3) Fin de la causalidad ontológica clásica
En mecánica clásica los fenómenos físicos son efectos consecuentes con unas causas que lo preceden. Las leyes de causa y efecto de la física permiten predecir el comportamiento futuro de numerosos sistemas clásicos. Especialmente, la evolución futura de los sistemas planetarios, galácticos y cosmológicos se rige de manera precisa por leyes clásicas universales.
La prolongación de la incertidumbre cuántica hasta el nivel planetario obliga a renunciar al determinismo y tener en cuenta factores caóticos que impiden predecir claramente el futuro de un sistema físico. Igualmente, en retrospectiva, la ley de la causa y el efecto nos sitúa frontalmente y sin escapatoria con el clásico problema filosófico acerca del primer origen de toda actividad física.
Al seguir la concatenación causa-efecto se alcanzaría finalmente el primer efecto con sentido físico sin posibilidad de explicarlo físicamente a partir de una causa precedente o sin recurrir a una sucesión ilimitada de causas y efectos. No es posible, por tanto, explicar el origen del universo físico sin recurrir a una primera causa de origen metafísico.
En mecánica cuántica la dimensión casual propia de un proceso de medida –suerte en última instancia– es una parte integrada en los fenómenos cuánticos descrita en términos estocásticos y generalizables a leyes estadísticas. La dinámica natural es esencialmente azarosa. Desde la perspectiva clásica diríamos que está regida por leyes casuales cuya explicación trasciende las fronteras de la ciencia física.
En física cuántica no hay una explicación causal para la definición clásica de un sistema físico desde la indefinición ontológica que rige el comportamiento cuántico. No existe una ley causa-efecto que define la trayectoria desde lo clásico a lo cuántico. Es más, algunas interpretaciones físicas introducen la idea de un salto cuántico totalmente opuesto a la idea del continuismo clásico.
La alternativa física más consolidada actualmente para explicar el proceso de medida entiende la transición cuántico-clásica como un proceso de decoherencia, donde la indefinición cuántica va paulatinamente debilitándose a medida que el sistema cuántico va interactuando con su entorno clásico. Decimos que la coherencia cuántica de un sistema lo permite estar en un estado de indefinición ontológica clásica.
Al acoplarse con el medio macroscópico la coherencia se diluye según se perfila el sistema hasta que finalmente se vuelve clásico a todos los efectos prácticos. La decoherencia cuántica permite suavizar y cuantificar el proceso de medida pero, últimamente, la emergencia del estado clásico concreto y bien definido es una transición estocástica sin explicación causal.
Consecuentemente, la física debe desprenderse del clásico anhelo de crear un conjunto de leyes causales que predigan cuanto existe en el Universo. Ciertas cualidades del mundo físico no puede explicarse mediante leyes causales deterministas, pues están fuera de su alcance explicativo. El origen del universo físico o la emergencia del mundo clásico desde un fondo cuántico indeterminado son problemáticas abiertas que dejan entrever una realidad ontológica que desborda el enrejado de las leyes deterministas de causa y efecto.
Sin embargo, observamos experimentalmente que los fenómenos clásicos emergen de esta realidad cuántica y debemos cuestionarnos cómo una ontología indefinida puede originar un proceso de definición ontológica que finaliza en la concreción de nuestro mundo clásico.
El trabajo de Bohm se encamina a buscar una explicación, más allá de la física, de estas manifestaciones azarosas que surgen del fondo de la naturaleza física y que han obligado a integrar conceptos matemáticos como probabilidad y leyes estadísticas para expresar la naturaleza objetiva de las fluctuaciones cuánticas [1]. Bohm propone un movimiento metafísico que despliega la ontología cuántica hasta que emerge la realidad estructural definida de los fenómenos clásicos. El dinamismo ontológico es últimamente la causa del mundo clásico.
Ahora bien, este proceso causal no puede ser determinista, pues contradeciría el indeterminismo cuántico. A nuestro juicio, la propuesta de Bohm trata de responder a la exigencia metafísica que nos planteamos y su mecanismo causal no-determinista es coherente tanto con los conceptos de indeterminación y discontinuidad cuánticos, como con el hecho de que los fenómenos clásicos emergen de la realidad cuántica.
En síntesis, la física cuántica descubre una ontología dinámica, indiferenciada y caótica, con el potencial de hacer emerger una realidad clásica estable, concreta y con un grado elevado de determinismo.
