Sobre la permanencia de la memoria cuántica.

La teoría de la información cuántica predice que todo lo que existe y ha existido en el universo

deja una traza indeleble en el tejido del cosmos. Los límites de esta memoria cuántica

constituyen una de las grandes preguntas todavía sin respuesta.

Era la fría mañana del 17 de febrero de 1600, en el Campo de' Fiori de Roma, cuando la Inquisición Papal quemó vivo y con la lengua acerrojada  al científico, filósofo, teólogo y cosmólogo Giordano Bruno. Sus cenizas fueron arrojadas al Tíber e incluyeron todos sus textos en el Índice de Libros Prohibidos, como intentando borrar su recuerdo para siempre. Tan severa condena fue la consecuencia de una acusación por inmoralidad, enseñanzas erróneas, blasfemia, brujería y herejía.

Entre las enseñanzas de Giordano Bruno se contaban la proposición de que la Tierra gira alrededor del Sol, de la infinitud del universo y de la pluralidad de los mundos habitados. Y otra más, relacionada con su interés por la mnemotécnica y frecuentemente olvidada: como resultado del principio de causalidad, el cosmos tiene memoria. Tal afirmación convierte al sabio napolitano en un remoto precursor de la teoría de la información cuántica, actualmente clave para nuestra comprensión de la realidad. Cuatrocientos años después, sabemos que Bruno no sólo tenía razón en esta materia extraordinaria, sino que sus límites constituyen uno de los debates más esenciales de la ciencia contemporánea. Y una de las grandes preguntas aún sin respuesta.

De la memoria universal.

La raíz del asunto es sencilla: el principio de causalidad determina que las causas preceden y son la razón de los efectos, y que los efectos suceden y son el resultado de las causas. Esto es un hecho notorio y central de la realidad, un axioma fundamental que no requiere muchas explicaciones. En todo lo que han visto nuestros ojos y nuestros instrumentos, no consta ninguna excepción.

Si las causas y nada más que las causas son la razón de los efectos, entonces los efectos contienen naturalmente toda la información sobre las causas y la secuencia de causas que los originaron. Está en ellos de manera intrínseca, y por eso se pueden deducir las causas observando sus efectos.

Como todo efecto es a su vez causa de los efectos que suceden después, resulta que el conjunto de sucesos observables en cada presente contiene intrínsecamente la información de todas las causas que los precedieron, hasta el origen del universo. Por ese motivo, observando el universo presente podemos obtener respuestas sobre su historia y sus inicios. Si pudiéramos observar el universo presente a todas sus escalas con instrumentos infinitamente poderosos y precisos, deducir la Teoría del Todo no tendría gran complicación.

En la actualidad, la teoría de la información cuántica contempla este fenómeno de memoria cósmica como parte de la unitariedad, y la ciencia en general, en el contexto de la simetría temporal de las leyes físicas. ¿Y esto qué significa? Esto significa que según todos los indicios existentes, las leyes fundamentales del universo no han variado significativamente desde, al menos, momentos muy tempranos; y si esto es así –que ciertamente lo parece, al menos a partir de la primera billonésima de segundo desde el estado inicial–, entonces el principio de causalidad no ha sido violado en toda la historia del universo. Por tanto, todo lo que exista en cualquier presente es la resultante de todas las causas-efectos anteriores, contiene de manera intrínseca la información sobre todo lo que hubo antes y seguirá haciéndolo hasta... bueno, luego veremos hasta cuándo.

Como consecuencia, cualquier instante del universo contiene toda la información sobre todos los instantes que le precedieron. Y por tanto, cualquier elemento del universo, cualquier cosa que haya permanecido en él, deja una traza indeleble en el tejido de la realidad. Puede decirse que ni la materia ni la energía ni la información se crean o se destruyen, sino que sólo se transforman, ampliando así la Primera Ley de la Termodinámica; que la materia y la energía lo hacen aumentando siempre su entropía total (Segunda Ley de la Termodinámica) pero sin perder su memoria; y además, aproximándose pero sin llegar al cero absoluto (Tercera Ley de la Termodinámica).

La pregunta es: ¿para siempre?

La amnesia del agujero negro.

Echemos un vistazo (es un decir) a los agujeros negros. Por una parte, dado que un sistema cuántico (inclyendo cualquiera de los átomos que constituyen la materia, por ejemplo) se halla en entrelazamiento, podemos encontrarnos con una paradoja curiosa si uno de ellos cae en un agujero negro. El entrelazamiento establece un vínculo de información entre las distintas partes del sistema cuántico, que pueden estar a gran distancia, de manera instantánea (que en la práctica viene siendo a la velocidad de la luz). Cuando una parte del sistema cae en un agujero negro y llega a la singularidad (que lo hará en un periodo limitado de tiempo), su contraparte entrelazada pierde necesariamente la "conexión", y con ella la memoria que pudiera aportar a los efectos que esa contraparte cause a partir de ese momento.

