Descubrir la física cuántica con la película ‘Coherence’ (2013)

En 1923 un cometa pasó rozando la Tierra, y afectó de forma extraña a los habitantes de un pueblo de Finlandia. Varias personas perdieron la noción del tiempo, quedaron confusas y creyeron sufrir alucinaciones. Una mujer, incluso, llamó a la policía para alertarles de que el hombre que estaba en su casa no era su marido. La policía y el hombre le repitieron una y otra vez que sí que se trataba de su marido, pero la mujer insistió en que era imposible, porque ella había matado a su marido la noche anterior. 

Galardonada con el premio a Mejor Guión en el Festival de Sitges, la película ‘Coherence’, del joven director James Ward Byrkit, nos introduce en la reflexión de los mundos paralelos. Una temática que da pie a muchos rompecabezas y que es realmente excitante a la hora de plantear tramas para películas. En realidad, todo lo que tenga que ver con cambios en el espacio-tiempo y con paradojas de la física es fascinante.

La mecánica cuántica detrás de la película

Sin ánimo de llenar el artículo de fórmulas y frases incomprensibles, vamos a intentar encuadrar la película en una serie de ideas básicas que proceden de la mecánica cuántica y que sustentan lo planteado en ‘Coherence’. Podemos mencionar tres principios físicos que hoy en día están más que aceptados por la comunidad científica: el Principio de Superposición (Niels Bohr), el Principio de Incertidumbre (Heisenberg) y el Principio de Decoherencia (Schrödinger).

La función de onda y el Principio de Superposición

Una sencilla premisa física nos lleva al enorme problema mental que se nos propone en la película, y es que se ha demostrado que dos realidades diferentes pueden existir al mismo tiempo. Aunque es una afirmación muy fuerte y quizás deba leerse un par de veces, lo cierto es que es así. Dos realidades diferentes pueden existir al mismo tiempo… al menos a escala subatómica…

Un concepto fundamental de la física cuántica es que la dualidad onda-partícula hace que un electrón, por ejemplo, sea partícula y onda a la vez… hasta que lo observamos. Además, el electrón tiene la capacidad cuántica de estar en dos sitios al mismo tiempo. Lo importante de esta doble realidad es cómo se observa y se mide. Es imposible detectar/medir/ver dos realidades diferentes de un mismo objeto/partícula al mismo tiempo, como veremos más adelante con la coherencia, por ello cada vez que midamos u observemos una partícula veremos únicamente uno de sus estados o localizaciones posibles.

Los estados o localizaciones posibles de una partícula vienen determinados por los valores en la función de onda ψ(x, y, z, t), una función propuesta por Schrödinger y que relaciona una partícula en movimiento con la probabilidad de encontrar a la partícula en el punto (x, y, z) en el instante de tiempo t.

La Superposición de la que nos habla Niels Bohr hace referencia a que, hasta que un observador consciente observa la partícula, ésta se encuentra en todos los estados y lugares posibles, superpuestos. Es decir, en el caso del famoso experimento mental del Gato de Schrödinger, el gato estará muerto y vivo hasta que decidamos abrir la caja y salir de dudas. Hasta ese momento, el gato estará en dos estados superpuestos: vivo y muerto. En la película ‘Coherence’, la casa misteriosa que hay en frente de la vivienda de los protagonistas resulta ser la casa roja una vez han mirado por la ventana, pero hasta que no miran por la ventana, esa casa no es la casa roja… es todas las casas posibles (roja, verde, naranja, amarilla…). Una partícula cuántica no posee únicamente un valor de una cantidad física, sino todos los valores al mismo tiempo: superposición.

En definitiva, según la mecánica cuántica las partículas no tienen un estado determinado con exactitud, sino que se describen a través de una función de onda que combina varios estados (casa roja, casa verde, casa azul, casa naranja…). Esta función de onda nos permite calcular la probabilidad de que una magnitud/propiedad/valor sea tal o cual. Es decir, en la película ‘Coherence’, cada vez que atraviesan la calle para llegar a una nueva casa hay ciertas probabilidades de que lleguen a la casa roja, a la casa verde… etc. Si los protagonistas hubieran calculado funciones de onda (y si la mecánica cuántica se cumpliera al 100% en el mundo macroscópico) podrían haberse acercado a saber a qué casa se estaban dirigiendo en cada momento.