Acciones no locales entrelazadas
Planck y Einstein desarrollaron la idea del quantum elemental de energía o fotón, como elemento fundamental e indivisible del intercambio de energía entre la luz y la materia ordinaria, para explicar el efecto fotoeléctrico y la radiación del cuerpo negro.
La relación de Planck-Einstein (E=h•f ) expresa que la energía (E) del fotón resulta de multiplicar su frecuencia (f ) por el cuanto mínimo de acción (h). Con la misma idea, Bohr utilizó el quantum elemental de acción (h) para explicar la existencia de estados estacionarios de energía constante donde los electrones orbitaban alrededor del núcleo.
La pérdida de energía en la transición electrónica (materia) desde una órbita estacionaria a otra de menor energía era compensada por la aparición de un quantum de energía (luz) registrado por los espectrógrafos.
Resulta conocida la dialéctica epistemológica que mantuvieron Einstein y Bohr [2] a lo largo de sus vidas desde que en 1927 se conocieron durante el Congreso Solvay, que reunía las mentes científicas más preclaras del momento. Mientras que Bohr disgregaba los conceptos físico-matemáticos de la realidad, Einstein lanzaba una tentativa realista de la ciencia física y el mundo físico.
A disgusto con el dualismo clásico-cuántico, con la dictadura operacionalista de los físicos cuánticos y con la naturaleza estocástica de la teoría cuántica, Einstein diseñó un experimento mental (gedankenexperiment), publicado en el Physical Review en un famoso artículo firmado junto a Podolsky y Rosen [3].
Este trabajo ha supuesto un hito importantísimo en el desarrollo posterior de la física. La pretensión inicial fue mostrar la inconsistencia de la teoría cuántica y oponerse así, a las consecuencias epistemológicas de los desarrollos matemáticos de von Neumann sobre el formalismo canónico de la mecánica cuántica.
Einstein quería probar la incompletitud de la teoría cuántica de Bohr y poner de relieve que una teoría cuántica completa debía dar cuenta de los elementos de realidad del mundo físico; es decir, aquellas magnitudes físicas susceptibles de ser medidas sin perturbar el sistema físico observado.
La teoría de Einstein, Podolsky y Rosen (EPR) predijo la posibilidad de que posición y momento lineal pudieran ser simultáneamente elementos de realidad. Su experimento mental demostraba que posición y momento de una partícula eran elementos ontológicos perfectamente correlacionados. Es decir, una partícula puede tener posición y momento bien definidos independientemente de la observación experimental. Bastaba medir la componente de espín de un fotón para conocer la respectiva componente de otro fotón entrelazado, sin necesidad de experimentar directamente sobre él.
Sin embargo, esta defensa del realismo físico supuso la aparición de unas fantasmagóricas interacciones no-locales entre distintas partes muy distanciadas de algunos sistemas físicos, que revelaban elementos de realidad no apreciados por la mecánica cuántica. Consiguientemente, la teoría de Bohr debía ser incompleta. Einstein asentó un duro golpe a los cuánticos de Copenhague. Su célebre gedakenexperiment daba tregua al ocaso del realismo físico y dejaba terreno libre para desarrollar una teoría cuántica completa: una teoría de nuevas variables.
Dicen que hasta los errores del genio fueron geniales. Sin pretenderlo, Einstein descubrió que la realidad física no es enteramente local, porque existen fenómenos instantáneos de acción a distancia que acoplan las partes de un sistema físico por muy distantes que se encuentren. Esta acción no-local disgustaba a Einstein, pero los experimentos de Aspect [4] o los espectaculares y modernos experimentos de Innsbruck [5] son evidencias empíricas bien constatadas del carácter no-local de la realidad.
Aunque Einstein pretendió usar las fuerzas instantáneas a distancia como un absurdo que resultaba de una teoría cuántica incompleta, en realidad descubrió la existencia de interacciones no-locales en la materia. En la actualidad, esta acción no-local se ha comprobado experimentalmente y se usa en los modernos laboratorios de información cuántica para teleportar estados cuánticos. Los ingenieros cuánticos confían en esta interacción cuántica para progresar en el diseño de los ordenadores cuánticos.
Seguimos la enumeración de las afecciones ontológicas consecuentes con el nuevo lenguaje de la física cuántica iniciadas anteriormente.
4) Fin de la invariabilidad ontológica.
Bohr entendía la realidad física escindida en dos mundos inconmensurables. Por un lado encontraríamos el mundo físico observable de los fenómenos clásicos. Es el mundo clásico estable de nuestras percepciones directas o indirectamente inducidas a través de la tecnología.