De todas formas, no sabemos aún lo que ocurre realmente dentro de un agujero negro, y menos aún lo que sucede al aplicarle las correcciones cuánticas (necesitamos urgentemente una teoría de la gravedad cuántica, para esto y para muchas otras cosas). Sin embargo, hay otro hecho más notorio de los agujeros negros que permite suponer una pérdida de información: la radiación de Hawking. Si los agujeros negros realmente emiten radiación como predijo Stephen Hawking (y empieza a haber evidencias al respecto vía el efecto Solokov-Ternov) entonces esta radiación ha perdido necesariamente la memoria sobre la materia de donde se originó. Esto se debe a un teorema de nombre bastante divertido, sobre todo hablando de agujeros negros: el Teorema de Ningún Pelo (la propia expresión agujero negro lleva arrastrando su coñita desde que se originó, también entre físicos).

¿Y qué dice este teorema afeitado, digo Teorema de Ningún Pelo? Pues dice que cuando cualquier objeto sufre un colapso gravitatorio, queda definido externamente por sólo tres parámetros clásicos: su masa, su carga y su momento angular. Cualquier otra información que pudiera contener desaparece más allá del horizonte de eventos del agujero negro, y queda inaccesible para el resto del universo (y para cualquier cosa que haya en él). Esto significa, en la práctica, la destrucción de la información contenida en el objeto, incluyendo la de sus causas precedentes.

Sin embargo, es dudoso que esta destrucción se produzca efectivamente. Existen varias vías hipotéticas para que la información se conserve y resulte liberada de nuevo cuando los agujeros negros se disuelvan, dentro de uno seguido de cien ceros de años, aunque ninguna de ellas es sólida aún. Puede que la información se vaya liberando progresivamente durante la evaporación del agujero negro por un mecanismo gravitacional aún no descubierto. Puede que un segundo nanoagujero negro que forme parte del principal, aproximadamente del tamaño de Planck, la almacene y la suelte cuando ambos se disipen (aunque esto violaría la conjetura de Bekenstein). Algún teórico de Cuerdas sugiere una interpretación vinculada a los multiversos, en la que otro universo bebé recibe esta información. Más significativamente, la correspondencia AdS/CFT apunta que la información no tiene por qué resultar destruida.

Todo este asunto dio lugar a una famosa apuesta entre Stephen Hawking, que proponía la desaparición de la memoria cuántica en los agujeros negros como resultado de su radiación de Hawking, y Kip Thorne, que negaba la posibilidad apoyándose en la unitariedad cuántica, un principio bastante demostrado. Finalmente, en 2005, Hawking concedió graciosamente la derrota en base a esta correspondencia AdS/CFT y pagó a Thorne lo apostado: la Enciclopedia Total del Béisbol. Por tanto, la opinión mayoritaria en estos momentos es que las causas preceden a los efectos, los efectos suceden a las causas y la información que contienen no se crea ni se destruye, sino sólo se transforma. La memoria cósmica, que lo recuerda todo y a todos, no se desvanece ni siquiera dentro de los agujeros negros Y así seguirá siendo durante eones incontables.

El Alzheimer de la muerte térmica.

Y entonces, nos encontramos con el último desafío para la vieja enseñanza de Giordano Bruno. Dentro de mucho, mucho, pero muchísimo tiempo, un uno seguido por mil ceros de años, este universo que nos alberga se estará aproximando a la muerte térmica. Dependiendo de la cantidad de materia y energía oscuras que haya en el cosmos, la todopoderosa entropía lo estará llevando a una sobrecogedora inmensidad de nada donde todo se habrá disuelto ya (el Gran Desgarrar y el Gran Helor). O, por el contrario, la gravedad lo estará comprimiendo sobre sí mismo para convertirlo en el Agujero Negro Final: el Gran Colapso donde se sumirá el espacio, el tiempo, la materia, la energía y el calor, bien para dar lugar a un nuevo universo (a través del Gran Rebotar)... o no.

Sea por frío extremo o por temperatura infinita, en cualquiera de estas posibilidades el universo sufrirá la muerte térmica. En el caso del Gran Helor, un inacabable desierto oscuro y baldío de nada, marginalmente sobre el cero absoluto (a 10^-29 K), esencialmente isotérmico y en estado de máxima entropía. En esta tesitura, aún alcanzando ya el estado homogéneo (insisto: dentro de 10^>1.000 años; el universo tiene ahora mismo algo más de 10¹⁰), la información no tiene por qué perderse: como vimos más arriba, la Tercera Ley de la Termodinámica impide que llegue efectivamente al cero absoluto; y mientras tal cosa no ocurra, no es evidente que esta memoria cuántica tenga que desaparecer por mucho tiempo que pase. En la hipótesis opuesta, al ultracomprimirse en un Gran Colapso de temperatura y densidad infinitas (e isotérmicas), resulta difícil concebir de qué manera el agonizante universo mantendría la información de todo lo que en él fue. Y sin embargo, tampoco es imposible por completo. Sólo que aún no hemos llegado hasta ahí, aún no sabemos lo suficiente.

Según todo lo que sabemos, el universo no sólo mantiene en cada instante la traza cuántica de todo lo que en él existe o ha existido, sino que existe una posibilidad muy real de que esta traza sea inviolable por completo y no desaparezca nunca. Eso nos incluye a ti y a mí, y también a Giordano Bruno, cuya última venganza bien podría ser que, según sus enseñanzas erróneas, ni su memoria ni la de nada ni de nadie se desvanecerá jamás. Permanece y permanecerá para siempre a cada instante en cada estado cuántico del universo –que es decir toda la realidad–, durante todo lo que ahora mismo concebimos como eternidad.