martes, 12 de marzo de 2013

Incompletitud y medida en física cuántica (III): entrelazamientos y desigualdades



La conferencia Solvay de 1927 es conocida, entre otras cosas, por las intensas discusiones entre Einstein y Bohr. Einstein solía proponer un experimento mental que contradecía algún punto de la mecánica cuántica por la tarde, solo para que Bohr apareciese con una solución por la mañana. La conferencia terminó con una derrota del bando de Einstein que, además, se vio manifiestamente diezmado en el número de miembros.

Pero aquello fue sólo una batalla para Einstein. El artículo de 1935 con Podolsky y Rosen, fue un fuerte contraataque a la línea medular de la interpretación de Copenhague de la mecánica cuántica. Un contraataque que costó más de treinta años neutralizar adecuadamente y cuyo desenlace no vieron ni Einstein (muerto en 1955) ni Bohr (en 1962).

La conclusión del artículo de Einstein, Podolsky y Rosen, esto es, que la mecánica cuántica estaba incompleta y existen variables locales ocultas (véase la segunda parte de esta serie) pasó a ser conocida como paradoja EPR. Sin embargo, un comentario de Erwin Schrödinger en una carta a Einstein nos daría un término posiblemente más familiar, Verschränkung, lo que hoy conocemos como entrelazamiento, “para describir las correlaciones entre dos partículas que interactúan y entonces se separan, como en el experimento EPR”. El propio Schrödinger elaboraría su idea publicando un artículo con Max Born en 1935 titulado “Discusiones sobre las relaciones de probabilidad entre sistemas separados”. En este artículo encontramos lo que ya expusimos en la primera parte, a saber:

“Yo no llamaría [al entrelazamiento] un sino el rasgo característico de la mecánica cuántica, el que fuerza su separación completa de las líneas clásicas de pensamiento.”

En ningún lugar es esto más evidente que en el propio artículo EPR. Efectivamente, por primera vez en la historia de la física los autores sienten la necesidad de definir “realidad física” [traducción propia]:

“Si, sin perturbar el sistema de ninguna manera, podemos predecir con certeza el valor de una magnitud física, entonces existe un elemento de realidad física correspondiente a esta magnitud física”

Dicho con otras palabras: si una propiedad física de un objeto puede ser conocida sin que éste sea observado, entonces esa propiedad no ha podido ser creada por la observación. Si no fue creada por la observación debe haber existido como realidad física antes de su observación. Citando de nuevo a Einstein:

“Me gusta pensar que la Luna sigue ahí incluso cuando no la estoy mirando”

El realismo local, esto es, la combinación del principio de localidad (un objeto se ve influido solamente por su entorno inmediato) y la asunción realista de que todos los objetos deben objetivamente tener un valor pre-existente de cualquier posible variable objeto de medida antes de que la medida se realice, está en el corazón de la mecánica clásica, de la relatividad general y de la electrodinámica. Es el realismo local lo que Einstein, Podolsky y Rosen usan en su paradoja y lo que entra en contradicción con el entrelazamiento cuántico, y cuya salvaguarda apuntaría a la existencia de variables locales ocultas.

Estaba claro que la teoría se encontraba atascada en este punto. Sólo la experimentación podía cortar este nudo gordiano. Pero, ¿habría alguna forma de comprobar experimentalmente la existencia de estas variables ocultas? Pues sí, pero habría que esperar a otro desarrollo teórico. John Bell presentó en 1964 en su artículo “Sobre la paradoja EPR” un teorema que permitía diseñar experimentos para comprobar la existencia o no de estas variables ocultas. Este teorema, habitualmente llamado la desigualdad de Bell, relativamente poco conocido, ha sido calificado como el “descubrimiento más profundo de la ciencia” (no de la física, sino de la ciencia). Los diseños experimentales basados en él apuntan a que el realismo local es violado por la mecánica cuántica.

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