Se cree que el mundo cuántico rompe algunas de nuestras intuiciones más fundamentales sobre cómo funciona el universo.

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

Muchos miran esos experimentos y concluyen que desafían la «localidad»: la intuición de que los objetos distantes necesitan un mediador físico para interactuar. Y, 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 intuición 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.

Pero, ¿y si ambas intuiciones 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. Llamada «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. ¿Cual es la diferencia?

Considere dos ejemplos. (1) Existe una correlación entre la aguja de un barómetro y el clima; es por eso que 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. Aquí 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 una tercera cosa, 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.

En estos días, la ciencia de buscar estas correlaciones sólidas se denomina «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 meneo van a aparecer más tarde que el propio meneo. Esta es una suposición tan natural que no nos damos cuenta de que la estamos haciendo.

Pero nada en el método científico requiere que esto suceda, y se abandona fácilmente en la ficción fantástica. Del mismo modo, en algunas religiones rezamos para que nuestros seres queridos se encuentren entre los supervivientes del naufragio de ayer, por ejemplo. 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 un resultado de 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 del entorno 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 especial de la relatividad de Albert Einstein, que es una parte esencial de la física moderna.

Pero eso se debe a que 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: implica un fenómeno estadístico familiar llamado sesgo de Berkson (consulte nuestro popular resumen aquí).

Ahora hay un próspero grupo de académicos que trabajan en la retrocausalidad cuántica. Pero sigue siendo invisible para algunos expertos en el campo más amplio. Se confunde con una visión diferente llamada «superdeterminismo».

superdeterminismo

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

Pero el superdeterminismo lo trata como la correlación entre el clima y la aguja del barómetro. Asume que hay una tercera cosa misteriosa, un «superdeterminante», 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.

Entonces, el superdeterminismo niega que las opciones de medición sean cosas que podemos 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 superdeterminismo 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 causales científicos 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 hacia donde conduce.

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 se haya tardado tanto en explorarla. La confusión con el superdeterminismo 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 en popa, así que navegue hacia el premio más grande de todos: salvar la localidad y el realismo de la «muerte por experimento».

Huw Price, miembro emérito, Trinity College, Universidad de Cambridge y Ken Wharton, profesor de física y astronomía, Universidad Estatal de San José

Este artículo se vuelve a publicar de The Conversation bajo una licencia Creative Commons.