La denominada interpretación de Copenhague se refiere a la visión tradicional u ortodoxa de la mecánica cuántica. Aunque no existe un manifiesto oficial que la defina de forma única, sus principios fundamentales fueron desarrollados principalmente por Niels Bohr y Werner Heisenberg a lo largo de la década de 1920, y se consolidaron durante la Quinta Conferencia Solvay, celebrada en Bruselas en 1927. Esta interpretación proporcionó un marco conceptual que integraba, de forma pragmática, elementos de la mecánica ondulatoria de Schrödinger y la mecánica matricial de Heisenberg.
Se la
denomina "de Copenhague" porque Bohr vivía y trabajaba en esa ciudad,
donde influyó decisivamente en numerosos físicos con su enfoque filosófico y
conceptual de la teoría cuántica.
Uno de
los postulados centrales de esta interpretación afirma lo siguiente:
El cuadrado del
módulo de la función de onda (│𝝍│2) representa la densidad
de probabilidad de hallar una
partícula subatómica en una determinada región del espacio cuando se encuentra
en un estado estacionario descrito por (𝝍).
Esta
interpretación probabilística fue propuesta por Max Born en 1926. Aunque Born
no formó parte del núcleo principal de la interpretación
de Copenhague, su contribución fue fundamental y rápidamente aceptada por
Bohr y Heisenberg.
A diferencia
de los objetos clásicos, como una canica que tiene una posición bien definida,
una partícula cuántica no posee una localización precisa hasta que se realiza
una medición. Su presencia se distribuye en el espacio según una probabilidad
que depende de la amplitud de su función de onda: cuanto mayor sea esta
amplitud en una región, mayor será la probabilidad de encontrar allí la
partícula, y viceversa.
En el
marco de la interpretación de Copenhague,
se introduce la noción de que, al realizar una medición, la función de onda –
que antes describía una superposición
de posibles estados – se reduce a uno solo de ellos. Aunque esta reducción no
fue descrita por Niels Bohr como un proceso físico en sí mismo, su principio de complementariedad sugiere
que ciertas propiedades de un sistema cuántico no pueden considerarse definidas
hasta que se establece un contexto experimental mediante la medición.
Este
principio, formulado por Bohr en 1927 como parte de su respuesta al debate
sobre la interpretación de los fenómenos cuánticos, establece lo siguiente:
Ciertas propiedades físicas de
un sistema cuántico – como la posición y el momento, o el comportamiento como
partícula o como onda – son complementarias entre sí: no pueden medirse ni
definirse simultáneamente con precisión, pero ambas son necesarias para una
descripción completa del sistema.
Una
formulación moderna que refleja esta idea, basada en el trabajo de John von
Neumann en 1932, puede expresarse así:
En el momento en que se observa la partícula, su función de
onda colapsa. Esta desaparece y, siguiendo la distribución de probabilidad que
describe, el sistema adopta uno de sus posibles valores, manifestándose en un
estado definido de forma aleatoria.
Esto
implica que la ecuación de Schrödinger describe una superposición cuántica,
es decir, una combinación simultánea de todos los estados posibles que una
partícula puede adoptar. Mientras no se realice una medición, el sistema
cuántico puede presentar múltiples posiciones, velocidades o energías al mismo
tiempo. Sin embargo, al medirse, la función de onda se reduce a un único
resultado, que corresponde a uno de los valores compatible con el observable
medido.
Erwin
Schrödinger fue un crítico importante de esta interpretación. Consideraba
inaceptable que una función de onda, que evoluciona de manera continua según su
ecuación, pudiera experimentar un cambio abrupto por la intervención de un
observador. En su opinión, el colapso era una idea "ad hoc",
introducida sin fundamento matemático. Su incomodidad lo llevó a declarar
irónicamente que, si esta interpretación era correcta, lamentaba haber
contribuido a la mecánica cuántica.
Albert Einstein también expresó reservas profundas. Para él,
la aleatoriedad y el indeterminismo implicados por el colapso violaban los
principios de causalidad y continuidad que caracterizaban al universo según la
relatividad. En una carta a Max Born escribió su célebre frase:
Estoy convencido de que Dios no
juega a los dados.
Einstein
entendía ese “Dios” como la manifestación de una armonía subyacente en las
leyes del universo, una armonía incompatible con eventos sin causa o
impredecibles.
Uno de
los principales desafíos de la interpretación
de Copenhague es explicar por qué la superposición
cuántica no se manifiesta en el mundo macroscópico. Para enfrentar este
problema, Bohr y sus seguidores propusieron una distinción funcional: los
sistemas pequeños muestran efectos cuánticos, mientras que los grandes no. Sin
embargo, esta frontera entre lo cuántico y lo clásico no está claramente
definida.
Este
problema fue ilustrado de forma provocadora por Schrödinger en su célebre paradoja
del gato.
En este
experimento mental, Schrödinger plantea que si un átomo radiactivo (en un
estado cuántico de desintegrado/no desintegrado) activa un mecanismo que puede
matar o no al gato, entonces, según la interpretación de Copenhague, el gato
estaría en un estado de superposición: vivo y muerto a la vez, hasta que
alguien abra la caja y observe el sistema. Es decir, un sistema cuántico (la
desintegración de un átomo radiactivo) se vincula con un evento macroscópico
(la vida o muerte de un gato). El objetivo de Schrödinger era destacar el
aparente absurdo de aplicar directamente la superposición a objetos del mundo
cotidiano.
