Cristina Piquer
Científica titular. CSIC

Imagen: Jaime de los Ríos

David Lynch dijo: «Life is very, very complicated, and so films should be allowed to be, too» («la vida es muy, muy complicada, y las películas también deberían poder serlo»). Algo parecido sucede con la física (o mecánica) cuántica, una rama de la ciencia que, como el cine de Lynch, a menudo se percibe extraña o incompresible. Sin embargo, en ambos casos, debajo de una capa de extrañeza hay unas normas, unas claves, que nos descubren una forma diferente de ver las cosas. El reto no es tanto entenderlo todo como aprender a mirar de otra manera.

La física cuántica es la rama de la ciencia que estudia el comportamiento de la materia y la energía a escala atómica y subatómica (átomos, electrones, fotones, …). En este mundo, las reglas de la física clásica que describen nuestra vida cotidiana ya no sirven. Son necesarias nuevas normas, extrañas y, a veces, contraintuitivas. Para entender por qué la física cuántica es tan contraintuitiva, conviene retroceder a finales del siglo XIX, una época en la que parecía que la física lo había explicado todo. Las leyes de Newton, la termodinámica y el electromagnetismo describían con éxito el mundo observable. En pleno auge de la Revolución Industrial y del positivismo científico, dominaba la idea de que la naturaleza podía comprenderse completamente mediante leyes racionales. Sin embargo, existían grietas en ese edificio aparentemente perfecto. Uno de ellos era la «radiación del cuerpo negro»[1]. Al intentar explicarlo, las teorías clásicas llevaban a un resultado absurdo: la llamada «catástrofe ultravioleta», que predecía una emisión infinita de energía. Max Planck propuso una solución revolucionaria en 1900: la energía no se emite de forma continua, sino en paquetes discretos llamados cuantos. Aunque él mismo lo consideró inicialmente un recurso matemático, su idea marcó el inicio de una nueva física. A partir de ahí, otros científicos ampliaron este enfoque: Albert Einstein explicó el efecto fotoeléctrico introduciendo los fotones, Niels Bohr propuso un modelo atómico con niveles de energía discretos… Se estaban construyendo los cimientos de una nueva física.

Muy poco tiempo después, en 1925, Werner Heisenberg dio otro paso transcendental al desarrollar la mecánica matricial, la primera formulación matemática consistente de la teoría cuántica[2]. En esta teoría se estableció un marco probabilístico para el mundo subatómico: solo se pueden calcular probabilidades, no trayectorias ni posiciones exactas. Erwin Schrödinger completó este enfoque con la noción de función de onda y su famosa ecuación, que permite calcular la evolución temporal del estado cuántico de una partícula. Esta nueva física describía el mundo subatómico con enorme precisión, pero a un precio conceptual alto: abandonaba la idea de trayectorias definidas y de un universo determinista, sustituyéndolas por probabilidades. Este cambio provocó intensos debates, especialmente entre Niels Bohr y Albert Einstein. Mientras Bohr defendía que la realidad solo tiene sentido en términos de lo que se puede medir, Einstein rechazaba esa visión indeterminista. Aun así, los experimentos confirmaron una y otra vez la validez de la mecánica cuántica.

El rechazo de Einstein a la interpretación probabilística de la mecánica cuántica, refleja muy bien el sentir de toda una generación de físicos. Y no es tan distinto de la extrañeza que todavía hoy nos provocan algunos conceptos cuánticos. Pero, ¿de dónde proviene esta extrañeza? A los físicos nos gusta mucho decir que la llegada de la mecánica cuántica supuso «la gran revolución», pero no debemos olvidar que la obra de Sir Isaac Newton también lo fue. En su libro Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica, Newton dio un salto conceptual enorme: convirtió el mundo en un sistema regido por leyes matemáticas. El movimiento de los planetas, la caída de una manzana o la oscilación de un péndulo podían describirse, predecirse y verificarse mediante ecuaciones. Desde entonces, los físicos nos hemos guiado por esa filosofía. No nos basta con encontrar una fórmula empírica que describa un fenómeno observable: queremos derivarla desde los primeros principios, queremos unas matemáticas que den cuerpo a la realidad. Durante más de dos siglos, «entender el mundo» significó «pensarlo como Newton»: su obra fijó la arquitectura mental de generaciones enteras de científicos. Esa búsqueda, la de los fundamentos, la de las matemáticas profundas que expliquen el mundo, fue la que dio origen tanto a la física moderna como a la mecánica cuántica. En cierto modo, los físicos del siglo XX seguían las «enseñanzas sagradas» del libro de Newton. Por eso, cuando llegó la física cuántica, hubo tanta resistencia a aceptarla. El edificio newtoniano era tan sólido, tan perfecto, que costaba muchísimo imaginar otra forma de pensar el mundo. Pero, en el fondo, tanto la física newtoniana como la mecánica cuántica comparten una misma naturaleza: son teorías físico-matemáticas que nos permiten describir la realidad. Sin embargo, cada una se aplica a distintos regímenes físicos y utiliza herramientas matemáticas diferentes.

