I lúltim capítol en aquesta discussió de la no separabilitat de sistemes correlacionats, on el tot és més que la suma de les parts, està encara per escriure. O millor, està escrivint-se: és la nova teoria quàntica de la informació. Lús destats quàntics entrellaçats no separables per a tecnologies de la informació i les comunicacions, ara en els seus balbuceigs, pot obrir desenvolupaments revolucionaris en criptografia, teleportació i computació quàntiques que no es podien imaginar fa tan sols uns quants anys... De la filosofia a la física, de la física a la tecnologia!
És la mecànica quàntica una teoria objectiva? És realista? La primera qüestió és, en part, pròpia de la física, mentre que la segona entra de ple en la filosofia. Segons Kant, diem que alguna cosa és objectiva si existeix fora de la ment humana, és a dir, com un objecte independent de la ment. La qüestió de lobjectivitat en mecànica quàntica prové sobretot del problema del col·lapse de lestat quàntic com a producte de la mesura. Avui es pot dir que la interpretació subjectiva daquest col·lapse no és obligatòria i que existeixen interpretacions objectives que semblen plenament consistents. No és clar, però, que aquesta interpretació objectiva siga única; no obstant, almenys ens permet donar una resposta positiva a la primera pregunta. Quan sespecifica una propietat o sarriba a una conclusió, la teoria quàntica només fa ús de fets ben establerts. La teoria no fa referència a cap cosa que tinga a veure amb la ment humana.
La definició de realisme no és tan clara, i lautor daquest llibre assenyala acuradament que la realitat quàntica presenta dèficits ontològics. Parlar de realisme suposa una postura filosòfica, i no és clar que tot el món estiga dacord en què vol dir que alguna cosa és real. És el contingut de les matemàtiques real i no merament un producte del raonament humà? A pesar de les dificultats que té definir el concepte de realisme, és clar que la mecànica quàntica hi imposa limitacions. En la discussió dEinstein, Podolsky i Rosen podem canviar les propietats dun sistema físic a través duna acció que es fa molt lluny sobre un altre sistema i recordem que es fa quan els dos sistemes ja no interaccionen. És fins i tot probable que la ciència no tinga per missió dir què és la natura, sinó donar una representació de la realitat natural. La construcció de la ciència és associada a la filosofia en tant que parlem duna teoria del coneixement capaç de descriure la natura. És cert que hi ha altres representacions de la realitat, com la religió, la filosofia o lart. Però hi ha un aspecte distintiu, el mètode científic, que va permetre separar la ciència de la filosofia natural. No és tampoc evident establir tots els detalls daquesta metodologia, però la comunitat científica potser estaria dacord a dir que: a) la realitat ha de ser explorada per lexperiment i establir fets, classificar propietats i trobar regularitats; b) cal trobar un esquema conceptual capaç denglobar tots els fets coneguts i ordenar-los; c) lesquema ha de predir nous fenòmens que són descrits de manera definida; d) les prediccions han de ser sotmeses a verificació experimental. Els apartats a i d, és a dir, els experiments, pertanyen a la pura realitat. Per contra, b i c, és a dir, la teoria, són probablement representacions de la realitat. En el cas de la mecànica quàntica, lacord impressionant entre teoria i experiment diu que, probablement, la representació de la realitat proporcionada per la teoria és, potser, la més pròxima imaginable a la realitat de la natura. Com hem vist, hi ha limitacions per a establir descripcions ben definides dun sistema quàntic correlacionat i, per tant, la natura no segueix el camí dun filòsof realista extrem. La situació oposada al realisme és el positivisme, on la clau del coneixement és lacord entre les consciències humanes. No sé si el fet que la mecànica quàntica continga alguns components de positivisme és el que ha mogut lautor a invertir el problema i pretendre arribar a la consciència humana a partir de la mecànica quàntica. És aquest un pas endavant que serà interessant seguir. Alguns deixebles de Niels Bohr van argüir, en les albors de la teoria quàntica, la possibilitat dexplicar el lliure albir com a conseqüència de la realitat quàntica. Però han hagut desenvolupaments tan importants en temps recents sobre la fonamentació de la mecànica quàntica que fins i tot propostes antigues apareixen avui amb una nova força.
