6

Les ombres de la realitat

La necessitat de trobar una sortida a aquest tràngol no hauria de veure’s frenada per la por de suscitar les burles dels savis racionalistes.

ERWIN SCHRÖDINGER

El principi de superposició ens desconcerta. Oi que costa d’imaginar que una bala quàntica pugui recórrer dos camins diferents a la vegada?

La Quiona, en el món quàntic, ens parlava de la superposició jugant amb un gobelet i amb un dau.^[1] Desafiava la nostra lògica quan ens explicava que abans d’aixecar el gobelet i descobrir el dau, tots els resultats coexistien: l’u, el dos, el tres, el quatre, el cinc i el sis, tots alhora. Només quan apartàvem el gobelet que cobreix el dau, quan l’observàvem, només aleshores les probabilitats col·lapsaven en una sola opció: el sis, per exemple.

Llavors, en Francesc li plantejava una pregunta lícita:

—Per què hauria de creure’t? El sentit comú em diu que el dau ja marcava un sis abans que el destapessis. Simplement desconeixíem la informació perquè fins que hem aixecat el gobelet no hem vist el dau. Però el sis ja era allà!

Abans d’acomiadar-se d’ell, la fada quàntica havia comentat a en Francesc que, en el nostre món, podem dur a terme un experiment concret: una manera de comprovar, al laboratori, les conseqüències del fet que el dau estigui en superposició (oferint totes les cares al mateix temps). Aquest és el famós experiment de la doble ranura, en versió quàntica.

L’EXPERIMENT DE LA DOBLE RANURA, «VERSIÓ QUÀNTICA»

Amb l’experiment clàssic de la doble ranura vam entendre la diferència de comportament entre ones i partícules, també anomenades corpuscles.

Quan fem travessar les partícules (per exemple, les bales d’una metralladora) per la placa d’una doble ranura, obtenim un patró molt senzill: dues franges que ens il·lustren el lloc on s’han incrustat les bales.

© Marisa Martínez

Obtindrem un resultat molt diferent quan allò que fem passar per la doble ranura no són partícules sinó ones: a la paret final s’hi dibuixa el que s’anomena patró d’interferència.

© Marisa Martínez

En els punts de la paret on les ones interfereixen de manera constructiva, com vam veure en el capítol 4, tindrem un màxim d’intensitat de llum, i en els que ho fan de manera destructiva obtindrem la foscor. Aquest patró es repeteix i s’escampa al llarg de tota la paret.

© Marisa Martínez

Molt bé, de moment… Però, què passa si ens endinsem en el diminut món quàntic?

Farem el mateix experiment, però ara el que dispararem no seran bales, sinó feixos d’electrons.

Partim de la base que els electrons, petits trossets de matèria, són com boletes minúscules. El que esperem trobar a la paret és un patró idèntic al que formen les bales: dues franges verticals on els electrons s’hauran quedat incrustats.

Però els científics van obtenir un resultat inesperat. A la paret final van trobar un patró d’interferència: múltiples franges al llarg de la paret. El mateix resultat que s’observa amb les ones. Com és possible?

Els físics van pensar que potser els electrons topaven entre ells d’alguna manera concreta per generar aquest patró tan recognoscible d’interferència. Per descartar que el motiu fos aquest, van decidir llançar els electrons d’un en un i evitar d’aquesta manera que topessin entre ells.

Passats uns minuts, quan ja havien llançat un nombre suficient d’electrons, van observar que a la paret s’hi havia reproduït exactament el mateix patró d’interferència que en el cas anterior.

Aquest resultat els va deixar bocabadats, perquè l’única explicació al fenomen era una bogeria: cada electró, en arribar a la doble ranura, adquiria propietat d’ona, passava per les dues ranures al mateix temps (com si es desdoblés!), interferia després amb ell mateix i prosseguia el seu camí fins a impactar contra la paret.

Això explicava per què havíem trobat les franges pròpies d’un patró d’interferència.