Por otro lado contamos con los conceptos matemáticos de la mecánica cuántica. En este caso, las ideas de la teoría cuántica no se corresponden con percepciones de la realidad hasta el momento de iniciar un proceso de medida y desencadenar la transición cuántico-clásica que concluye con la emergencia de un estado clásico observable. Aunque la idea de la decoherencia cuántica suaviza el desnivel entre el mundo cuántico y el clásico, en última instancia la emergencia del estado clásico es el resultado de un salto emergente.
De acuerdo con la física cuántica, con anterioridad al proceso de medida carece de sentido atribuir propiedades físicas al sistema cuántico tales como posición, momento o una cierta componente de espín. A diferencia del pretendido realismo de Einstein, los sistemas cuánticos no tienen propiedades reales como los objetos clásicos. Más bien, son el producto emergente que resulta tras la conclusión del proceso de medida.
En este sentido, los sistemas cuánticos sintetizan sus atributos clásicos cuando se cumple la transición cuántico-clásica al finalizar el proceso de decoherencia. Por tanto, las propiedades físicas, tal y como se entienden desde la perspectiva clásica, son una realidad emergente que sigue al acto de medida, sin existencia previa en el régimen cuántico.
En la epistemología de Bohr, diríamos que las propiedades físicas clásicas son etiquetas aplicadas sobre un mundo cuántico estrictamente epistemológico, sin fundamento ontológico. Debido a la incertidumbre cuántica, Bohr defendía que cuando se conoce el momento de una partícula, su posición carece de sentido físico. No es real.
Pensamos que es posible ofrecer una interpretación intermedia sin necesidad de concluir en el epifenomenalismo de Bohr ni en el realismo ingenuo de Einstein que él mismo refutó con sugedakenexperiment. Afirmar que los fenómenos físicos son un epifenómeno sin soporte ontológico es ir en contra de la experiencia consciente de que vivimos en un mundo real. Pensar que nuestra epistemología clásica para interpretar el mundo es aplicable también en el extraño régimen cuántico es ir en contra de los resultados experimentales.
En ambos casos el presupuesto básico es tomar conciencia de la realidad: ya sea experiencial (conciencia de realidad) o experimental (conciencia empírica). Negar la experiencia del mundo, experiencial o empírica, es contradecir nuestra experiencia consciente de realidad que fundamenta todo conocimiento.
De acuerdo con nuestra experiencia consciente de la realidad no podemos afirmar la existencia de un mundo invariable de esencias. Hay distintos niveles de existencia. Tampoco podemos renunciar a un soporte material del mundo físico, pues la realidad física se fundamenta en la actividad física de la materia que registran los instrumentos de medida. Hay un soporte ontológico donde emerge el mundo físico.
Esta ontología no puede ser invariable, pues lo óntico del régimen clásico no es aún en el régimen cuántico. En el régimen cuántico la materia existe en un nivel de realidad distinto al nivel experiencial de los fenómenos clásicos. De alguna manera el soporte ontológico del mundo físico es capaz de producir un despliegue de nuevos niveles de realidad.
Este despliegue no puede ser mera evolución causal determinista, ya que la física cuántica no asume el clásico continuismo. Decimos entonces que las interacciones cuánticas del soporte ontológico generan un orden óntico emergente donde ya es posible definir las propiedades clásicas de los sistemas físicos que evolucionan causalmente en el tiempo y provocan nuestros estados conscientes.
5) Fin de la localidad ontológica
Einstein defendió una visión realista de la física. El último gran físico clásico concebía un universo del ser, un mundo físico objetivo y real donde los sucesos físicos no acontecían sin explicación causal. De acuerdo con su epistemología realista la incertidumbre cuántica es una limitación cognitiva. El realismo entiende que las propiedades físicas tienen ya una existencia real en el régimen cuántico. Sin embargo, Einstein abrió una nueva dimensión física de interacciones no-locales con importantes consecuencias ontológicas.
En los experimentos con fotones entrelazados que experimentan acciones a distancia no-locales se comprueba que carece de sentido hablar de constituyentes ónticos del sistema antes de un proceso de medida. Dos fotones entrelazados conforman un estado cuántico de la materia que no es reducible a la suma de sus constituyentes. Es más, solo es posible hablar técnicamente de constituyentes cuando la medida cuántica deshace el entrelazamiento cuántico anterior.
En realidad, el sistema cuántico entrelazado presenta una ontología distinta que el conjunto de realidades ónticas sintetizadas tras el proceso de decoherencia. Decimos que la materia en el régimen cuántico es de una forma distinta a como es la materia en el nivel de realidad clásico.
