La falta de claridad y la lógica extraña de la forma en como las partículas se comportan se aplica sorprendentemente bien a la forma en que somos y pensamos los seres humanos. El mundo cuántico desafía las reglas de la lógica ordinaria. Las partículas habitualmente ocupan dos o más lugares al mismo tiempo, y ni siquiera tienen propiedades bien definidas, hasta que se miden. Todo es extraño, pero cierto – la teoría cuántica es la teoría científica más exacta en las pruebas y sus matemáticas se adapta perfectamente a las rarezas del mundo atómico.
Sin embargo, las matemáticas realmente valen por sí mismas, independiente de la teoría. De hecho, gran parte de ella se inventó mucho antes de que existiera la teoría cuántica, sobre todo por el matemático alemán David Hilbert. Ahora, está comenzando a parecer como si se podría aplicar a mucho más que a la física cuántica, y posiblemente incluso a la forma de pensar de los seres humanos.
El pensamiento humano, lo que ya muchos de nosotros sabemos, a menudo no respeta los principios de la lógica clásica. Cometemos errores sistemáticos en el razonamiento de probabilidades, por ejemplo. El Físico Aerts Diederik de la Universidad Libre de Bruselas, Bélgica , ha demostrado que estos errores realmente tienen sentido dentro de una lógica más amplia basada en las matemáticas cuánticas.
La misma lógica parece encajar de manera natural con el número de personas vinculadas a conceptos similares, a menudo sobre la base de asociaciones libres y las fronteras borrosas. Esto significa que los algoritmos de búsqueda basados en la lógica cuántica podrían descubrir significados en las masas de texto de manera más eficiente que los algoritmos clásicos.
Puede sonar absurdo imaginar que las matemáticas de la teoría cuántica tiene algo que decir sobre la naturaleza del pensamiento humano. Esto no quiere decir que hay algo cuántico sobre todo lo que ocurre en el cerebro, sólo que el “cuanto” en las matemáticas realmente no es una propiedad unicamente de la física, y resulta ser mejor que las matemáticas clásicas en la captura de las formas difusas y flexibles que los humanos usan en sus ideas.
“Las personas siguen a menudo una forma diferente de pensar que la dictada por la lógica clásica”, dice Aerts. “Las matemáticas de la teoría cuántica resulta más adecuadas para describir el pensamiento humano bastante bien.”
Es un hallazgo que ha iniciado una floreciente campo conocido como “la interacción cuántica”, que explora cómo la teoría cuántica puede ser útil en áreas que no tienen nada que ver con la física, que van desde el lenguaje humano y el conocimiento de la biología y la economía. Y ya está dibujando a los investigadores en las principales conferencias .
Una cosa que distingue a la cuántica de la física clásica son las probabilidades de acción. Supongamos, por ejemplo, que algunas partículas de aerosol atraviezan una pantalla con dos rendijas en ella, y se analizan los resultados producidos detrás en la pared. Cerca de la hendidura B, las partículas pasan por ahí dibujando un patrón detrás de él. Un patrón similar se forma detrás de hendidura B. Pero al mantener las dos hendiduras A y B abiertas se espera resultados coherentes con la probabilidad – como la física ordinaria y la lógica lo sugiere – y que debe ser la suma de estos dos modelos de componentes.
Pero el mundo cuántico no obedece a ello. Cuando los electrones o fotones en un rayo pasan a través de las rendijas, se comportan como ondas y producen un patrón de interferencia en la pared. El patrón con la rendija B abierta ya no es la suma de los dos patrones con A o B abiertos, sino algo completamente diferente – uno que varía en franjas claras y oscuras.
Estos efectos de interferencia se encuentran en el corazón de muchos fenómenos cuánticos, y encuentran una descripción natural en las matemáticas de Hilbert. Pero el fenómeno puede ir mucho más allá de la física, y un ejemplo de esto es la violación de lo que los lógicos llaman el principio de “algo seguro”. Esta es la idea subtyacente de si usted prefiere una acción u otra en una situación – café o té en una posible situación A, por ejemplo, cuando es antes del mediodía – y prefiere lo mismo en la situación opuesta – el café o el té en la situación B, cuando es después del mediodía – entonces usted debe tener la misma preferencia cuando no se conoce la situación, es decir, café, o el té, cuando no sabes qué hora es.
Sorprendentemente, la gente no respeta esta regla. En la década de 1990, por ejemplo, los psicólogos Amos Tversky y Eldar Shafir de la Universidad de Princeton pusieron a prueba la idea en un experimento de juego simple. A unos jugadores les dijeron que tenían la misma probabilidad de ganar o perder $ 200 $ 100, y se les pidió eligieran si deseaban o no jugar el juego una segunda vez. Cuando se les dijo que habían ganado la primera apuesta (situación A), el 69 por ciento de los participantes optaron por volver a jugar. Si se les dijo que habían perdido (situación B), sólo el 59 por ciento quería volver a jugar. Eso no es sorprendente. Pero cuando no se les informó sobre los resultados de la primera apuesta (situación A o B), sólo el 36 por ciento quería volver a jugar.