Parlant de la realitat de la natura, el llibre també discuteix els avanços recents de la cosmologia. Fins al segle XX, la descripció de lUnivers com un tot pertanyia als dominis de la religió o de la filosofia. El descobriment, en la dècada de 1920, del desplaçament al roig de la llum emesa per les galàxies i, en conseqüència, de lexpansió de lUnivers, va iniciar lentrada de la cosmologia com a disciplina científica en disposar, a més a més, de la relativitat general dEinstein per a descriure lespai-temps. Però només en temps recents ha deixat de ser un parent pobre de la família de la ciència fonamental, caracteritzat per les paraules de Landau: «sempre errant, però no mai dubtant». Potser, avui, la cosmologia és la ciència més interessant, plena de misteris, problemes no resolts, fenòmens no albirats, etc. Molts són els factors que han contribuït a aquest canvi radical, i magradaria comentar-ne dos: 1) el desenvolupament de nous mètodes teòrics, presos de la física de partícules, en la descripció de lUnivers primordial; 2) les noves tècniques i dispositius observacionals que van, més enllà dels telescopis òptics convencionals, a la radiació electromagnètica de totes les longituds dona, a les ones gravitacionals, als neutrinos, als raigs còsmics de molt alta energia, etc. En contra de largument que diu que la gravitació atractiva hauria destar frenant-ne lexpansió, les últimes mesures sobre lexpansió de lUnivers ens diuen que la velocitat dexpansió està accelerant-se. Quin és lorigen de lenergia fosca responsable daquesta acceleració? En el moment actual estem en plena revolució cosmològica, i lautor del llibre prepara el camí per especular sobre les raons de lorigen de lUnivers, que en els primers 1045 segons després del Big Bang va estar regit per les lleis de la gravitació quàntica, encara desconegudes avui en la física fonamental. De lUnivers primordial tenim informació directa a través dels fòssils que ens han quedat daquella època: la radiació de fons de microones present a tot arreu i la proporció de nuclis atòmics lleugers sintetitzats en lèpoca del Big Bang.
Quan lUnivers, en lexpansió i en el refredament, va arribar a temperatures tan baixes que els electrons ja no podien escapar de la seua atracció elèctrica amb els protons, làtom dhidrogen va ser format. Al mateix temps, la radiació electromagnètica es va desacoblar de la matèria pel fet que aquesta era neutra i va quedar per al futur com una radiació de fons. Aquest desacoblament va ocórrer 300.000 anys després del Big Bang, i la radiació, que conté informació detallada daquella època, és estudiada avui després de 14.000 milions danys. La mesura de les petites anisotropies de la radiació de fons permet obtenir els paràmetres cosmològics responsables de levolució de lUnivers amb molta precisió. A més duna energia fosca que representa el 73 % del total, hi ha una matèria fosca també desconeguda que en representa el 23 %, i així queda tan sols una proporció del 4 % de matèria agregada del tipus conegut però, en gran part, encara no observada directament. El contingut total de matèria-energia proporciona una densitat crítica que prediu un Univers sense curvatura espacial.
Parlant de la realitat de la natura, el llibre també discuteix els avanços recents de la cosmologia. Fins al segle XX, la descripció de lUnivers com un tot pertanyia als dominis de la religió o de la filosofia. El descobriment, en la dècada de 1920, del desplaçament al roig de la llum emesa per les galàxies i, en conseqüència, de lexpansió de lUnivers, va iniciar lentrada de la cosmologia com a disciplina científica en disposar, a més a més, de la relativitat general dEinstein per a descriure lespai-temps. Però només en temps recents ha deixat de ser un parent pobre de la família de la ciència fonamental, caracteritzat per les paraules de Landau: «sempre errant, però no mai dubtant». Potser, avui, la cosmologia és la ciència més interessant, plena de misteris, problemes no resolts, fenòmens no albirats, etc. Molts són els factors que han contribuït a aquest canvi radical, i magradaria comentar-ne dos: 1) el desenvolupament de nous mètodes teòrics, presos de la física de partícules, en la descripció de lUnivers primordial; 2) les noves tècniques i dispositius observacionals que van, més enllà dels telescopis òptics convencionals, a la radiació electromagnètica de totes les longituds dona, a les ones gravitacionals, als neutrinos, als raigs còsmics de molt alta energia, etc. En contra de largument que diu que la gravitació atractiva hauria destar frenant-ne lexpansió, les últimes mesures sobre lexpansió de lUnivers ens diuen que la velocitat dexpansió està accelerant-se. Quin és lorigen de lenergia fosca responsable daquesta acceleració? En el moment actual estem en plena revolució cosmològica, i lautor del llibre prepara el camí per especular sobre les raons de lorigen de lUnivers, que en els primers 1045 segons després del Big Bang va estar regit per les lleis de la gravitació quàntica, encara desconegudes avui en la física fonamental. De lUnivers primordial tenim informació directa a través dels fòssils que ens han quedat daquella època: la radiació de fons de microones present a tot arreu i la proporció de nuclis atòmics lleugers sintetitzats en lèpoca del Big Bang.