No hay una evolución suave, sino una transición entre distintos niveles de realidad. Desde la perspectiva cuántica podríamos pensar que de la ontología cuántica emerge el nivel óntico clásico cuando las interacciones físicas diluyen las fluctuaciones cuánticas.
La física descubre una ontología dinámica y fluctuante cuya esencia es producir niveles de realidad con propiedades físicas características de cada nivel. Además los experimentos de acción a distancia con partículas cuánticas entrelazadas desvelan que esa ontología dinámica soporta conexiones a distancia capaces de sintetizar sistemas cuánticos conexos con existencia global. Existe el conjunto sin existencia fragmentaria constituyente.
Es decir, existe la totalidad sin que pueda atribuirse constituyentes a su ontología. Cuando esa ontología conexa pierde la coherencia cuántica se produce una fragmentación ontológica que origina los elementos ónticos del régimen clásico del nuevo nivel de realidad. Así ocurre, como veremos a continuación, con la realidad de las partículas físicas. Un protón no es la suma de sus componentes. Un protón es una realidad global sin constituyentes ónticos.
Ahora bien, cuando se bombardea el protón y se fragmenta su ontología emergen productos ónticos con individualidad propia. Es decir, bajo ciertas condiciones la ontología cuántica despliega su potencial para producir nueva realidades ónticas dotadas de una individualidad indefinida antes de romper la ontología unitaria del protón.
En síntesis la física cuántica nos devela una realidad metafísica sorprendente desde nuestra perspectiva de sujetos conscientes en el régimen clásico. Desde el punto de vista clásico es difícil entender cómo las partículas pierden su individualidad para formar sistemas holísticos en coherencia cuántica. Sin embargo, desde la ontología dinámica reconocible en el régimen cuántico se hace más inteligible pensar que las partículas clásicas son el producto emergente que resulta tras la pérdida de la coherencia cuántica.
La ontología pierde su conexión cuántica y produce la dinámica causal de los elementos ónticos en el régimen clásico. De esta manera se muestra la variabilidad ontológica. Lo que es en el régimen cuántico es ontológicamente distinto a las entidades ónticas del régimen clásico. La fragmentación de la conectividad cuántica ontológica tras el proceso de decoherencia produce la individualidad de los elementos clásicos. La amortiguación de las acciones a distancia no-locales termina por sintetizar partículas clásicas con una realidad óntica distinta a la ontología holista que soporta la realidad física.
Conclusión
La sola aproximación a la ontología física que soporta la realidad experimental nos proyecta hacia nuevos interrogantes que trascienden lo puramente físico. No necesariamente hablamos de proyecciones sobre lo filosófico o temas profundos de la filosofía de la naturaleza como el origen del tiempo físico en una realidad eterna metafísica. La simple emergencia de órdenes de complejidad en la realidad física nos mueve hacia otras fronteras de la ciencia donde el concepto de orden es aún más trascendente.
El emergentismo (que postula que realidades como la vida, la sensibilidad y la conciencia, así como la mente animal y la mente humana, emergen de la realidad física primordial que constituye el universo) es todavía hoy una corriente más filosófica que científica. No por ello se ha quedar reducido al margen del quehacer propio de la ciencia.
La ciencia puede servirse de las intuiciones metafísicas que, desde el emergentismo, se proyectan hacia distintos ámbitos de realidad (físico, biofísico y psicobiofísico) que demandan una comprensión de fenómenos emergentes (la reducción cuántico-clásica, el orden complejo, la conciencia…) carentes aún de una explicación científica. Pero la metafísica, y la filosofía, pueden y deben servirse de los conocimientos producidos por la ciencia.
Supuesta esta ontología física emergente, resulta natural explicar el origen y evolución del universo como un producto de este substrato metafísico que se hace explícito a través de procesos cuánticos consolidados en el régimen clásico de la experiencia. Las estructuras físicas, los seres vivos, el psiquismo animal y la conciencia son productos que últimamente emergen de esta ontología dinámica del mundo físico.
La incesante actividad de esta realidad subyacente dinamiza todo el proceso evolutivo del cosmos, generando estructuras clásicas más complejas y estables, capaces de resonar las propiedades cuánticas de su naturaleza material, tal y como los fenómenos cuánticos macroscópicos mantienen sus propiedades cuánticas a nivel de experimentación. De ello seguiremos hablando en nuestro próximo artículo sobre la mecánica cuántica y sus consecuencias sobre nuestra imagen metafísica del universo.