El sentit quàntic IV: Per què?

Un científic de CSIRO examina un bloc de formigó a la Divisió de Recerca d’Edificació CSIRO de Melbourne | CSIRO | CC BY 3.0

Tardor. Amb la quarta estació de l’any arriba l’última entrega d’«El sentit quàntic». L’hivern passat, en rebre l’any nou, vam proposar d’esmolar el sentit de l’humor a la recerca d’un nou sentit, i ens vam preparar per entendre la física quàntica com aquell que es disposa a llegir un llibre de Chesterton: sabent que hi haurà un ordre ric i desconcertant que sorgirà del no res, vingut per quedar-s’hi. A la primavera, amb la vigoria de la saba i de la sang, ens vam atrevir a retòrcer el sentit en cercles viciosos i paradoxes. Amb la maduresa de l’estiu, recuperada la simpatia per allò clar i manejable, vam convidar-vos a replantejar els fenòmens quàntics en termes del concepte d’informació, aclarint-ne el sentit de manera significativa. La tardor és moment de recolliment, de reflexió i de descens a les profunditats.

Si ens imaginem les paraules com estanys d’aigua subterrània, amb les fonts fresques de què bevem i els rius freàtics que les comuniquen, en profunditats diferents de l’estany «sentit» hi neden peixos ­­–n’hi ha de vells, lents i feixucs, n’hi ha d’altres més menuts, ràpids i àgils­– que també es passegen pels estanys «percepció», «observador», «realitat», «norma», «direcció», «flux», «perquè». De tots, crec que podem dir que el més fonamental, el d’aigües més tranquil·les, és l’estany «perquè».

El «perquè», la relació entre la causa i l’efecte, sembla (si bé tot és discutible) que arrela en els nostres processos mentals des de temps remots.

Hom pot demanar-se quina capacitat del cervell és la responsable que puguem pensar en termes causals. L’historiador Yuval Harari diu (si bé tot és discutible) que és la nostra capacitat d’imaginar, de visualitzar mentalment el que no tenim davant del ulls. Podem convertir un fet en un efecte perquè podem situar-lo mentalment a prop d’un altre fet, i els podem relacionar per mitjà d’una connexió causal.

Hom pot demanar-se, també, si necessàriament hem d’entendre el món en termes causals. El científic de la computació Judea Pearl ha dedicat bona part de la carrera i els llibres –especialment el darrer, The Book of Why. The New Science of Cause and Effect– a defensar el paper de la causalitat (A és la causa de B), enfront del paper més general de la correlació (la presència de A està fortament correlacionada amb la presència de B), com a element clau en la missió d’entendre o explicar, especialment en la feina que desenvolupa en l’àmbit de la intel·ligència artificial.

El llibre de Pearl s’enceta amb una anècdota, entre analítica i poètica, en què s’explica que, en una de les moltes relectures del Gènesi que va fer, ja d’adult, es va fixar en un detall que fins al moment li havia passat per alt: quan Déu descobreix que Adam i Eva havien tastat la fruita prohibida, els pregunta, a cadascú per separat, què han fet, i tots dos li responen que han tastat la fruita prohibida perquè Eva i la serp, respectivament, els l’han oferta. És a dir, Déu els pregunta «què» i ells contesten «perquè». Pearl converteix aquest detall en or pur. En primer lloc, perquè li serveix per a la diferenciació entre fets i raons. Les històries, les explicacions i els relats estan constituïts per raons, no per fets. Així doncs, hi ha una diferència entre la manera d’entendre el món com a mers processadors de fets (establir correlacions) o com a cercadors de causes. I és aquí que hi ha la poesia: cal un fruit nou, una empenteta, una intervenció des de fora per poder passar dels fets a les raons. És el que Pearl anomena l’escala de la causalitat: el que ens transforma de processadors de fets a cercadors de causes, a explicadors del món. Suposo que aquest punt també és refutable, però és innegable que la idea és tan bonica com inspiradora.

Aquesta faceta de cercadors de causes no ens converteix en identificadors d’una causa única, d’una cadena d’esdeveniments; més aviat es tracta de ser capaços d’extreure informació cada cop més complexa per poder afinar cada cop més la composició relativa del conjunt de coses que afavoreixen que un esdeveniment ocorri. No es tracta, doncs, de treure conclusions sobre el veritable funcionament del món. En la majoria de casos, demostrar o descartar amb rigor absolut que cert esdeveniment A sigui la causa d’un altre esdeveniment B és una tasca experimentalment inassumible.

Nosaltres, els sàpiens, els que lluïm la capacitat d’imaginar i la fem servir per extreure relacions invisibles de l’entorn, relacions que hem emprat per convertir-nos en l’espècie amb la ciència i la tecnologia més avançada, ¿som capaços de concebre, també, un esdeveniment que no tingui cap mena de causa, un esdeveniment purament aleatori? Podríem respondre que sí: de fet, d’entre totes les coses imaginables, hem creat els jocs d’atzar. Si ens hi fixem detingudament, però, observarem que en aquests jocs l’atzar no es basa en l’absència de causes, sinó en l’absència de control sobre totes les condicions que dicten que passi una cosa concreta entre múltiples possibilitats.

La declaració «hi ha un esdeveniment que no té cap mena de causa» també sembla impossible de demostrar experimentalment. Sempre es pot objectar que aquesta causa existeix, però que encara no s’ha identificat. Això no obstant, hi ha un experiment que demostra que cert tipus de fenòmens són purament aleatoris. Aquest experiment és el test de Bell, i el tipus de fenòmens que descriu són les mesures de les propietats de les partícules quàntiques.

El físic John Bell va dissenyar aquest experiment el 1964, amb la intenció de cloure una discussió interminable: la dels partidaris de la interpretació de Bohr de la física quàntica, que defensaven que l’atzar és al cor mateix dels processos fonamentals de la naturalesa, i la dels partidaris del «Déu no juga a daus» d’Einstein, que proposaven la recerca de teories basades en certes variables ocultes com a responsables d’aquest comportament aparentment aleatori.

Però és que la recerca de les variables ocultes podria durar per sempre més! La disputa filosòfica sobre l’atzar podria no tenir fi! El fracàs a l’hora de trobar les variables ocultes es podria deure, senzillament, al fet que són ocultes. Com es pot demostrar que una cosa no existeix? És lògicament impossible!

L’enginyosíssim mètode proposat per Bell permet dissenyar experiments que demostren que els resultats de les mesures sobre una partícula quàntica emergeixen just en el moment de la mesura. Demostra que no pot ser que estigués determinat, abans de començar l’experiment, per cap conjunt de valors per a les suposades variables ocultes. És a dir, prova que els resultats de la mesura són purament aleatoris.

A més de tancar la discussió Einstein-Bohr i de contribuir a fer més clara la naturalesa de la mecànica quàntica, el test de Bell és la base d’una nova classe de tecnologies quàntiques, en particular de la criptografia quàntica, que té uns protocols la seguretat dels quals es basa en l’aleatorietat certificada per aquest experiment.

Si no hi ha «perquè», si acceptem que els resultats de la mesura són aleatoris, hem d’acceptar que, abans de mesurar, abans de l’acció de l’observador, la realitat no està definida. I, així, més enllà de la física i la tecnologia, el test de Bell té profundes implicacions teòriques sobre el que entenem com a realitat i sobre la relació entre observador i realitat.

Com que hi ha un experiment que demostra que els peixos de «perquè» tenen problemes per accedir a l’estany de «quàntica» i, tanmateix, neden tranquils pel de «sentit», el test de Bell també és la demostració definitiva que per entendre la física quàntica cal un nou «sentit».