Desconcertats encara, van decidir col·locar un dispositiu per presenciar com caram aquella partícula diminuta aconseguia passar simultàniament per les dues ranures.^[2]

Va ser aleshores quan el món quàntic va donar el cop mestre. El simple fet d’observar o mesurar l’electró va provocar que aquest no passés per les dues ranures, sinó que ho va fer només per una. El mateix que s’esperava que faria una bala. I com que la naturalesa segueix unes lleis (encara que no sempre les comprenguem), a la paret van aparèixer dues franges verticals, en comptes d’un patró d’interferència.

El resultat havia canviat dràsticament.

Ara bé, si triem no col·locar cap dispositiu de mesurament, l’electró passarà per totes dues ranures, i es comportarà com una ona.

Totes les possibilitats coexisteixen. De la mateixa manera que coexistien les sis cares en el dau quàntic de la Quiona. La manera de detectar la superposició en el nostre experiment és aquest famós patró d’interferència a la paret.

Malgrat tot, si triem col·locar un dispositiu de mesurament per veure per quina ranura passa l’electró, aquest escollirà només una de les possibilitats: o l’esquerra o la dreta, però no totes dues. L’electró es «col·lapsa» en una de les opcions (per ser precisos: la funció d’ona de l’electró col·lapsa en una de les opcions). Igualment, quan la Quiona aixecava el gobelet i observàvem el dau, aquest decidia mostrar només una de les cares.

El simple fet de mesurar o observar canvia definitivament el comportament de l’electró i, en conseqüència, el patró de la paret.

Hi ha tres preguntes típiques que sorgeixen quan ens expliquen aquest experiment.

1. Com és possible que la naturalesa es comporti d’una manera tan estranya?

La nostra recomanació en aquest punt és fer cas a Feynman: «Si us quedeu atrapats en aquesta pregunta, entrareu en un cul-de-sac del qual ningú no ha aconseguit escapar mai».

2. Aleshores, podem crear la realitat segons el nostre caprici, obligar la naturalesa a seguir els nostres desitjos?

De vegades hem vist que aquest experiment es feia servir per demostrar científicament que som creadors i responsables del disseny de la realitat segons el nostre caprici.

Aquí es comet un error per omissió. És cert que en aquest experiment veiem que l’observació afecta la manera com es comporta l’electró. Quan decidim si col·loquem o no els detectors de mesurament, decidim quina propietat esdevé realitat: o bé passarà per les dues ranures (ona i patró d’interferència), o bé per una de sola (partícula i dues franges verticals).

Però no podem eludir la nostra gran limitació: encara que optem per observar la trajectòria de l’electró i que aquest es comporti com una partícula, no travessarà la ranura que nosaltres vulguem. És cert que passarà per una de les dues, però aleatòriament.

Totalment a l’atzar.

L’elecció de la ranura és impredictible i incontrolable —per moltes ganes que tingui l’observador de fer que passi per una en concret.

De la mateixa manera, si escollim no observar la trajectòria de l’electró, tampoc influirem de cap manera en el punt específic en el qual cada electró particular impactarà sobre les zones permeses pel patró d’interferència.

Ambdós resultats són completament aleatoris.

Aquest matís esdevé una canonada que fa diana en un dels postulats de la física newtoniana: el determinisme.

La física quàntica és no determinista.

Aquesta aleatorietat molestava Einstein. Ell creia que calia un motiu determinista perquè l’electró escollís un camí o l’altre (d’aquí la famosa frase «Déu no juga a daus»).

Però l’aleatorietat de la naturalesa no era el que més incomodava Einstein, sinó un aspecte més profund que enllaça amb la tercera pregunta que ens plantegem:

3. La quàntica nega una realitat física, o bé existeix la realitat però no hi podem arribar?

Albert Einstein afirmava: «Una partícula ha de tenir una realitat separada i independent dels mesuraments. És a dir, un electró té òrbita, posició i altres propietats, encara que no se l’estigui mesurant. M’agrada pensar que la lluna segueix allà dalt quan no la miro».

Tanmateix, la interpretació més estesa de la mecànica quàntica sosté que les propietats de les partícules fonamentals no estan definides quan no les observem.

Estem acostumats a mirar un objecte i assumir que segueix allà quan deixem de mirar-lo. Que mantindrà una posició, un color, una textura, etcètera. És a dir, que posseeix propietats ben definides encara que no el miri ningú.