Algo similar ocurre en el mundo cuántico: tendemos a interpretarlo utilizando conceptos de la física clásica, y ese no siempre es el camino más adecuado. Intentar comprender fenómenos cuánticos con intuiciones clásicas es, en cierto modo, como reparar un reloj con herramientas de un taller mecánico: no es que el reloj sea «extraño», sino que requiere instrumentos distintos. Del mismo modo, no podemos esperar que sistemas microscópicos se comporten como objetos macroscópicos. Aun así, incluso desde esta perspectiva, hay fenómenos cuánticos que resultan profundamente contraintuitivos. Como señaló Niels Bohr, «quien no se sienta desconcertado por la mecánica cuántica es que no la ha entendido». Pero, si lo pensamos con cuidado, la física clásica también está llena de conceptos poco intuitivos: ¿qué es exactamente la energía potencial?, ¿qué significa un campo gravitatorio o magnético? Lo cierto es que tampoco son conceptos intuitivos, los aceptamos porque lo vemos funcionar y lo que llamamos «entender» muchas veces es simplemente estar acostumbrados. A veces parece que hemos olvidado lo extraña que era la física clásica la primera vez que la estudiamos.

En cualquier caso y, pese a su extrañeza y al escepticismo inicial, la mecánica cuántica es una teoría extraordinariamente precisa y exitosa: describe la naturaleza con una precisión asombrosa. Puede que nos cueste imaginar o visualizar como es el mundo microscópico; pero cuando hay que resolver un problema y aplicar las leyes, la forma de hacerlo está perfectamente definida. A día de hoy, la teoría cuántica ya no es una teoría abstracta confinada a los laboratorios: está presente en muchas de las tecnologías que utilizamos a diario, desde los transistores de ordenadores y teléfonos móviles hasta los paneles solares, las luces LED, los láseres o las pantallas táctiles. Y, lejos de ser un campo cerrado, sigue siendo una disciplina en plena evolución, en la que continuamente se realizan experimentos que profundizan en la naturaleza del mundo microscópico[3]. De hecho, estamos inmersos en la llamada segunda revolución cuántica, donde el reto ya no es observar o teorizar, sino manipular y controlar los efectos cuánticos; abriendo la puerta a tecnologías completamente disruptivas en computación cuántica, simulación de materiales, diseño de fármacos o sensores ultrasensibles.

La naturaleza probabilística de la mecánica cuántica da lugar a fenómenos sorprendentes y realidades que, a veces, son difíciles de digerir. Las partículas ya no se describen como objetos con trayectorias definidas, sino como ondas de probabilidad capaces de interferir, extenderse por varios lugares a la vez o incluso atravesar barreras aparentemente impenetrables, en el llamado efecto túnel. Esto a su vez da lugar a conceptos como la superposición de estados o el entrelazamiento: un fenómeno en el que dos partículas están interrelacionadas de tal forma que, sin importar la distancia que las separe, el estado de una partícula se correlaciona instantáneamente con el de la otra. Este fenómeno, que inquietaba a Einstein hasta el punto de llamarlo «acción fantasmal a distancia», ha sido confirmado experimentalmente y hoy es la base de fenómenos como la teleportación cuántica, en la que el estado de una partícula se transfiere a otra distante o de tecnologías como la criptografía cuántica o la teleportación cuántica[4]. A día de hoy, la ciencia se encuentra en una situación en la que muchos conceptos que durante décadas parecían puramente teóricos son hoy realidades experimentales.

Para comprender mejor estos fenómenos es necesario introducir un concepto central: la función de onda. Propuesta por Erwin Schrödinger en 1926, es una descripción matemática que contiene toda la información posible sobre un sistema cuántico (posición, momento, energía y otros observables como el espín). A diferencia de la física clásica, donde basta con conocer la posición y la velocidad de una partícula para predecir su evolución, en el mundo cuántico no podemos hablar de propiedades definidas en todo momento. No podemos decir con certeza dónde está una partícula, solo podemos hablar de probabilidades de encontrarla en ciertos lugares. Por eso la partícula se representa con una función matemática llamada función de onda, que se representa con la letra griega Y(psi). Esta función no nos dice directamente dónde está la partícula, pero sí nos permite calcular la probabilidad de que esté en un lugar concreto.

