Daré tres respuestas: la respuesta honesta, la respuesta ortodoxa y la mía.
La respuesta honesta es “no lo sabemos con certeza”. Las moléculas cada vez más grandes se prueban para detectar efectos cuánticos como la interferencia cuántica, y hasta ahora la mecánica cuántica siempre se ha mantenido. Pero las moléculas, aunque según los estándares microscópicos son enormes, siguen siendo muy pequeñas. Aquí hay un artículo sobre uno de estos experimentos realizados en una molécula que contiene 114 átomos:
Las moléculas más grandes aún se comportan como ondas en el experimento cuántico de doble rendija
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El siguiente artículo más reciente revisa un experimento que intentó responder esta pregunta para un objeto más pequeño, un átomo de cesio, de una manera más rigurosa:
Punto de vista: ¿Las superposiciones cuánticas tienen un límite de tamaño?
La respuesta hasta ahora siempre ha sido la misma: la mecánica cuántica da la predicción correcta. Pero no podemos estar seguros de que a mayor escala esto no va a cambiar. Solo un experimento puede decirnos eso.
La respuesta ortodoxa es “probablemente no”. Un fenómeno llamado decoherencia cuántica esencialmente hace que las superposiciones cuánticas “desaparezcan” al hacer que las cosas “parezcan clásicas” en muy poco tiempo por medio de una interacción del objeto cuántico con su “entorno”. Sin embargo, la apariencia clásica es solo eso: una apariencia. Los estados descifrados todavía están completamente descritos por las leyes de la mecánica cuántica.
Si bien la decoherencia cuántica en sí misma cae completamente dentro de la mecánica cuántica estándar, todavía es una pregunta abierta qué tan lejos llega en términos de su poder explicativo para las ideas más fundamentales de la mecánica cuántica. Se ha vuelto más común para muchos físicos considerarlo como algo así como una explicación final de la apariencia clásica de la realidad para nuestros sentidos, a veces complementada por la interpretación de muchos mundos porque esta interpretación encaja especialmente bien con la decoherencia cuántica.
Otro argumento un tanto indirecto puede darse al considerar la mecánica cuántica como una aproximación no relativista a la electrodinámica cuántica, que también se cree que subyace en la teoría de Maxwell del electromagnetismo clásico en el límite clásico.
Si es cierto que a) la teoría de Maxwell es “realmente” cuántica (en el sentido de que es simplemente una aproximación a QED), yb) que no hay una limitación de escala aparente en su dominio de aplicabilidad (hay, por ejemplo, incluso campos magnéticos galácticos), se deduce inmediatamente que no hay limitación de escala en la aplicabilidad de la electrodinámica cuántica y, por lo tanto, en el límite no relativista, de la mecánica cuántica.
Sin embargo, no soy consciente de que la electrodinámica clásica se ha derivado rigurosamente de QED, y si no lo ha hecho, entonces, estrictamente hablando, eso significa que no estamos seguros.
Otra línea de razonamiento que llega esencialmente a la misma conclusión se origina en la física de alta energía: la opinión predominante es que la mecánica cuántica y la gravedad se pueden unificar a alguna escala de energía. Si es cierto, tal teoría de la gravedad cuántica podría muy bien decirnos acerca de los regímenes macroscópicos en los que la mecánica cuántica no deja de aplicarse. Un tema macroscópico favorito de investigación teórica a este respecto es el agujero negro.
Pero el problema aquí es que no tenemos una teoría cuántica de la gravedad satisfactoria y, por lo tanto, estos pensamientos son poco más que especulaciones educadas. Los candidatos actuales más conocidos de la corriente principal, la teoría de cuerdas y la gravedad cuántica de bucles no han alcanzado el estado de la ciencia establecida hasta ahora.
Finalmente, también hay un aspecto psicológico que respalda esta conclusión, a saber, que la mecánica cuántica, o la teoría cuántica en general, ha tenido un éxito realmente sobresaliente, y eso hace que sea más difícil considerar de manera efectiva o seria los posibles límites de su dominio de aplicabilidad.
Cuando una teoría nunca ha fallado, es difícil saber cuándo o incluso si podría hacerlo en el futuro. Entonces se vuelve muy tentador suponer que el dominio de la teoría es toda la naturaleza. Ciertamente, esta fue una suposición muy natural para la teoría de Newton hasta que a Einstein se le ocurrió la Relatividad Especial y General y a un grupo de personas se le ocurrió la mecánica cuántica.
Mi opinión es que “la escala no es el parámetro correcto para expresar el límite del dominio de aplicabilidad de la mecánica cuántica”. Es decir, creo, es algo más que determina el límite, pero que este algo se correlaciona con una escala mayor.
