Universo, vida, conciencia

de Andrei Linde

Gran Nebulosa en Carina por Terry Robinson

extracto de Andrei Linde, Cosmología cuántica y la naturaleza de la conciencia , sección 9:

Si la mecánica cuántica es cierta, entonces se puede intentar encontrar la función de onda del universo. Esto nos permitiría saber qué eventos son probables y cuáles no. Sin embargo, esto a menudo genera problemas de interpretación. Por ejemplo, en el nivel clásico se puede hablar de la edad del universo t. Sin embargo, la esencia de la ecuación de Wheeler-DeWitt, que es la ecuación de

Schrodinger para la función de onda del universo, es que esta función de onda no depende del tiempo, ya que el hamiltoniano total del universo, incluido el hamiltoniano del campo gravitacional, desaparece de forma idéntica. Este resultado lo obtuvo en 1967 el “padre” de la cosmología cuántica, Bryce DeWitt. Por lo tanto, si uno quisiera describir la evolución del universo con la ayuda de su función de onda, estaría en problemas: el universo no cambia con el tiempo, es inmortal y está muerto.

La resolución de esta paradoja es bastante instructiva. La noción de evolución no es aplicable al universo en su conjunto ya que no hay ningún observador externo con respecto al universo, y tampoco hay ningún reloj externo que no pertenezca al universo. Sin embargo, en realidad no nos preguntamos por qué el universo en su conjunto está evolucionando tal como lo vemos. Simplemente estamos tratando de comprender nuestros propios datos experimentales. Por tanto, una pregunta formulada con mayor precisión es por qué vemos que el universo evoluciona en el tiempo de una manera determinada. Para responder a esta pregunta, primero hay que dividir el universo en dos partes principales: un observador con su reloj y otros aparatos de medición y el resto del universo. Entonces se puede demostrar que la función de onda del resto del universo depende del estado del reloj del observador, es decir, de su “tiempo”. Esta dependencia del tiempo es en cierto sentido "objetiva", lo que significa que los resultados obtenidos por diferentes observadores (macroscópicos) que viven en el mismo estado cuántico del universo y utilizan aparatos de medición (macroscópicos) suficientemente buenos concuerdan entre sí.

Así vemos que mediante una investigación de la función de onda del universo en su conjunto a veces se obtiene información que no tiene relevancia directa con los datos observacionales, por ejemplo, que el universo no evoluciona en el tiempo. Para describir el universo tal como lo vemos, uno debería dividirlo en varias partes macroscópicas y calcular una probabilidad condicional de observarlo en un estado dado bajo la condición obvia de que el observador y su aparato de medición existan. Sin la introducción de un observador, tenemos un universo muerto, que no evoluciona en el tiempo. ¿Significa esto que un observador es al mismo tiempo un creador?

Conocemos este problema desde hace más de 30 años, pero era fácil ignorarlo. De hecho, sabemos que el universo es enorme y que la mecánica cuántica sólo es importante para la descripción de objetos extremadamente pequeños, como las partículas elementales. Por lo tanto, a todos los efectos prácticos, uno podría olvidarse de las sutilezas de la mecánica cuántica aplicada al universo: en primer lugar, no había una necesidad real de aplicar la mecánica cuántica al universo.

Sin embargo, en el contexto de la cosmología inflacionaria la situación es completamente diferente. De hecho, ahora creemos que las galaxias surgieron como resultado de pequeñas fluctuaciones cuánticas producidas durante la inflación. El universo mismo podría originarse a partir de menos de un miligramo de materia comprimida a un tamaño miles de millones de veces menor que el tamaño de un electrón. Sus diferentes partes se formaron durante el proceso mecánico cuántico de autorreproducción del universo. Se puede considerar nuestra parte del universo como una fluctuación cuántica de vida extremadamente prolongada. En tal situación, los problemas de interpretación de la mecánica cuántica se vuelven absolutamente esenciales para el futuro progreso de la cosmología.

Recordemos la famosa paradoja del gato de Schrodinger. Supongamos que tenemos un gato en una caja y su estado (vivo o muerto) depende del azar de la mecánica cuántica. Según la interpretación de Copenhague de la mecánica cuántica, el gato no está ni muerto ni vivo hasta que uno abre la jaula, observa al gato y mediante esta observación reduce su función de onda a la función de onda de un gato vivo o muerto. No tiene ningún sentido preguntar si el gato estaba realmente muerto o realmente vivo antes de abrir la jaula.