Però a nivell quàntic les coses no funcionen així. Fins que no l’observem, no podem dir que l’electró està realment en una posició determinada.^[3]

Què ens intenta dir la naturalesa, amb tot això?

La mecànica quàntica no ens ofereix una explicació, però prediu el que succeirà (gràcies a això podem desenvolupar la tecnologia actual). Potser la física quàntica no és l’última resposta… Einstein és el que creia, i precisament en la seva recerca d’un món real va topar amb un altre fenomen extravagant del món quàntic: l’entrellaçament.^[4]

EL MUSEU DE LA REALITAT

En el mite de la caverna, Plató ens descriu el que entenem per realitat com unes ombres d’una entitat superior, el món de les idees. Aquesta visió metafísica de la realitat és present en religions com el cristianisme, que també estableix un regne superior que inspira el terrenal a través de Déu i els seus profetes.

Amb el lema «cogito ergo sum» (penso, per tant existeixo), Descartes va presentar una novetat important al segle XVII: el simple fet de poder pensar la realitat és una realitat en ella mateixa, sense necessitat d’un ens extern que la justifiqui. Aquest principi va donar el tret de sortida a la filosofia moderna.

Al segle XVIII, Hume aprofundeix en aquesta idea i arriba a la conclusió que no hi ha cap altra realitat que la que percebem a través dels sentits, que són l’única font vàlida de coneixement. Per tant, tal com postula el positivisme, no podem estar segurs de l’existència d’una cadira quan no la mirem.

També Kant va treballar sobre la mateixa visió, en vincular la realitat a l’experiència humana, per bé que acceptava la realitat emboirada de l’origen de l’univers com un aspecte que pot ser pensat però que no es pot conèixer.

En arribar el segle XX, Einstein inaugura amb la relativitat un concepte nou de la realitat. Una cosa que fins aleshores havia estat immutable, com era el temps, existeix i es comporta de manera diferent segons el lloc i l’estat de l’observador.

Per acabar de dinamitar el nostre concepte de la realitat, la física quàntica transmuta aquest concepte per les possibilitats. No hi ha una única veritat, sinó moltes de possibles, que a més poden conviure en el temps i l’espai, i que col·lapsen (es determinen) davant la presència de l’observador, que malgrat tot no pot escollir el resultat.

Aleshores, què és la realitat?

Seguirem descobrint-ho al llarg d’aquest viatge.

LA VERITAT HABITA A LES PROFUNDITATS

A les Questions quàntiques, de Ken Wilber, una antologia d’escrits filosòfics de físics famosos, hi ha un article de Heisenberg, l’autor del principi d’incertesa, que va ser fonamental per a la física moderna.

Sota el títol de «La veritat habita a les profunditats», el premi Nobel de 1932 recorda una trobada a Copenhaguen, vint anys més tard, amb Niels Bohr i Wolfgang Pauli. La reunió d’aquests «cultivadors de la física atòmica», com els anomena Heisenberg, tenia l’objectiu de parlar sobre la construcció d’un accelerador de partícules europeu. El que més endavant es convertiria en el CERN.

Però aquests tres físics, que ja havien coincidit en el cèlebre simposi Solvay, van aprofitar per filosofar sobre la realitat i els límits de la ciència. Els tres amics s’estaven preguntant si les teories quàntiques formulades un quart de segle abans encara eren vigents, quan Niels Bohr va recordar una altra trobada de filòsofs que s’havia produït a la capital danesa.

La major part dels convidats eren positivistes, és a dir, que s’aferraven només a fets i mesuraments demostrables, i van demanar a Bohr que els parlés de la teoria quàntica. El físic danès ho recordava així: «En acabar la meva conferència, ningú no va plantejar cap objecció ni em va formular cap mena de pregunta compromesa, però he de dir que aquest fet em va provocar un enorme desencant. Perquè la persona que no se sent profundament estranyada en entrar per primer cop en contacte amb la física quàntica, l’única explicació possible és que no l’ha entesa».

Aquesta anècdota va encendre un debat profund entre tots tres sobre els límits de la física, de la metafísica, i fins i tot del llenguatge que fem servir per descriure la realitat.

