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La causalidad en la mecánica cuántica plantea uno de los desafíos conceptuales más profundos de la física moderna, porque cuestiona la idea clásica de que todo acontecimiento tiene una causa definida que determina su resultado.
Durante siglos, desde Newton hasta Laplace, la física asumió que el universo era completamente determinista: si conociéramos con precisión absoluta las condiciones iniciales de un sistema y las leyes que lo gobiernan, podríamos predecir su evolución pasada y futura sin margen de error. Esta visión alcanzó su máxima expresión con el llamado demonio de Laplace, una inteligencia hipotética capaz de calcular el futuro del universo a partir de su estado presente.
Sin embargo, la mecánica cuántica, desarrollada en el siglo XX, rompió de manera radical con esta imagen, introduciendo una descripción probabilística de los fenómenos microscópicos que obligó a replantear la noción misma de causalidad.
Uno de los pilares de esta ruptura es el principio de indeterminación formulado por el físico teórico alemán Werner Heisenberg en 1927. Este principio establece que no es posible conocer simultáneamente con precisión arbitraria ciertos pares de magnitudes físicas, como la posición y el momento -el producto de su masa por su velocidad- de una partícula. Esta limitación no se debe a fallos experimentales, sino a la estructura misma de la teoría. La indeterminación implica que no podemos especificar un estado cuántico con el detalle necesario para garantizar una evolución determinista en el sentido clásico.
A esto se suma el carácter probabilístico de la función de onda introducida por Schrödinger, cuya interpretación estadística, defendida por Max Born, afirma que la función de onda no describe trayectorias reales, sino probabilidades de obtener determinados resultados al medir un sistema. Esta transición de la certeza a la probabilidad marcó un cambio profundo en la forma de entender la naturaleza, que parecía esconder un componente de azar intrínseco.
Estas ideas se consolidaron en la interpretación de Copenhague, asociada principalmente a Niels Bohr y Werner Heisenberg. Según esta interpretación, los sistemas cuánticos no poseen valores definidos de sus propiedades antes de ser medidos. Es el acto de medir el que selecciona uno de los posibles resultados descritos por la función de onda.
Heisenberg y Bohr en 1934.
El llamado colapso de la función de onda no está descrito por las ecuaciones dinámicas de la teoría y aparece como un proceso acausal, en el sentido de que no existe una causa física identificable que determine por qué ocurre un resultado concreto y no otro.
Desde esta perspectiva, la causalidad clásica debe abandonarse o limitarse severamente en el dominio cuántico, siendo sustituida por una causalidad estadística que describe el comportamiento de conjuntos de sistemas, pero no de sucesos individuales.
La causalidad clásica debe abandonarse o limitarse severamente en el dominio cuántico, siendo sustituida por una causalidad estadística
Esta renuncia al determinismo fue criticada por Albert Einstein, quien consideraba que la mecánica cuántica era una teoría incompleta. En 1935, junto con Podolsky y Rosen, formuló el famoso argumento EPR, destinado a mostrar que, si la teoría cuántica fuera completa, implicaría efectos no locales incompatibles con la relatividad.
Para Einstein, debía existir una descripción más profunda basada en variables ocultas que restaurara una causalidad objetiva y local. Aunque el argumento EPR no proponía una teoría alternativa concreta, abrió el camino a investigaciones posteriores sobre la compatibilidad entre causalidad, localidad y realismo, planteando la cuestión de si la aparente falta de causas era un límite de nuestro conocimiento o una característica fundamental de la realidad.
Una de las respuestas más elaboradas en favor de una causalidad subyacente es la mecánica bohmiana, desarrollada por David Bohm en la década de 1950. En esta interpretación, las partículas poseen posiciones y trayectorias bien definidas en todo momento, y su evolución está determinada por una ecuación de movimiento guiada por la función de onda, concebida como una onda piloto.
La teoría es completamente determinista y causal, pero introduce una no localidad fundamental: el estado de una partícula puede depender instantáneamente del estado de otras partículas distantes. Así, la causalidad se conserva, aunque al precio de abandonar la localidad clásica. Este modelo demuestra que es posible mantener una visión causal del mundo si se aceptan conexiones espaciales que desafían la intuición cotidiana.
La tensión entre causalidad y localidad alcanzó su formulación más precisa con el teorema de Bell, publicado en 1964. Bell demostró que ninguna teoría de variables ocultas que sea a la vez local y realista puede reproducir todas las predicciones de la mecánica cuántica.
El físico John Bell, en el CERN, en junio de 1982.
Las desigualdades derivadas de su teorema han sido comprobadas experimentalmente en numerosas ocasiones, confirmando las predicciones cuánticas.
Estos resultados no implican necesariamente la ausencia total de causalidad, pero sí muestran que cualquier noción causal compatible con la mecánica cuántica debe ser no local o abandonar alguna de las suposiciones clásicas sobre el realismo. El universo parece estar interconectado de una manera que trasciende las explicaciones basadas únicamente en el contacto físico.
La tensión entre causalidad y localidad alcanzó su formulación más precisa con el teorema de Bell, publicado en 1964
Otro resultado importante es el teorema de Kochen y Specker, que demuestra la imposibilidad de asignar valores predeterminados a todos los observables cuánticos de manera consistente e independiente del contexto experimental. Esto refuerza la idea de que las propiedades cuánticas no existen de forma autónoma, sino que dependen del marco de medición, lo cual dificulta aún más una concepción clásica de la causalidad basada en propiedades bien definidas.
En las últimas décadas han surgido enfoques que buscan reformular la causalidad de manera explícitamente cuántica. Los modelos causales cuánticos, inspirados en las redes causales clásicas, intentan describir relaciones causa-efecto entre sistemas cuánticos utilizando herramientas de la teoría de la información.
El científico Albert Einstein.
Investigadores como Brukner y Chiribella han explorado escenarios en los que el orden causal puede estar en superposición, dando lugar a procesos sin un orden temporal fijo. Esto sugiere que la causalidad podría no ser una estructura fundamental del mundo, sino una propiedad emergente válida solo en ciertos regímenes.
La causalidad podría no ser una estructura fundamental del mundo, sino una propiedad emergente válida solo en ciertos regímenes
Desde una perspectiva filosófica, el debate ha generado múltiples posiciones. Algunos sostienen que la mecánica cuántica no elimina la causalidad, sino que la transforma en una causalidad probabilística. Otros defienden que la noción tradicional de causa pierde su aplicabilidad a nivel fundamental.
También se distingue entre causalidad ontológica, que se refiere a causas reales en la naturaleza, y causalidad epistemológica, que se refiere a cómo nosotros establecemos relaciones causales para comprender los fenómenos.
Esta distinción ayuda a aclarar el debate, pues es posible que la teoría limite nuestra capacidad de identificar causas sin que ello implique que no existan.
En conclusión, la mecánica cuántica no elimina la causalidad, pero la transforma profundamente. Obliga a reconsiderar qué significa que un evento sea causa de otro y muestra que el problema no es solo técnico, sino también conceptual y filosófico.
El debate sigue abierto y combina física fundamental, filosofía de la ciencia y teoría de la información para intentar comprender si la causalidad es una característica básica de la realidad o una estructura emergente de nuestras descripciones del mundo.
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