Íntimamente relacionado nos encontramos con el concepto de superposición de estados. A diferencia de lo que ocurre en el mundo cotidiano, un sistema microscópico no tiene por qué encontrarse en un único estado definido. Solo podemos conocer que estados son posibles y que probabilidad hay de que la partícula esté en cada uno de ellos. La forma más precisa de describir esta situación es mediante una «mezcla» de posibilidades, una mezcla de estados o funciones de onda. Cada una de ellas tiene asociada una probabilidad, y todas coexisten simultáneamente. Esa coexistencia es lo que llamamos superposición. No tiene equivalente clásico. La física clásica es determinista, todo es calculable y predecible: por ejemplo, al lanzar una moneda al aire, podríamos pensar que el resultado es aleatorio. Pero, en realidad, si conociéramos con exactitud todos los detalles del lanzamiento (la fuerza, el ángulo, la rotación, la resistencia del aire… ), las leyes de Newton nos permitirían predecir con certeza si saldrá cara o cruz. El problema es que esos cálculos son tan complejos que, en la práctica, decimos que el resultado es aleatorio, aunque en el fondo no lo sea. Es una incertidumbre subjetiva, no es una incertidumbre intrínseca al sistema: la teoría permite que un estado esté bien definido matemáticamente, pero en la práctica a veces no lo conocemos. La física cuántica es diferente. Imaginemos ahora una «moneda cuántica». Al lanzarla, no sabemos qué resultado saldrá, pero no porque nos falte información (lo que Einstein llamaba variables ocultas) o porque sea demasiado difícil calcularlo, sino porque la mecánica cuántica solo describe probabilidades, no resultados determinados. Y esas probabilidades no tienen por qué ser siempre del 50%-50%. Podría ser, por ejemplo, un 75% de posibilidades de obtener cara y un 25% de obtener cruz, o cualquier otra combinación. Lo fundamental es que, antes de medir, el sistema está descrito solo por probabilidades, no por resultados fijos. Algo parecido les ocurre a partículas como los electrones en el mundo cuántico. En este caso se trata de incertidumbre objetiva, intrínseca al sistema, no es fruto de nuestra falta de información.

Cuando realizamos una medida sobre nuestro sistema cuántico, esa incertidumbre, el estado de superposición, desaparece y obtenemos un único resultado concreto. Es como si el sistema, que antes contenía varias posibilidades a la vez, se viera obligado a elegir una de ellas. Este proceso es lo que se conoce como colapso de la función de ondas. El proceso de transición de lo indefinido a lo definido, del colapso de la función de onda, constituye el problema de la medición, un fenómeno exclusivo de la física cuántica. En el mundo clásico, medir solo revela información preexistente; en cuántica, la medición altera el sistema. En mecánica cuántica el observador «afecta» a la realidad: el acto de medir fuerza a un sistema, que antes podía existir en una superposición de múltiples estados a adoptar un único estado definido.

Otro concepto muy relacionado es el llamado entrelazamiento cuántico: la correlación instantánea entre ciertas partículas cuánticas, de manera que la medición de una afecta inmediatamente a la otra, sin importar la distancia entre ellas. Esencialmente, son dos (o más) partículas que comparten un mismo estado y sus propiedades no pueden describirse de forma independiente. No se trata de que al medir sobre ellas obtengamos siempre los mismos resultados, sino de que los resultados que obtengamos al medir están correlacionados[5]. Pensando en nuestras monedas cuánticas, si estuviesen entrelazadas, el entrelazamiento podría ser tal que siempre se obtengan resultados distintos cuando las lanzamos. Así, si yo lanzo una y sale cara, sé que al lanzar la otra saldrá cruz, no importa lo lejos que esté la persona que haya lanzado la otra moneda entrelazada. Los conceptos de superposición y entrelazamiento son base para las aplicaciones más sorprendentes de la física cuántica: la teleportación. En el mundo cuántico no podemos copiar un estado sin destruirlo (el colapso de la función de onda), pero sí podemos transferirlo de un sistema a otro. Para ello, se utilizan dos partículas 1 y 2 entrelazadas: el estado cuántico de la partícula 1 se reconstruye en la partícula 2 (que puede estar todo lo alejada que queramos) gracias a su correlación previa, junto con un pequeño intercambio de información clásica. De este modo, el estado original desaparece y reaparece en otro lugar, sin haber sido copiado ni transportado físicamente. Este proceso, demostrado experimentalmente desde 1997 y hoy a gran escala, ilustra cómo la superposición y el entrelazamiento no son solo ideas abstractas, sino recursos reales para procesar y transmitir información de formas que no tienen equivalente clásico[6].