Aleshores, Niels Bohr va citar un poema de Schiller que diu: «Només una ment plena és clara, i la veritat habita a les profunditats». Aquest abisme del qual sabem poc o res no afecta únicament la ciència, sinó també el llenguatge.

Una de les raons per les quals els positivistes rebutjaven les visions dels filòsofs anteriors a la metodologia científica era que intentaven abraçar amb el seu llenguatge uns conceptes que requereixen una precisió enorme.

Sobre això, Heisenberg considerava que era absurd menysprear els problemes i les idees plantejats pels filòsofs antics només perquè no fossin capaços d’expressar-se en un llenguatge més precís, de la mateixa manera que podem extraure punts de vista valuosos de les paràboles mitjançant les quals les religions expliquen l’univers.

En paraules de Heisenberg mateix: «La solució dels positivistes és molt simple: hem de dividir el món en dues parts, allò que en podem dir amb tota claredat, i la resta de coses, sobre les quals el millor que podem fer és no dir res. Però algú pot concebre una filosofia més inútil, quan veiem que allò que podem afirmar és poc menys que res? Si haguéssim de deixar de banda tot allò que no és clar, molt probablement ens veuríem reduïts a una sèrie de tautologies trivials i completament desproveïdes d’interès».

Dit d’una altra manera, si la ciència s’hagués limitat a indagar les veritats evidents i totalment demostrades, la física quàntica no existiria, i tampoc la majoria d’avenços científics que ens faciliten la vida. Com deia Jules Verne: «Tot allò que un ésser humà pot imaginar, un altre ho acabarà fent realitat».

Hi ha intuïcions genials que poden trigar dècades, potser segles, a ser demostrades, però l’esperit humà ha arribat on és ara gràcies a la capacitat de submergir-se en els abismes d’allò que gairebé no pot ser anomenat.

VEIEM ALLÒ QUE CREIEM?

El budisme afirma que en veure la realitat la tenyim de nosaltres mateixos. Això passa perquè la nostra percepció interactua amb el que creiem que és el món exterior. Dit d’una altra manera, no es pot separar amb un bisturí el que s’observa de l’observador.

Això ho hem plantejat a l’experiment de la doble ranura.

En una conferència pronunciada per Beau Lotto per a Ted Talks, l’investigador parla sobre les il·lusions òptiques, que revelen molt més del que creiem sobre la nostra manera de percebre el món: «Dos quadrats d’un color gris idèntic ja no són iguals si els sobreposem damunt de fons il·luminats de manera diferent. Si, per exemple, en posem un sobre un fons negre, semblarà més clar que un altre sobre un fons blanc. El que cal entendre aquí és que la diferència no és el to que hem fet servir per al fons, sinó la informació cerebral que tenim guardada del nostre propi passat i que és la que ens transmet aquesta sensació falsa».

© Marisa Martínez

El nostre cervell no veu el món exactament com és, sinó com li va ser útil que fos en el passat, i per tant, de la manera més apropiada per a la nostra supervivència.

Des d’un punt de vista neurològic, la percepció és un punt de trobada entre l’observador i allò que observa. No podem parlar d’un «observador extern» perquè sempre hi ha algun grau d’interacció entre qui mira i l’objecte mirat.

Si fem un símil amb el món de l’antropologia, el treball de camp en el si d’una tribu mai serà objectiu ni completament fiable, ja que, amb la seva presència, l’antropòleg altera l’ordre natural de la vida que està observant.

Això és una metàfora del que succeeix amb les observacions de la quàntica, on l’observador (o el mesurament) sembla tenir un paper rellevant en els resultats.

Els estudis que s’han dut a terme sobre la percepció, com els publicats per Rainer Rosenzweig a Mente y cerebro, han demostrat que estem subjectes a il·lusions que ens poden portar a conclusions equivocades: «El nostre sistema visual està acostumat a la distorsió causada per la perspectiva, que compensa de forma activa. Durant el processament d’informació visual, el cervell contraresta la deformació, sense que nosaltres puguem influir-hi».

En tenim una prova en l’experiment de Roger Newland Shepard, de la Universitat de Stanford. Fixem-nos en la il·lustració següent. Quan observem aquestes dues taules, que tenen la perspectiva de les potes mal dibuixada, es crea el fals efecte que són diferents. Però si les mesurem, ens sorprendrà veure que són idèntiques, tant de llarg com d’ample.

