La interpretación de Penrose es una especulación de Roger Penrose sobre la relación entre la mecánica cuántica y la relatividad general . Penrose propone que un estado cuántico permanece en superposición hasta que la diferencia de curvatura del espacio-tiempo alcanza un nivel significativo. [1] [2] [3]
La idea de Penrose está inspirada en la gravedad cuántica porque utiliza tanto las constantes físicas como las . Es una alternativa a la interpretación de Copenhague , que postula que la superposición falla cuando se realiza una observación (pero que no es objetiva por naturaleza), y a la interpretación de los múltiples mundos , que afirma que los resultados alternativos de una superposición son igualmente "reales", mientras que su decoherencia mutua impide interacciones observables posteriores.
La idea de Penrose es un tipo de teoría del colapso objetivo . Para estas teorías, la función de onda es una onda física, que experimenta el colapso de la función de onda como un proceso físico, en el que los observadores no tienen ningún papel especial. Penrose teoriza que la función de onda no puede mantenerse en superposición más allá de una cierta diferencia de energía entre los estados cuánticos. Da un valor aproximado para esta diferencia: una masa de materia equivalente a la de Planck, que llama el "nivel de 'un gravitón'". [1] Luego plantea la hipótesis de que esta diferencia de energía hace que la función de onda colapse en un solo estado, con una probabilidad basada en su amplitud en la función de onda original, un procedimiento derivado de la mecánica cuántica estándar . El criterio del "nivel de 'un gravitón'" de Penrose forma la base de su predicción, proporcionando un criterio objetivo para el colapso de la función de onda. [1] A pesar de las dificultades de especificar esto de manera rigurosa, propone que los estados base en los que tiene lugar el colapso se describen matemáticamente mediante las soluciones estacionarias de la ecuación de Schrödinger-Newton . [4] [5] Trabajos teóricos recientes indican una interrelación cada vez más profunda entre la mecánica cuántica y la gravitación. [6] [7]
Aceptando que las funciones de onda son físicamente reales, Penrose cree que la materia puede existir en más de un lugar a la vez. En su opinión, un sistema macroscópico, como un ser humano, no puede existir en más de un lugar durante un tiempo medible, ya que la diferencia de energía correspondiente es muy grande. Un sistema microscópico, como un electrón , puede existir en más de un lugar durante un tiempo significativamente más largo (miles de años), hasta que su separación de curvatura espacio-temporal alcance el umbral de colapso. [8] [9]
En la teoría de Einstein , cualquier objeto que tenga masa provoca una deformación en la estructura del espacio y el tiempo que lo rodea. Esta deformación produce el efecto que experimentamos como gravedad. Penrose señala que los objetos diminutos, como las motas de polvo, los átomos y los electrones, también producen deformaciones del espacio-tiempo. La mayoría de los físicos se equivocan al ignorar estas deformaciones. Si una mota de polvo está en dos lugares al mismo tiempo, cada uno debería crear sus propias distorsiones en el espacio-tiempo, lo que daría lugar a dos campos gravitatorios superpuestos. Según la teoría de Penrose, se necesita energía para mantener estos campos duales. La estabilidad de un sistema depende de la cantidad de energía involucrada: cuanto mayor sea la energía necesaria para mantener un sistema, menos estable será. Con el tiempo, un sistema inestable tiende a volver a su estado más simple, de menor energía: en este caso, un objeto en un lugar produce un campo gravitatorio. Si Penrose tiene razón, la gravedad empuja a los objetos a un solo lugar, sin necesidad de invocar observadores o universos paralelos. [2]
Penrose especula que la transición entre los estados macroscópicos y cuánticos comienza a escala de partículas de polvo (cuya masa es cercana a una masa de Planck ). Ha propuesto un experimento para probar esta teoría, llamado FELIX ( experimento de órbita libre con rayos X por interferometría láser ), en el que un láser de rayos X en el espacio se dirige hacia un espejo diminuto y se fisiona mediante un divisor de haz a decenas de miles de millas de distancia, con lo que los fotones se dirigen hacia otros espejos y se reflejan de vuelta. Un fotón golpeará el espejo diminuto mientras se mueve hacia otro espejo y moverá el espejo diminuto de regreso al regresar, y según las teorías cuánticas convencionales, el espejo diminuto puede existir en superposición durante un período de tiempo significativo. Esto evitaría que los fotones alcancen el detector. Si la hipótesis de Penrose es correcta, la superposición del espejo colapsará a una ubicación en aproximadamente un segundo, lo que permitirá que la mitad de los fotones alcancen el detector. [2]
Sin embargo, debido a que este experimento sería difícil de organizar, se ha propuesto una versión de sobremesa que utiliza cavidades ópticas para atrapar los fotones durante el tiempo suficiente para lograr el retraso deseado. [10]
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