Por: Elizabeth Gibney / Scientific American en Español, junio 25 de 2015

Físicos teóricos sostienen que la curvatura del espacio-tiempo evita las superposiciones cuánticas en objetos de gran tamaño. Si el gato del famoso experimento mental de Erwin Schrödinger se comportara según la teoría cuántica, podría existir en varios estados simultáneos, y estar muerto y vivo a la vez.

Si el gato en el famoso experimento mental de Erwin Schrödinger se comportara según la teoría cuántica, podría existir en varios estados simultáneos, y estar muerto y vivo a la vez. La explicación más habitual de los físicos a por qué no vemos superposiciones cuánticas (de gatos o de cualquier otro aspecto de nuestra vida cotidiana) es la interferencia con el entorno: tan pronto como un objeto cuántico interactúa con una partícula o campo de fuerza, elige inmediatamente un único estado, colapsando en su apariencia cotidiana clásica.

Pero incluso si los físicos fueran capaces de aislar completamente un objeto grande en superposición cuántica, según investigadores de la Universidad de Viena, igualmente colapsaría en un estado único –al menos aquí en la Tierra–.  “Podría ser que en algún lugar del espacio interestelar el gato preservara la coherencia cuántica, pero en la Tierra, o cerca de cualquier planeta, hay pocas esperanzas de eso”, dice Igor Pikovski. La razón, afirma, es la gravedad.

La idea de Pikovski y sus colegas, publicada en un artículo en Nature Physics el 15 de junio, todavía es solo un argumento matemático. Pero los físicos experimentales están confiados en poder comprobar si la gravedad hace realmente colapsar las superposiciones cuánticas, dice Hendrik Ulbricht, físico de la Universidad de Southampton, Reino Unido. “Es una idea nueva, interesante, y me gustaría poder demostrarla con experimentos”, explica. Disponer de la tecnología para hacerlo, sin embargo, puede tardar hasta una década, advierte.

Cómo la gravedad colapsa al gato
Quienes vieron la película Interestelar ya están familiarizados con el principio básico detrás del trabajo del equipo de Viena. La teoría de la relatividad general de Einstein afirma que un objeto extremadamente masivo provoca que los relojes cerca de él avancen más lentamente, debido a que su fuerte campo gravitatorio deforma la estructura del espacio-tiempo (por eso un personaje de la película envejeció solo una hora cerca de un agujero negro, mientras que en la Tierra pasaron siete años). En una escala más sutil, el tiempo pasaría un poco más lento para una molécula colocada cerca de la superficie de la Tierra, que para una colocada más lejos.

Debido al efecto de la gravedad en el espacio-tiempo, el equipo de Pikovski se dio cuenta de que la variación en la posición de una molécula debe afectar también a su energía interna (las vibraciones de las partículas de la molécula, que cambian con el tiempo). Según ellos, si una molécula estuviera en una superposición cuántica de dos estados, la correlación entre la posición y la energía interna haría que la dualidad pronto se ‘decoherenciara’, haciendo que la molécula se quedara en un estado concreto. “En la mayoría de situaciones la decoherencia se debe a algo externo; aquí es como si las vibraciones internas estuvieran afectando al movimiento de la propia molécula “, añade Pikovski.

Un límite práctico
Nadie ha observado todavía este efecto, porque otras fuentes de decoherencia (como campos magnéticos, radiación térmica y vibraciones) son mucho más fuertes y hacen que los sistemas cuánticos colapsen mucho antes de que la gravedad pueda interferir. Pero los físicos experimentales están dispuestos a intentarlo.

Markus Arndt, un físico experimental también de la Universidad de Viena, ya está comprobando si las superposiciones cuánticas pueden ser observadas en objetos grandes (aunque no tanto como un gato). Él envía grandes moléculas a través de un interferómetro de onda-materia; un sistema que ofrece a cada molécula la opción de tomar dos caminos diferentes. Según la visión clásica, cada molécula viajará por un solo camino; pero según la cuántica, una molécula puede efectivamente recorrer ambas rutas a la vez, e interfiere con sí misma para crear un patrón de ondas determinado.

Un planteamiento similar podría ser utilizado para poner a prueba la capacidad de la gravedad de destruir el comportamiento cuántico: comparando un interferómetro vertical –en el que la superposición pronto debería decoherenciar debido a la deformación del tiempo en una ruta respecto a la otra–, con un interferómetro en horizontal, donde la superposición podría permanecer. Arndt, quien ha probado el efecto en moléculas de hasta 810 átomos, señala que moléculas muy grandes serían buenas para poner a prueba el efecto de la gravedad, ya que contienen una gran cantidad de partículas que generan mucha energía interna. Pero los investigadores deberían lograr eliminar cualquier interacción con el ambiente externo, para reducir otros efectos de decoherencia, y además tendrían que aumentar la separación de las dos rutas desde micrómetros a metros. O como alternativa, utilizar moléculas un millón de veces más masivas. “Ciertamente es muy difícil”, dice Arndt.

Si el efecto de la gravedad limitara el comportamiento cuántico en la Tierra, entonces los experimentos de realidad cuántica para objetos grandes quizás deberán hacerse en el espacio, dice Angelo Bassi, un físico de la Universidad de Trieste en Italia. “Pero desde un punto de vista profundo, fundamental, esto no es nada nuevo”, explica. Un campo gravitatorio no es más que otro entorno para interactuar, así que citarlo no explica si el comportamiento cuántico podría llevar a la realidad clásica en caso de mitigarse la influencia de la gravedad, por ejemplo, realizando el experimento en un espacio sin gravedad.

El efecto descrito por Pikovski y sus colegas tampoco aporta nada sobre la gravedad cuántica (una teoría que uniría la gravedad y la mecánica cuántica en una sola descripción, y en la que muchos investigadores están trabajando). “Es un efecto interesante, pero no deja de ser física cuántica aplicada a la relatividad general clásica. En este sentido, no modifica nuestra imagen del mundo”, añade Bassi.