Esto suena a broma. El sentido común nos dice que el gato es real y que puede estar vivo o muerto, pero no puede estar medio muerto. Estamos contentos de que la mecánica cuántica nos ayude a fabricar una bomba atómica y un reproductor de CD, pero no queremos perder mucho tiempo pensando en problemas de interpretación de la mecánica cuántica, siempre y cuando podamos simplemente usar las reglas y obtener la respuesta correcta. Así que ignoremos esta paradoja; ¿A quién le importa este gato de todos modos?

Pero después de la invención de la teoría inflacionaria debemos pensar en el universo descrito por la mecánica cuántica. Esta es una cuestión puramente profesional. Supongamos que alguien te pregunta cómo se comportó el universo un milisegundo después del Big Bang. Según la mecánica cuántica, ésta es una pregunta equivocada. La realidad está en el ojo de un observador, y no había observadores en el universo primitivo. Por supuesto, realmente no necesitamos saber una respuesta exacta. Sólo necesitamos conocer un conjunto de posibles historias del universo, tomar un subconjunto de estas historias consistente con nuestras observaciones presentes y usarlo para predecir el futuro. Esto es bastante satisfactorio desde un punto de vista puramente pragmático, siempre y cuando se reconozcan las limitaciones de la ciencia y no se hagan demasiadas preguntas. Si no nos importa el gato, en realidad no nos importa el universo. Pero entonces realmente no nos importa la realidad de la materia...

Este ejemplo demuestra el papel inusualmente importante que desempeña el concepto de observador en la cosmología cuántica. La mayoría de las veces, cuando se habla de cosmología cuántica, uno puede permanecer enteramente dentro de los límites establecidos por categorías puramente físicas, considerando al observador simplemente como un autómata y sin abordar cuestiones sobre si tiene conciencia o siente algo durante el proceso de observación. Esta limitación es inofensiva para muchos propósitos prácticos. Pero no podemos descartar a priori la posibilidad de que evitar cuidadosamente el concepto de conciencia en la cosmología cuántica constituya un estrechamiento artificial de la propia perspectiva. Varios autores han subrayado la complejidad de la situación, reemplazando la palabra observador por la palabra {participante} e introduciendo términos como "universo autoobservador". De hecho, la pregunta puede reducirse a si la teoría física estándar es en realidad un sistema cerrado con respecto a su descripción del universo como un todo a nivel cuántico: ¿es realmente posible comprender completamente qué es el universo sin comprender primero qué es la vida? ¿es?

Recordemos un ejemplo de la historia de la ciencia, que puede resultar bastante instructivo a este respecto. Antes del advenimiento de la teoría especial de la relatividad, el espacio, el tiempo y la materia parecían ser tres entidades fundamentalmente diferentes. Se pensaba que el espacio era una especie de cuadrícula de coordenadas tridimensional que, complementada con relojes, podía usarse para describir el movimiento de la materia. La relatividad especial combinó el espacio y el tiempo en un todo unificado. Pero el espacio-tiempo siguió siendo una especie de escenario fijo en el que las propiedades de la materia se manifestaban. Como antes, el espacio en sí no poseía grados intrínsecos de libertad y continuó desempeñando un papel secundario y subordinado como herramienta para la descripción del mundo material verdaderamente sustancial.

La teoría general de la relatividad trajo consigo un cambio decisivo en este punto de vista. Se descubrió que el espacio-tiempo y la materia eran interdependientes y ya no había dudas sobre cuál era el más fundamental de los dos. También se descubrió que el espacio-tiempo tiene sus propios grados de libertad inherentes, asociados con perturbaciones de la métrica: las ondas gravitacionales. Así, el espacio puede existir y cambiar con el tiempo en ausencia de electrones, protones, fotones, etc.; en otras palabras, en ausencia de cualquier cosa que previamente (es decir, antes de la relatividad general) hubiera sido subsumida por el término materia.

Finalmente, una tendencia más reciente ha sido hacia una teoría geométrica unificada de todas las interacciones fundamentales, incluida la gravitación. Antes de finales de los años 1970, tal programa parecía irrealizable; Se demostraron rigurosos teoremas sobre la imposibilidad de unificar las simetrías espaciales con las simetrías internas de la teoría de partículas elementales. Afortunadamente, estos teoremas fueron eludidos tras el descubrimiento de las teorías supersimétricas. En estas teorías, todas las partículas pueden interpretarse en términos de las propiedades geométricas de un superespacio multidimensional. El espacio deja de ser simplemente un complemento matemático necesario para la descripción del mundo real y, en cambio, adquiere un significado cada vez mayor e independiente, abarcando gradualmente todas las partículas materiales bajo la apariencia de sus propios grados intrínsecos de libertad. En esta imagen, en lugar de utilizar el espacio para describir lo único real, la materia, utilizamos la noción de materia para simplificar la descripción del superespacio. Este cambio en la imagen del mundo es quizás una de las consecuencias más profundas (y menos conocidas) de la física moderna.