Más
adelante, esta discusión fue retomada y ampliada en la llamada paradoja
del amigo de Wigner, que plantea preguntas filosóficas profundas
como: ¿Creamos la realidad mediante la observación, o ésta existe
independientemente de nosotros?
En esta
línea, Einstein también expresó su escepticismo con otra frase famosa:
Me niego a creer que la luna no
está ahí cuando no la miro.
Este
debate refleja una tensión fundamental dentro de la interpretación de Copenhague: la división entre el mundo cuántico
(regido por probabilidades y superposición) y el mundo clásico (definido y
determinado), una frontera aún sujeta a discusión y reformulación en la física
contemporánea.
La decoherencia cuántica.
Con el fin de dar con
una explicación al problema del colapso
de la función de onda, definido en la interpretación
de Copenhague, se han propuesto diversas teorías, como la decoherencia cuántica o la interpretación de los universos múltiples.
La decoherencia cuántica es una teoría
ampliamente aceptada que explica cómo un sistema físico, bajo ciertas
condiciones, deja de exhibir efectos cuánticos y comienza a comportarse de
acuerdo con las leyes de la física clásica, sin las características contraintuitivas
propias de la mecánica cuántica.
Así, la decoherencia cuántica explicaría por
qué, a gran escala, la física clásica – que ignora los efectos cuánticos –
proporciona una descripción eficaz del comportamiento del mundo.
La teoría
moderna de la decoherencia,
desarrollada en trabajos desde la década de 1980, sostiene que la interacción
de un sistema cuántico con su entorno provoca una pérdida de coherencia entre
los distintos términos de su superposición. Como resultado, el sistema puede
describirse de forma efectiva mediante una mezcla estadística de estados
clásicos, lo que permite una interpretación compatible con la física clásica.
Una posible explicación de la
paradoja del gato de Schrödinger.
Las peculiaridades de
la mecánica cuántica surgen al tratar a las partículas como ondas. Estas
funciones de onda pueden superponerse e interferir, y las probabilidades de
obtener un resultado al medir una propiedad física provienen del módulo al
cuadrado de la suma de estas funciones de onda. Este fenómeno se conoce
como interferencia cuántica.
¿Qué
significa que dos ondas interfieran? Para ilustrarlo, consideremos el experimento de la doble rendija,
realizado por Thomas Young en 1801 para demostrar el comportamiento ondulatorio
de la luz.
En una
versión moderna del experimento con electrones, se observa un patrón de franjas
brillantes y oscuras en una pantalla. Este patrón solo puede explicarse si el
electrón actúa como una onda y pasa por ambas rendijas simultáneamente. Las
ondas asociadas a cada rendija interfieren entre sí: donde están en fase
(subiendo y bajando al unísono), se refuerzan y aumentan la probabilidad de
detección; donde están en contrafase, se anulan, y la probabilidad es nula.
Este
experimento pone de manifiesto una propiedad fundamental de la mecánica
cuántica: la superposición. Un electrón puede estar en una combinación
de estados –como pasar por ambas rendijas a la vez – y esta superposición da
lugar al patrón de interferencia. La
clave para que ocurra esta interferencia es la coherencia entre los
estados: deben estar sincronizados, es decir, tener una relación de fase bien
definida.
Lo mismo
sucede en los sistemas cuánticos en general: dos estados coherentes pueden
interferir y producir superposición. Si, en cambio, los estados pierden esa
sincronización debido a interacciones con el entorno, la decoherencia
destruye la superposición y el sistema comienza a comportarse de manera
clásica.
Este
fenómeno proporciona una posible explicación a la paradoja del gato de Schrödinger. Acabamos de ver que, en dicha
paradoja, un gato encerrado en una caja estaría, según la mecánica cuántica, en
un estado de superposición de “vivo” y “muerto” hasta que se observe. Sin
embargo, en la práctica nunca vemos gatos en esos estados híbridos. La decoherencia ofrece una respuesta: un
sistema macroscópico como un gato interactúa intensamente con su entorno – el
aire, la caja, los átomos circundantes – lo que produce una pérdida
extremadamente rápida de coherencia entre los posibles estados. Como resultado,
el sistema evoluciona hacia un estado clásico bien definido.
Cuanto
mayor es un objeto, más intensas y frecuentes son sus interacciones con el
entorno, y más rápidamente se pierde la coherencia. Por ejemplo, una molécula
grande como una proteína puede perder coherencia en tiempos del orden de 10-19
segundos. En
sistemas macroscópicos, este proceso ocurre incluso más rápidamente, haciendo
imposible observar efectos cuánticos a gran escala.
Desde
esta perspectiva, si consideramos que todo el universo es cuántico, y
que no existe una frontera precisa entre el mundo cuántico y el clásico, sino
una transición gradual debida a la interacción con el entorno, entonces la
paradoja del gato de Schrödinger se disuelve: no es que el gato esté
“realmente” vivo y muerto a la vez, sino que su estado cuántico ha perdido coherencia
casi instantáneamente, dando lugar a un único resultado clásico observable.
Conclusión.
En la actualidad, la interpretación de Copenhague sigue
siendo objeto de debate. Sin embargo, esto no ha impedido que la mecánica
cuántica haya demostrado una extraordinaria precisión en la descripción del
mundo subatómico, a pesar de sus predicciones contrarias al sentido común y la
experiencia cotidiana.
La interpretación de Copenhague de la
función de onda, junto con el principio
de incertidumbre de Heisenberg, marca una ruptura fundamental entre la
física clásica, de carácter determinista, y la mecánica cuántica, que es
indeterminista y probabilística.
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