La mecánica cuántica es, en el mejor de los casos, una teoría de partículas. Pequeños componentes de la materia con nombres como quarks, fotones, electrones, etc. 

Por Tim Andersen

(médium)-También describe muchos fenómenos que experimentamos día a día como la polarización de la luz y los imanes permanentes. Algunos fenómenos exóticos como los superfluidos y superconductores ultrafríos también requieren una descripción cuántica.

No puedes alejarte de la mecánica cuántica en el mundo físico, incluso si ignoras las partículas diminutas. Y el único factor común entre todas las descripciones cuánticas de la realidad es la función de onda.

La función de onda es una descripción, no de algo necesariamente que es, sino de la potencialidad. Describe dónde podrían estar las partículas y con qué probabilidad.

(En realidad, una función de onda es un vector de estado que tienes que combinar con otra copia de la función de onda para obtener una probabilidad. Entonces, matemáticamente, es el cuadrado de la función de onda el que es la probabilidad. Sin embargo, la función de onda en sí es más útil , porque es una descripción completa de la partícula que incluye todo lo que pueda querer medir).

Las funciones de onda generalmente «parecen» ondas, pero describen partículas. Esto es parte de la dualidad onda / partícula.

Muchos físicos consideran que la función de onda es una conveniencia matemática, algo así como cualquier distribución de probabilidad. Su único trabajo es modelar la probabilidad de encontrar una partícula en un lugar determinado o con un estado determinado. En cuanto a la partícula en sí, ¿quién sabe cuál es la realidad?

Para los partidarios de la mecánica bohmiana, la función de onda es una cosa real pero guía a otra cosa, la partícula, que también es real. Entonces, la función de onda es como una fuerza fantasmal que le dice a la partícula hacia dónde ir.

Aquellos que creen en la Interpretación de Muchos Mundos de la mecánica cuántica ven la función de onda como una descripción de un número infinito de mundos, cada uno con su propia copia de la partícula.

Otros ven la función de onda como una representación de realidades potenciales, con una sola realidad real, o realidades reales, la mayoría de las cuales están ocultas para nosotros.

Estos dos últimos pueden requerir una explicación. En el primer caso, la función de onda describe todas las posibles realidades que podrían existir. Mediante algún proceso misterioso, se selecciona una de esas realidades para que sea la «real» que medimos. La función de onda no suelta ninguna de esas otras potencialidades hasta que la medimos, pero nunca fueron reales en primer lugar.

En el segundo caso, la función de onda lleva consigo todas las realidades posibles y todas son reales, pero por alguna razón solo una es misteriosamente seleccionada para ser visible para nosotros.

Otros dicen que todo esto es una tontería y que la función de onda es solo una descripción de probabilidad que nunca tiene realidad alguna. Las historias consistentes son un ejemplo de esto. Historias consistentes significa que usted elige un marco para seleccionar lo que es real al azar entre todas las posibilidades a medida que viaja a lo largo del tiempo. Tu marco mantiene todo consistente.

Otras son las ecuaciones de Lindblad que dicen que la ecuación de Schroedinger, la que hemos estado usando durante 100 años, está incompleta. Las ecuaciones de Lindblad prácticamente resuelven el problema a expensas de hacer que el universo sea fundamentalmente aleatorio. Son una posible generalización de Schroedinger, pero hay otras.

Solo he arañado la superficie de diferentes interpretaciones y las vertiginosas variaciones de ellas. Es, literalmente, donde la física se encuentra con la metafísica y trata de responder a la pregunta: ¿qué es real?

Si todo esto es confuso, es porque lo es. No sabemos cuál es realmente la función de onda. La ciencia mejor validada de la actualidad dice que la función de onda es una descripción matemática del estado de una partícula. Nos da toda la información que necesitamos para realizar experimentos y hacer predicciones. Además, nunca podemos hacerlo mejor que la función de onda en términos de esas predicciones. El límite no está en nuestra capacidad de detección. Es fundamental para el funcionamiento de las partículas.

Al igual que cualquier distribución de probabilidad, nos dice qué esperar, pero, a diferencia de las distribuciones de probabilidad clásicas, no comprendemos la física subyacente. Por ejemplo, con un fenómeno clásico como el movimiento browniano, el movimiento aleatorio de partículas suspendidas en un gas o fluido, entendemos que la aleatoriedad proviene de partículas que no podemos ver (moléculas) chocando con una partícula más grande que podemos ver (p. Ej. , un grano de polen). Nuestra distribución de probabilidad está diseñada para describir esa aleatoriedad sin conocer la dinámica precisa de todas esas pequeñas partículas. Sin embargo, sabemos cómo se comporta cada una de esas partículas individualmente incluso si no podemos predecirlo.

En física cuántica, parece que la aleatoriedad está construida de alguna manera en la estructura del universo. Una partícula sigue un camino aleatorio a pesar de estar en el vacío y no estar expuesta a otras partículas. Actúa como si estuviera interactuando con otras partículas cuando no hay ninguna. De hecho, actúa como si interactuara con copias de sí mismo, como lo demuestra la distribución de probabilidad en forma de onda.

Del mismo modo, la aleatoriedad parece remontarse en el tiempo o años luz con el misterioso fenómeno de entrelazamiento donde dos partículas medibles por separado comparten una única función de onda.

Mi intuición sobre esto es que las partículas son realmente como granos de polen suspendidos en un líquido. Es solo que, en lugar de chocar con partículas invisibles al azar a su alrededor, chocan con partículas y campos invisibles al azar en otra dimensión.

Mi teoría es que la función de onda describe muchas historias de la misma partícula en diferentes puntos en una quinta dimensión. Por lo tanto, las partículas están realmente expuestas a un «baño» de influencias aleatorias que no podemos ver. Realmente cambian sus historias en respuesta unos a otros, alcanzando años luz. Esto sugiere, de hecho, que la mecánica cuántica funciona exactamente como la mecánica browniana clásica, pero, en lugar de moverse en el tiempo, se mueven en la quinta dimensión. En lugar de ser pequeñas partículas redondas, son hebras tejidas a través del tiempo.

A medida que el universo se expande hacia la quinta dimensión, la historia evoluciona a través de las posibilidades contenidas en la función de onda. Entonces, para mí, la función de onda describe un conjunto de historias (como lo hizo para la suma de Richard Feynman sobre las historias matemáticas) pero, mientras que Feynman fue menos una interpretación y más una herramienta matemática, mi teoría proporciona una descripción de la función de onda en términos de una dimensión espacial adicional. Solo medimos una realidad porque solo existe una realidad a la vez, pero muchas realidades pueden existir en muchos momentos.

Por lo tanto, mi enfoque de la función de onda es que es una descripción de una realidad estadística muy parecida a una distribución de probabilidad para el movimiento browniano, pero no es una «cosa real». Las historias de partículas individuales son reales y todas existen en diferentes puntos de la quinta dimensión.

Mucho de esto depende de las descripciones del universo que modelan el Big Bang como una onda de choque que se expande hacia la quinta dimensión. Esta onda de choque permite una descripción única de la teoría cuántica como mecánica 5D clásica. En lugar de ser puntos, las partículas son hebras largas que se mueven y vibran, chocando con todas las influencias invisibles en la quinta dimensión justo cuando las partículas de polen chocan con las moléculas de gas o agua.

Creo que sé cuál es la función de onda, pero todavía hay que trabajar para probarla. Hasta entonces, nadie lo sabe realmente.