© Marisa Martínez

Rosenzweig afegeix que l’ésser humà actual no es troba indefens davant de les il·lusions òptiques, ja que sempre pot verificar les percepcions mitjançant els experiments. Amb els instruments adequats, un simple mesurament pot corregir una impressió falsa: «El raonament crític aporta a cada individu allò que la metodologia científica ofereix a la humanitat: una capacitat de discerniment més enllà de la simple percepció visual».

Com que molts principis de la quàntica superen els límits del nostre raonament habitual, es tracta d’acceptar la realitat del que és diminut sense els prejudicis de la realitat macroscòpica.

No obstant això, el fet que la nostra percepció sigui subjectiva no significa que la puguem manipular al nostre gust. No podem triar el que volem veure, contràriament a l’opinió generalitzada segons la qual «veiem el que creiem». V.S. i D.R. Ramachandran apunten el concepte següent: «La percepció es proposa computar ràpidament respostes aproximades que resultin acceptables per a la supervivència immediata: no convé aturar-se a valorar si el lleó és a prop o lluny».

Certament, com dèiem al començament, tenyim la realitat amb els nostres propis filtres (prejudicis, expectatives, idees preconcebudes). Però quan s’acosta un lleó, tothom es posa a córrer. En això sí que estem d’acord.

OLLA VIGILADA NO BULL MAI… SOBRETOT SI L’OLLA ÉS QUÀNTICA

Una dita popular diu que «Olla vigilada no bull mai». Per bé que en el nostre dia a dia ho acabarà fent, tant si la vigilem com si no, és cert que molts bullim d’impaciència mentre esperem que ho faci.

En el nostre món macroscòpic, mesurar o observar un objecte no fa que canviï d’estat. Si l’olla està a mitja ebullició, per molt que la mirem (o que no ho fem), li faltarà el temps necessari per bullir.

En canvi, en el món quàntic, les regles del joc canvien. Entra en escena el que es coneix com efecte Zenó quàntic, que, si ens permeteu l’analogia —una mica barroera—, ens diu el següent: si posem una olla al foc i l’observem abans que comenci a bullir, la física quàntica ens castigarà a tornar a la casella de sortida, com en el joc de l’Oca. El foc haurà de tornar a escalfar l’aigua.

Un observador del món quàntic massa impacient, que vigilés l’aigua a cada moment, acabaria impossibilitant l’ebullició.

Aquest fenomen contrari a la intuïció humana és fruit de la influència misteriosa que té el mesurament en la física quàntica. Quan observem, avortem el procés que s’hauria produït sense l’observació.

És com si interrompessin una persona que està a punt d’adormir-se, preguntant-li a cada segon: «Ja dorms?». D’aquesta manera haurà de començar de zero una vegada i una altra el procés d’agafar el son.

A l’apèndix trobareu l’experiment d’un grup d’investigadors de Colorado en què es va posar a prova l’efecte del Zenó quàntic.

LA LLEI DE L’ESFORÇ

Sovint, l’impacte d’aquests experiments s’ha traslladat a àmbits que no tenen res a veure amb la física. Per exemple, moltes persones pensen que la llei de l’atracció és com un poder màgic: n’hi ha prou amb pensar en un objectiu perquè aquest es materialitzi.

Segons la nostra opinió, la convicció ajuda a optimitzar un resultat, com l’atleta que està convençut de poder cobrir els 100 metres llisos en menys de 10 segons. Però aquesta expectativa positiva no serveix de res sense milers d’hores d’entrenament i unes condicions físiques molt propícies.

És un fet evident que, només de pensar una cosa (per exemple, que ens tocarà la loteria), no n’hi ha prou perquè es faci realitat. Per bé que la comparació a nivell psicològic que plantejarem és tan errònia com l’anterior,^[5] a nosaltres ens agrada més pensar que l’efecte Zenó quàntic ens planteja una llei nova, no apta per a ganduls: la llei de l’esforç. Com cita Jorge Valdano en un dels seus llibres: «L’Èxit només va abans que el Treball al diccionari».