La lógica clásica exigiría que la probabilidad de la tercera posibilidad es igual al promedio de los dos primeras, pero no es así. Como en el experimento de la doble rendija, la presencia simultánea de dos partes, A y B, parece conducir a algún tipo de interferencia extraña que arruina las probabilidades clásicas.
Otros experimentos muestran rarezas similares. Suponga que le pregunta a la gente sobre donde colocar varios objetos, como un cenicero, una pintura y un lavabo, en una de dos categorías: “muebles para el hogar” y “muebles”. A continuación, les preguntará si estos objetos pertenecen a los “muebles para el hogar o muebles” en una categoría combinada. Obviamente, si el “cenicero” o “pintura” pertenece en muebles para el hogar, entonces sin duda pertenecen a la categoría más grande, más incluyente combinada. Sin embargo, muchos experimentos en los últimos dos decenios han confirmado lo que los psicólogos llaman el efecto de separación – que la gente suele poner las cosas en la primera categoría, pero no en una más amplia. Una vez más, las dos posibilidades que figuran al mismo tiempo llevan a resultados extraños.
Estos experimentos demuestran que las personas no son lógicas, por lo menos para los estándares clásicos. Pero la teoría cuántica, Aerts argumenta, ofrece ricas posibilidades lógicas. Por ejemplo, dos eventos cuánticos, A y B, son descritos por las amplitudes de probabilidad de los llamados, alfa y beta. Para calcular la probabilidad de que ocurran, debe obtener el cuadrado de alfa y la amplitud del mismo modo para calcular la probabilidad de que ocurra B. Por que A o B puedan suceder, la amplitud de probabilidad es alfa y beta. Cuando en esta plaza para trabajar la probabilidad, se obtiene la probabilidad de que A (alfa cuadrados), además de la de B (al cuadrado beta) se obtiene una cantidad adicional – un “término de interferencia”, que podría ser positivo o negativo.
Este término de interferencia hace que la lógica cuántica sea más flexible. De hecho, Aerts ha demostrado que los resultados que demuestran el efecto de separación en forma natural en un modelo en el que la interferencia cuántica puede desempeñar un papel. La forma en que viola el principio de lo que puede ser igualmente se explica con la interferencia cuántica, según el economista Jerónimo Busemeyer de la Universidad de Indiana en Bloomington y el psicólogo Manuel Pothos de la Universidad de Gales, en Swansea . “Las probabilidades cuánticas tienen el potencial de proporcionar un mejor marco para el modelado de la toma de decisiones humanas”, dice Busemeyer.
Los enlaces extraños van más allá de la probabilidad, Aerts argumenta, al reino de la incertidumbre cuántica. Un aspecto de esto es que las propiedades de partículas como los electrones no existen hasta que se miden. El experimento de realizar la medición determina qué propiedades un electrón puede tener.
La Matemática de Hilbert que incluye este efecto representa el estado cuántico de un electrón por un “vector de estado llamada” – una especie de flechas existentes en un resumen, de alta dimensión del espacio conocido como espacio de Hilbert. Un experimento puede cambiar la flecha de vector de estado, proyectándola en una sola dirección en el espacio. Esto se conoce como la contextualidad y representa cómo el contexto de un experimento de cambios específicos en las posibles propiedades de los electrones que se miden.
El significado de las palabras, también cambia de acuerdo a su contexto, dar un lenguaje “quantum” se siente. Por ejemplo, se podría pensar que si una cosa, X, es también una Y, entonces una “X alta” también sería una “Y” alta – un gran roble es un árbol muy alto, por ejemplo. Pero eso no es siempre el caso. Un chihuahua es un perro, un chihuahua de altura, pero no es un perro alto, el significado “alto” cambia en virtud de la palabra a su lado. Del mismo modo, la forma en que “rojo” se define depende de si se trata de “vino tinto”, “pelo rojo”, “ojos rojos” o “tierra roja”. “La estructura del conocimiento conceptual humano es cuántica, porque el contexto juega un papel fundamental”, dice Aerts.
Estas similitudes peculiares también se aplican a los motores de búsqueda para recuperar información. Alrededor de hace una década, el científico de computación Domingo Widdows, ahora en Google de Investigación en Pittsburgh , Pennsylvania, y Keith van Rijsbergen de la Universidad de Glasgow, Reino Unido, se dieron cuenta de que las matemáticas con las que se habían estado construyendo los motores de búsqueda es esencialmente el mismo que el de la teoría de la física cuántica.
Saltos cuánticos
No pasó mucho tiempo para ellos encontrar que estaban en algo. Un desafío urgente es lograr que las computadoras encuentren el significado de los datos en la mayor parte de la misma manera que la gente lo hace, dice Widdows. Si quieres investigar un tema como la “historia de las rocas” con la geofísica y la formación de las rocas en mente, usted no quiere un motor de búsqueda que le arroje millones de páginas en la música rock.
Un enfoque consistiría en incluir “-canciones” en los términos de búsqueda con el fin de retirar las páginas que mencionan a “canciones”. Esto se llama negación y se basa en la lógica clásica. Aunque sería una mejora, todavía se encuentra gran cantidad de páginas sobre la música rock que no pasan a hablar de las canciones de la palabra.