Para comprender mejor mi punto de vista, debes entender cómo interpreto la mecánica cuántica. De las interpretaciones ampliamente difundidas actualmente, creo que la interpretación de Copenhague, atribuible principalmente a Bohr y Heisenberg, se acerca más a estar en lo cierto, pero sufre defectos que han dejado a muchos físicos justificadamente insatisfechos con ella. Entre estos defectos están que
- Realmente no explica tanto como pone en palabras el formalismo matemático de la mecánica cuántica. De hecho, ocasionalmente se le ha llamado burlonamente una “no interpretación”.
- Traza una distinción esencial entre el objeto cuántico y el observador (o, al menos, el aparato de medición), en el sentido de que solo el primero está sujeto a las leyes de la mecánica cuántica, sin proporcionar ninguna razón de por qué debería existir tal distinción, en qué se basa, dónde se encuentra la distinción y cómo se podría probar.
- Tiene como ingrediente clave un proceso llamado colapso de la función de onda sin explicar qué es y cómo se produce, más allá de simplemente decir que se debió a una “medición cuántica”, algo que se ha denominado el problema de medición.
Existen diferentes variantes de la interpretación de Copenhague, cada una de las cuales puede tener algunos defectos adicionales propios de ellos, pero creo que los defectos anteriores son comunes a todas las variantes. Estos son defectos graves, y creo que son motivos para considerar que la interpretación de Copenhague es esencialmente incompleta hasta que tales preguntas puedan ser respondidas.
Sin embargo, incluso sin saber la respuesta a estas preguntas, podemos hacer algunas inferencias. Específicamente, 2. claramente significa que hay algún tipo de dualismo entre los estados cuántico y clásico, y eso implica que si eliminamos el objeto cuántico de la imagen, el hecho de que podamos describir el aparato de medición significa clásicamente que la respuesta a su pregunta es sí, hay circunstancias en las que realmente puede describir un sistema físico macroscópico por completo sin tener que recurrir a la mecánica cuántica.
Pero el problema con esto es que no se basa en explicaciones más fundamentales o conceptos físicos. No se puede conectar a ninguna otra física conocida. No sabemos cuál es el parámetro apropiado, y eso significa que no podemos probarlo. Presumiblemente, si supiéramos la respuesta a estas preguntas, también podríamos ofrecer explicaciones más esclarecedoras del formalismo matemático, así como responder preguntas relacionadas al colapso de la función de onda.
Y aquí es donde me separo de la mayoría de la física convencional contemporánea: creo que el dualismo es una descripción correcta, y que se basa en un concepto que actualmente no está en el arsenal de la física: la existencia.
La existencia hace su aparición en la mecánica cuántica en una forma velada: por ejemplo, cuando en la interpretación de Copenhague se dice que un estado cuántico previo a la medición es “indefinido”, o cuando en el contexto de enredos cuestionamos qué “elementos de la realidad” son parte del estado cuántico. Sin embargo, no se ha relacionado explícita y directamente con la física conocida.
No diré aquí cuál creo que es la conexión directa entre la existencia y la física establecida, pero me gustaría llamar la atención sobre el hecho de que en otro contexto existe un tipo de dualismo muy similar con respecto a la existencia: a saber, en probabilidad teoría.
La probabilidad de un evento podría referirse a algo que ya sucedió (como el lanzamiento de una moneda) y como tal, existe como una realidad , o uno que aún no sucedió (como sostener una moneda en la mano, “pre tirar “) y como tal simplemente existe como potencialidad.
Parece que en realidad Heisenberg, al menos en sus últimos años, pensó algo similar. Consideró la medición previa como lo que llamó potentiae, mientras que los estados inmediatos posteriores a la medición se consideraron presumiblemente realidades. Mi opinión es esencialmente la misma a este respecto.
El problema con esto es que en esta etapa esto es un mero lenguaje filosófico. Para ser útil a los físicos, este tipo de distinción tiene que mostrarse en las ecuaciones, en las matemáticas de la mecánica cuántica. Este es, entonces, el gran desafío: incorporar el concepto de existencia formalmente al lenguaje de la física, que es la matemática. Hasta que eso suceda, creo que progresaremos poco en este tipo de preguntas interpretativas.
Sin embargo, a los fines de su pregunta, ahora puedo proporcionar una respuesta más específica a lo que personalmente creo: Sí, hay un régimen en el que la mecánica cuántica deja de aplicarse, y ese es el régimen en el que los objetos en consideración son reales objetos de espacio-tiempo. Y aunque estos regímenes tienden a ser macroscópicos, todavía es posible producir fenómenos cuánticos a escala macroscópica, siempre que algún aspecto de la configuración implique cosas que no satisfacen el criterio de existir realmente en el espacio-tiempo.