Pasemos ahora a la conciencia. Según la doctrina materialista estándar, la conciencia, al igual que el espacio-tiempo antes de la invención de la relatividad general, desempeña un papel secundario y subordinado, considerándose simplemente una función de la materia y una herramienta para la descripción del mundo material verdaderamente existente. Pero recordemos que nuestro conocimiento del mundo comienza no con la materia sino con las percepciones. Estoy seguro de que mi dolor existe, mi “verde” existe y mi “dulce” existe. No necesito ninguna prueba de su existencia, porque estos acontecimientos son parte de mí; todo lo demás es una teoría. Más tarde descubrimos que nuestras percepciones obedecen a algunas leyes, que pueden formularse más convenientemente si asumimos que hay alguna realidad subyacente más allá de nuestras percepciones. Este modelo de mundo material que obedece a las leyes de la física tiene tanto éxito que pronto nos olvidamos de nuestro punto de partida y decimos que la materia es la única realidad y las percepciones sólo sirven para describirla. Esta suposición es casi tan natural (y tal vez tan falsa) como nuestra suposición anterior de que el espacio es sólo una herramienta matemática para la descripción de la materia. Pero en realidad estamos sustituyendo la realidad de nuestros sentimientos por una teoría que funciona con éxito de un mundo material que existe independientemente. Y la teoría tiene tanto éxito que casi nunca pensamos en sus limitaciones hasta que debemos abordar algunas cuestiones realmente profundas, que no encajan en nuestro modelo de realidad.

Es ciertamente posible que nada parecido a la modificación y generalización del concepto de espacio-tiempo ocurra con el concepto de conciencia en las próximas décadas. Pero el impulso de la investigación en cosmología cuántica nos ha enseñado que el mero planteamiento de un problema que a primera vista podría parecer enteramente metafísico, a veces, tras una mayor reflexión, puede adquirir un significado real y volverse muy significativo para el futuro desarrollo de la ciencia. Nos gustaría correr cierto riesgo y formular varias preguntas para las que aún no tenemos respuesta.

¿No es posible que la conciencia, como el espacio-tiempo, tenga sus propios grados intrínsecos de libertad, y que descuidarlos conduzca a una descripción del universo que sea fundamentalmente incompleta? ¿Qué pasaría si nuestras percepciones fueran tan reales (o tal vez, en cierto sentido, incluso más reales) que los objetos materiales? ¿Qué pasa si mi rojo, mi azul, mi dolor, son objetos realmente existentes, no meros reflejos del mundo material realmente existente? ¿Es posible introducir un “espacio de elementos de la conciencia” e investigar la posibilidad de que la conciencia pueda existir por sí misma, incluso en ausencia de materia, al igual que las ondas gravitacionales, las excitaciones del espacio, pueden existir en ausencia de protones y electrones? ? ¿No resultará, con el mayor desarrollo de la ciencia, que el estudio del universo y el estudio de la conciencia estarán inseparablemente vinculados, y que el progreso último en uno será imposible sin el progreso en el otro? Después del desarrollo de una descripción geométrica unificada de las interacciones débiles, fuertes, electromagnéticas y gravitacionales, ¿no será el siguiente paso importante el desarrollo de un enfoque unificado para todo nuestro mundo, incluido el mundo de la conciencia?

Todas estas preguntas pueden parecer algo ingenuas, pero cada vez resulta más difícil investigar la cosmología cuántica sin intentar responderlas. Hace unos años parecía igualmente ingenuo preguntar por qué hay tantas cosas diferentes en el universo, por qué nadie ha visto nunca líneas paralelas que se cruzan, por qué el universo es casi homogéneo y se ve aproximadamente igual en diferentes lugares, por qué el espacio-tiempo tiene cuatro -dimensional, etc. Ahora, cuando la cosmología inflacionaria proporcionó una posible respuesta a estas preguntas, uno sólo puede sorprenderse de que antes de la década de 1980, a veces se considerara de mala educación incluso discutirlas.

Probablemente sería mejor entonces no repetir viejos errores, sino reconocer abiertamente que el problema de la conciencia y el problema relacionado de la vida y la muerte humanas no sólo no están resueltos, sino que, en un nivel fundamental, prácticamente no han sido examinados en absoluto. Es tentador buscar conexiones y analogías de algún tipo, incluso si al principio son superficiales y superficiales, al estudiar otro gran problema: el del nacimiento, la vida y la muerte del universo. Es posible que en el futuro quede claro que estos dos problemas no son tan dispares como podrían parecer.

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