¿Y cómo encaja esto con el universo Lynchiano?

Pensemos ahora en Lost Highway (cuidado, aquí empiezan los spoilers). No es una película al uso, no cuenta una historia de forma directa ni lineal. Es una narración fragmentada, ambigua, y difícil de entender a primera vista. Sin embargo, aunque a primera vista todo parezca raro y surrealista, debajo hay algo, una historia, una reflexión. Y, como en física, lo interesante no es solo que algo nos desconcierte, sino también intentar descifrar qué reglas subyacen.

La película explora una historia que gira en torno a los celos, la culpa y la identidad. Una de las interpretaciones más conocidas o aceptadas es la de la fuga psicógena: un mecanismo psicológico que consiste en crear una realidad alternativa para escapar de un trauma insoportable. Fred, un saxofonista consumido por los celos, asesina a su esposa Renée porque sospecha que le es infiel. En prisión, mientras espera la ejecución en la silla eléctrica, su mente colapsa y entra en un estado de fuga psicógena. Fred se transforma en Pete Dayton, un joven atractivo, con una vida a normal, padres cariñosos y éxito con las mujeres. En esta fantasía, reaparece su esposa convertida en otra mujer, Alice, una versión idealizada y, al mismo tiempo, degradada de Renée. A través de esta historia, la mente de Fred intenta justificarse: se convence de que Renée, ahora Alice, nunca lo amó y le engañaba. Pero, poco a poco, la fantasía se derrumba, y Fred/Pete empieza a enfrentarse con su horrendo crimen. A lo largo de la película aparece de forma intermitente un personaje que, de alguna manera, actúa como catalizador entre las transiciones entre Fred y Pete. Es el «Hombre Misterioso», que con sus cintas de video representa la conciencia de Fred intentando salir a la superficie (al principio de la película, Fred dice: «No me gustan las cámaras, me gusta recordar las cosas como quiero recordarlas, no como pasaron»).

¿Cómo podemos trasladar los conceptos que hemos visto a esta película? ¿Que representan Fred y Pete? ¿Son una única persona o son varias? ¿Es un mismo sistema que puede estar en dos estados posibles? Pensándolo en estos términos, Fred y Pete no serían un simple desdoblamiento psicológico: serían dos estados posibles de un mismo sistema. Nuestro sistema «protagonista» puede adoptar dos estados: Fred o Pete, ¿en cuál se encuentra? Solo podremos saberlo cuando midamos, cuando interaccionemos con el sistema. En este sentido, el Hombre Misterioso actúa como el científico que hace una medición: al observar con su cámara, obliga al sistema «protagonista» a colapsar, a elegir uno de sus dos estados posibles: Fred o Pete. La mirada de la cámara, la mirada cinematográfica, es la que provoca el colapso de la función de onda que describe el estado de nuestro protagonista.

¿Y qué ocurre con Alice y Renée? ¿Dos identidades fragmentadas? ¿Dos realidades conectadas? La película no lo resuelve y juega deliberadamente con esa ambigüedad: incluso aparecen en una misma fotografía, como si coexistieran en un mismo plano, pero sin terminar de ser independientes. Desde la lectura cuántica, podemos pensar en Alice y Renée como un sistema entrelazado: dos partes de una misma realidad que no pueden entenderse por separado. No son lo mismo ni una duplicación, son personajes conectados por una misma estructura emocional. Lo que descubrimos de una, reconfigura cómo entendemos a la otra. No hay una sin la otra, y cualquier intento de fijarlas como identidades separadas se queda corto. Como en el entrelazamiento cuántico, forman un único sistema narrativo cuya lógica no es lineal ni clásica. Y, como en la teleportación cuántica, su estado, sus sentimientos pueden desplazarse de una a otra sin importar lo alejadas que están.

El objetivo de la comparación no es decir que Fred/Pete o Alice /Renée «se comportan como partículas», sino señalar algo más sutil: que la película, igual que la mecánica cuántica, nos obliga a abandonar la idea de que las cosas tienen un estado definido, predeterminado o independiente en todo momento. En la cuántica, y en el cine de Lynch, lo que algo «es» depende de cómo lo miramos y de con qué está relacionado.

Y todavía queda el Sr. Eddy, un mafioso local relacionado con Pete y Alice, obsesionado con el orden, las reglas y que todo debe funcionar según normas claras. Y aunque estoy segura de que David Lynch no pensaba en esto al construir al personaje, es muy tentador interpretarlo como la reencarnación de la visión clásica heredada de Newton y de la obsesión que ha perseguido a muchos físicos por imponer sus ideas de control y causalidad.

