no saben qué medidas encontrarán en el futuro. Los modelos retrocausales proponen que las elecciones de medición de Alice y Bob afectan las partículas en la fuente. Esto puede explicar las extrañas correlaciones, sin romper la relatividad especial.

En un trabajo reciente, hemos propuesto un mecanismo simple para la extraña correlación: involucra un fenómeno estadístico familiar llamado sesgo de Berkson.

Ahora hay un nutrido grupo de académicos que trabajan en la retrocausalidad cuántica. Pero todavía es invisible para algunos expertos en el campo más general. Se confunde con una visión diferente llamada "súperdeterminismo".

¿Qué es el súperdeterminismo?

El súperdeterminismo está de acuerdo con la retrocausalidad en que las opciones de medición y las propiedades subyacentes de las partículas están de alguna manera correlacionadas.

Sin embargo, el súperdeterminismo lo trata como la correlación entre el clima y la aguja del barómetro. Asume que hay una tercera cosa misteriosa, un "súperdeterminante", que controla y correlaciona tanto nuestras elecciones como las partículas, de la misma manera que la presión atmosférica controla tanto el clima como el barómetro.

El súperdeterminismo niega que las opciones de medición sean cosas que podamos mover libremente a voluntad, están predeterminadas. Los movimientos libres romperían la correlación, al igual que en el caso del barómetro.

Los críticos objetan que el súperdeterminismo socava los supuestos básicos necesarios para llevar a cabo experimentos científicos. También dicen que significa negar el libre albedrío, porque algo está controlando tanto las opciones de medición como las partículas.

Estas objeciones no se aplican a la retrocausalidad. Los retrocausalistas hacen descubrimientos científicos causales de la forma habitual, libre y sinuosa. Decimos que son las personas que descartan la retrocausalidad las que se olvidan del método científico, si se niegan a seguir la evidencia.

Evidencia

¿Cuál es la evidencia de la retrocausalidad? Los críticos piden evidencia experimental, pero esa es la parte fácil: los experimentos relevantes acaban de ganar un Premio Nobel. La parte complicada es mostrar que la retrocausalidad da la mejor explicación de estos resultados.

Hemos mencionado el potencial para eliminar la amenaza a la relatividad especial de Einstein. Esa es una pista bastante importante, en nuestra opinión, y es sorprendente que haya tomado tanto tiempo explorarla. La confusión con el súperdeterminismo parece ser la principal culpable.

Además, nosotros y otros hemos argumentado que la retrocausalidad da más sentido al hecho de que al micromundo de las partículas no le importa la diferencia entre el pasado y el futuro.

No queremos decir que todo sea sencillo. La mayor preocupación sobre la retrocausalidad es la posibilidad de enviar señales al pasado, abriendo la puerta a las paradojas del viaje en el tiempo.

Pero para hacer una paradoja, se debe medir el efecto en el pasado. Si nuestra joven abuela no puede leer nuestros consejos para evitar casarse con el abuelo, lo que significa que no llegaríamos a existir, no hay paradoja. Y en el caso cuántico, es bien sabido que nunca podemos medir todo a la vez.

Aún así, queda trabajo por hacer para diseñar modelos retrocausales concretos que hagan cumplir esta restricción de que no se puede medir todo a la vez. Así que cerraremos con una conclusión cautelosa.

En esta etapa, es la retrocausalidad la que tiene el viento a su favor, así que debe navegar hacia el premio más grande de todos: salvar la localidad y el realismo de la "muerte por experimento".

*Huw Price es miembro emérito del Trinity College en la Universidad de Cambridge, y Ken Wharton es profesor de Física y Astronomía de la Universidad Estatal de San José. Esta nota apareció originalmente en The Conversation.

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