Widdows ha encontrado que una negación basada en la lógica cuántica funciona mucho mejor. La interpretación de “No” en el sentido cuántico significa tomar “canciones” como una flecha en un espacio de Hilbert multidimensional llamado espacio semántico, donde las palabras con el mismo significado se agrupan. La Negación significa la eliminación de las páginas de búsqueda que no comparten ningún componente en común con este vector, que incluyen páginas con palabras como la música, la guitarra, Hendrix, etc. Como resultado, la búsqueda se vuelve mucho más específica a lo que el usuario realmente desea.
“Parece que funciona, ya que se ajusta más a la gente que a menudo usan el razonamiento vago en la búsqueda de información”, dice Widdows. “A menudo se basan en corazonadas, y tradicionalmente, las computadoras son muy malas en presentimientos. Esto es sólo en los modelos cuánticos de inspiración para generar nuevas ideas.”
El trabajo está siendo utilizado para crear formas completamente nuevas de recuperación de información. Widdows, que trabaja con Trevor Cohen de la Universidad de Texas en Houston, y otros, ha demostrado que las operaciones cuánticas en semántica de los espacios de Hilbert son un medio poderoso de encontrar asociaciones entre conceptos no reconocidos previamente. Esto puede incluso ofrecer un camino hacia las computadoras que sean realmente capaces de descubrir las cosas por sí mismas .
Para demostrar cómo podría funcionar, los investigadores comenzaron con 20 millones de conjuntos de términos denominados “objeto-objeto-trillizos”, que Thomas Rindflesch de los Institutos Nacionales de Salud en Bethesda, Maryland , antes había extraído de una base de datos de citas de revistas biomédicas . Estos tríos están formados por pares de términos médicos que aparecen con frecuencia en las revistas científicas, tales como “la proteína beta-amiloide” y “la enfermedad de Alzheimer”, vinculado por cualquier verbo que significa “asociado con”.
Luego, los investigadores crearon un espacio multi-dimensional de Hilbert con vectores de estado que representan los trillizos y las matemáticas aplicadas en cuántica para encontrar otros vectores de estado que, en términos generales, apuntan en la misma dirección. Estos vectores de nuevo estado representan trillizos potencialmente significativos en realidad no en la lista original. Su enfoque hace “saltos lógicos” o hipótesis informando sobre pares de términos, que están fuera del ámbito de la lógica clásica, pero parece una probable vías prometedora para un estudio adicional. “Estamos con el objetivo de aumentar en los científicos las asociaciones mentales propias de las asociaciones que se han aprendido de forma automática a partir de la literatura biomédica”, dice Cohen.'
Él y sus colegas le preguntaron a los investigadores médicos sobre utilizar el método para generar hipótesis y de las asociaciones más allá de lo que podrían, llegar por su cuenta. Uno de ellos, el biólogo molecular Graham Kerr Whitfield de la Universidad de Arizona en Phoenix , las utiliza para explorar la biología del receptor de la vitamina D y su papel en la patogénesis del cáncer. Se sugiere un posible vínculo entre un gen llamado ncor-1 y el receptor de la vitamina D, algo totalmente inesperado para Kerr Whitfield, pero ahora el se encuentra en el centro de experimentos en su laboratorio.
Sin embargo, una gran pregunta sigue vigente: ¿por qué la lógica cuántica es adecuada para describir el comportamiento humano? Peter Bruza en Queensland University of Technology en Brisbane, Australia, sugiere que la razón tiene que ver con el hecho de que nuestro cerebro finito puede ser abrumado por la complejidad del medio ambiente aún cuando se tengan que tomar medidas a largo plazo antes de que pueda calcular su camino a la certeza exigida por la lógica clásica.
Lógica cuántica puede ser más adecuado para la toma de decisiones que funcionan bastante bien, incluso si no son lógicamente impecables. “Las restricciones que nos enfrentamos a menudo son el enemigo natural para obtener respuestas precisas y totalmente justificadas”, dice Bruza.
Esta idea encaja con la opinión de algunos psicólogos, que sostienen que la lógica clásica estricta sólo desempeña un pequeño papel en la mente humana. El Psicólogo cognitivo Peter Gardenfors de la Universidad de Lund en Suecia, por ejemplo, sostiene que gran parte de nuestro pensamiento opera en un nivel en gran parte inconsciente, donde el pensamiento sigue una lógica menos restrictivas y formas sueltas asociaciones entre conceptos.
Aerts está de acuerdo. “Parece que estamos de verdad en algo muy profundo que todavía no comprendemos totalmente.” Esto no quiere decir que el cerebro humano o la conciencia tiene nada que ver con la física cuántica, sólo que el lenguaje matemático de la teoría cuántica es apropiado para la descripción de la toma de decisiones humanas.
Tal vez sólo los seres humanos, con nuestras mentes aparentemente ilógicas, somos los únicos capaces de descubrir y comprender la teoría cuántica. Ser humano es ser cuántico.
FUENTE: Traducido con pequeñas adptaciones de un escrito de Mark Buchanan, un escritor de ciencia en el Reino Unido. Publicado en Newscientist