Si ampliamos el foco a otras películas David Lynch, la esencia misma de la física cuántica la vemos ya en Blue Velvet, donde aparece la idea de que bajo una realidad aparentemente simple hay otra capa más compleja, menos estable. La superposición de estados es fácil ver que es un patrón que se repite. En Mulholland Drive, la relación entre Betty y Diane vuelve a plantear una identidad en tensión, que no se resuelve hasta que la narración colapsa en una versión concreta. En la tercera temporada de Twin Peaks, la dualidad entre Cooper y su doble oscuro funciona de forma similar: dos estados que coexisten hasta que la historia los enfrenta. ¿O estamos viendo partículas entrelazadas en las que lo que hace la una determina lo que hace la otra? Curiosamente, en The Straight Story encontramos lo contrario: una narración completamente clásica, lineal, casi newtoniana. Como si Lynch también pudiera moverse, cuando quiere, en un mundo donde las trayectorias están bien definidas.

Todo esto no significa que el cine de Lynch «sea» física cuántica. Pero sí sugiere algo interesante: que ciertas estructuras narrativas, ciertas formas de contar, resuenan con una manera distinta de entender la realidad. Una en la que no todo está fijado de antemano, en la que varias posibilidades pueden coexistir y en la que el acto de observar (o de interpretar) forma parte de la propia historia.

Quizá por eso sus películas nos desconciertan. No porque no tengan sentido, sino porque nos obligan a abandonar, aunque sea por un momento, la comodidad de un mundo donde todo es único, lineal y perfectamente definido.

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Bibliografía, notas y fuentes:

[1] La radiación de cuerpo negro es la radiación electromagnética térmica emitida por un cuerpo negro (un objeto opaco y no reflectante). El espectro de radiación tiene una forma característica que solo depende de la temperatura del cuerpo negro.

[2] Suele distinguirse entre «física cuántica» al hablar de los primeros avances de Planck, Einstein y Bohr y «mecánica cuántica», la teoría desarrollada a partir de 1925 gracias a Heisenberg, Schrödinger y muchos otros científicos.

[3] El Premio Nobel de Física de 2025 se concedió a John Clarke, Michel Devoret y John Martinis por el «efecto túnel cuántico macroscópico y la cuantización de la energía en un circuito eléctrico». Con este trabajo buscan responder a una de las grandes preguntas de la física: dónde está el límite en el que las reglas del mundo macroscópico dejan de ser aplicables y comienzan a regir las leyes del mundo cuántico.

[4] Los experimentos realizados por John Clauser, Alain Aspect y Anton Zeilinger confirmaron la realidad del entrelazamiento cuántico demostrando que las correlaciones predichas por la mecánica cuántica violan las desigualdades de Bell, lo que descartaba explicaciones basadas en variables ocultas locales. Por estos trabajos recibieron el Premio Nobel de Física 2022.

[5]  ¿Cómo entrelazo dos partículas? Hay partículas cuánticas que pueden producirse juntas en un mismo proceso físico en el laboratorio. Por ejemplo, cuando un electrón, al desexcitarse, desciende dos niveles energéticos dentro del átomo, se generan dos fotones entrelazados. También ocurre cuando una partícula se desintegra en dos: sus «hijas» comparten información cuántica. O en una colisión electrón-positrón, que produce dos fotones entrelazados. Estas partículas forman un sistema único, aunque estén separadas por kilómetros. Como buenas partículas cuánticas, sus propiedades solo pueden describirse en términos probabilísticos. Al medir una de ellas hacemos colapsar su estado cuántico, pero también el de la otra, ¡sin tocarla y de forma instantánea! Esto no significa que se transmita un mensaje más rápido que la luz, sino que nunca dejaron de ser un solo sistema. Este hecho ha sido comprobado experimentalmente, e incluso se ha logrado el entrelazamiento triple, en el que tres fotones quedan entrelazados.

[6] La teleportación cuántica fue propuesta en 1993 por Charles Bennett, Gilles Brassard, Claude Crépeau, Richard Jozsa, Asher Peres y William Wootters. En 1997, un equipo de científicos austriacos dirigido por Anton Zeilinger realizó la primera demostración experimental del protocolo de teleportación cuántica. El récord actual es el experimento QUESS (Quantum Experiments at Space Scale) de la Agencia Espacial China: se llevó a cabo la teleportación cuántica entre un satélite en órbita y estaciones terrestres separadas por más de 1200 km, un hito que abre la puerta a una red de comunicaciones cuánticas global.