Algunos científicos consideraron que la física no podía basarse ni explicarse mediante el azar o la probabilidad. Einstein creía que la mecánica cuántica era sólo una aproximación a una teoría más general exenta de aleatoriedad, por eso rechazó las ideas de Schrödinger afirmando que «Dios no juega a los dados». Sin embargo, aunque el propio Einstein no pudiera creerlo, el mundo de la mecánica cuántica revela que la Naturaleza no es tan simple como se creía. Si hasta el momento cualquier resultado en física había consistido en un dato preciso, a partir de la introducción de la física cuántica había que tener en cuenta el azar.

La teoría cuántica es complicada porque no predice valores concretos ni definitivos para propiedades físicas, sino que predice probabilidades. En el mundo cuántico cualquier partícula lleva en sí todos sus posibles valores físicos al mismo tiempo, en superposición, hasta que es medida.

El Principio de Incertidumbre

La comunidad científica ya ha aceptado que las características físicas de una partícula están determinadas por una función de onda que indica la probabilidad de que ciertas magnitudes/características/propiedades tomen un valor u otro. Es decir, hasta el momento en el que se mida esa magnitud/característica/propiedad física no sabremos las características de la partícula en cuestión. Al realizar la observación/medición, la función de onda nos da un único valor (el que medimos), y que determina el estado, la posición o la trayectoria de la partícula.

Pero el mismo acto de medir o de observar altera los resultados que obtenemos. Heisenberg concluyó que no es posible conocer a la vez la posición y la trayectoria de una partícula, ya que para medir cualquier partícula es necesaria luz para verla, y la luz afecta a la partícula, golpeándola y desviando su trayectoria. El Principio de Incertidumbre de Heisenberg se basa en que no es posible conocer en cada observación más que un número limitado de características/magnitudes/propiedades de las partículas, dado que la propia medición de algunas propiedades/características/magnitudes nos oculta lo referente a las demás.

Es decir, nunca sabremos el estado real de una partícula hasta que la observemos. Y cuando la observemos ese estado previo se alterará por el mero hecho de la observación. Una incertidumbre que abre muchos interrogantes en el camino hacia la búsqueda de la verdadera realidad de las cosas.

El Principio de Decoherencia cuántica

Basándonos en lo aprendido anteriormente, llegamos al punto en el que nos toca abrir la caja del gato de Schrödinger. Esa famosa caja en la que hay un gato que puede estar vivo o muerto, algo que sólo podremos saber al abrir la caja. Hasta que lo hagamos, la superposición hará que el gato esté vivo y muerto al mismo tiempo. Su estado será vivo-muerto. Algo evidentemente imposible físicamente.

Si antes decíamos que nuestro acto de mirar fuerza la decisión de la Naturaleza, debemos recordar que la Naturaleza es, ante todo, coherente. Nunca encontraremos por la calle un gato que esté muerto y vivo a la vez. Eso es imposible. Aquí es donde entra la decoherencia cuántica, que viene a ser el principio por el cual un sistema físico que tiene efectos cuánticos pasa a mostrar un comportamiento típicamente físico, comprensible y entendible para el ser humano. La decoherencia aparece al abrir la caja del gato, o al mirar por la ventana de la casa en ‘Coherence’. Se puede entender como el paso del estado potencial (física cuántica) al estado «real» (física normal). Es decir, el paso del estado cuántico (todos los estados posibles, con distinta probabilidad) al estado observado.

Es complicado de comprender, como en general toda la mecánica cuántica, y hay incluso quienes aseguran que la decoherencia produce una realidad múltiple, ya que todos los posibles estados acaban por producirse. Así surge la teoría de los universos múltiples, que viene a decirnos que el gato de Schrödinger vive en una caja, en una realidad, en un universo, pero que al mismo tiempo ha muerto en otra caja, abierta en otra realidad, en otro universo paralelo. En la película ‘Coherence’ podemos acabar entendiendo que cada casa, cada realidad, cada grupo de amigos, existe al mismo tiempo en universos diferentes. Algo tan fascinante como inquietante…