Quan lUnivers, en lexpansió i en el refredament, va arribar a temperatures tan baixes que els electrons ja no podien escapar de la seua atracció elèctrica amb els protons, làtom dhidrogen va ser format. Al mateix temps, la radiació electromagnètica es va desacoblar de la matèria pel fet que aquesta era neutra i va quedar per al futur com una radiació de fons. Aquest desacoblament va ocórrer 300.000 anys després del Big Bang, i la radiació, que conté informació detallada daquella època, és estudiada avui després de 14.000 milions danys. La mesura de les petites anisotropies de la radiació de fons permet obtenir els paràmetres cosmològics responsables de levolució de lUnivers amb molta precisió. A més duna energia fosca que representa el 73 % del total, hi ha una matèria fosca també desconeguda que en representa el 23 %, i així queda tan sols una proporció del 4 % de matèria agregada del tipus conegut però, en gran part, encara no observada directament. El contingut total de matèria-energia proporciona una densitat crítica que prediu un Univers sense curvatura espacial.
Retrocedint en el temps, quan la temperatura de lUnivers donà als protons i neutrons energies típicament nuclears és a dir, dels nuclis atòmics, amb valors cent mil vegades més grans que les energies atòmiques, es van poder sintetitzar els nuclis lleugers. La presència avui daquests nuclis en lUnivers és un fòssil daquella època: la síntesi de nuclis lleugers només ve de lUnivers primitiu, quan aquest tenia un segon de vida. Contràriament al cas dels nuclis lleugers, els nuclis mitjans se sintetitzen avui a partir dels lleugers per reaccions de fusió nuclear en els estels, i els nuclis pesants, en els mecanismes de col·lapse i explosió de supernoves.
De les èpoques anteriors a un segon de vida es pot inferir informació sobre lUnivers a partir defectes molt subtils en les fluctuacions de temperatura que sobserven avui en la radiació de fons, però, sobretot, a partir de la física de partícules elementals desenvolupada en la segona meitat del segle XX. A 105 segons va tenir lloc una transició de fase en què els quarks de la matèria fonamental van quedar confinats en els hadrons, particularment protons i neutrons. La temperatura era encara suficientment alta per a mantenir una situació dequilibri dinàmic entre protons i neutrons a través del procés dinteracció feble
Pròxima a lèpoca de la nucleosíntesi (~ 1 segon), aquest equilibri es va trencar, i els neutrons, o bé es van desintegrar o bé van formar part dels nuclis lleugers. Els neutrinos, que només tenen interaccions febles, es van desacoblar, i han quedat com una altra radiació de fons, aquesta de neutrinos. La detecció daquests és molt més difícil que la de microones abans comentada, i qui trobe un mètode apropiat per a descobrir-la i estudiar-la, té garantit el premi Nobel. Retrocedint més en el temps, la física de partícules elementals ens diu que, als 1011 segons després del Big Bang, es va produir una altra transició de fase, aquesta electrofeble, en què la simetria de la interacció unificada es va trencar, els mediadors febles van desaparéixer i només van quedar, a més de les partícules de matèria, quarks i leptons, els fotons com a mediadors de la interacció electromagnètica. Del temps anterior als 1011 segons no tenim encara informació a partir de la física de partícules; el nou projecte del CERN, amb la construcció de laccelerador LCH, sendinsarà en aquesta regió. Hi ha moltes propostes teòriques per a omplir la regió entre els 1011 segons i els 1045 segons de la gravetat quàntica, però manquen de verificació experimental. Pensem que, en termes denergia, aquest interval arriba fins a una energia 100.000 bilions milions de milions de vegades més gran que lenergia avui explorada en la física de partícules. El professor Lapiedra utilitza la descripció de la realitat proporcionada per la mecànica quàntica per exposar mecanismes possibles sobre lorigen de lUnivers i els seus primers instants del Big Bang.
Bé, ha arribat el moment en què jo deixe de parlar i li passe el testimoni al professor Lapiedra. Com el lector comprovarà, el llibre representa un esforç considerable de lautor per comunicar els conceptes quàntics en un nivell interpretatiu; però com deia abans també ha de ser considerat un assaig de teoria del coneixement; és a dir, daquest pont entre la filosofia i la ciència que aborda com la mecànica quàntica afecta les nocions dobjectivitat i realitat en la natura, la consciència humana, el lliure albir i, a més a més, lorigen de lUnivers. Gràcies, Ramon, per aquesta peça de reflexió epistemològica i enhorabona! I, al lector, li desitge que gaudisca, pensant i raonant, del contingut del llibre com jo nhe gaudit.
JOSEP BERNABEU ALBEROLA
Universitat de València
València, juliol de 2003
1. La potencia negativa de 10 significa un nombre decimal on es troba un 1 en la posició indicada per lexponent. Per exemple: 101=0,1; 102=0,01; etc.
Nota de lautor a aquesta edició