NeoFronteras

Otra prueba a favor de la Mecánica Cuántica

Área: Física — Lunes, 18 de Agosto de 2008

Un experimento realizado en Suiza muestra, de nuevo, que la “acción a distancia” de la Mecánica cuántica existe y que además se puede dar a distancias considerablemente grandes.

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En Mecánica Cuántica no existen partículas, sino las funciones de onda de las mismas, que además pueden estar en varios estados posibles. La función de ondas puede incluso contener varios estado a la vez, formando lo que se llama una superposición de estados. En ese caso cuando se realiza la medición la función de ondas colapsa hacia uno de los estados posibles.
Si una partícula está en una superposición de dos estados AB, una vez que “medimos la partícula” la función de ondas puede colapsar en el estado A o en el estado B con una probabilidad que supondremos igual. El estado deja de ser indeterminado para pasar a ser determinado.
Según la Mecánica Cuántica se puede tener un estado entrelazo de estados cuánticos correspondientes a diferentes partículas, y se puede además conseguir que una partícula en superposición de estados viaje en una dirección mientras que la otra lo haga en otra y que aun así sigan entrelazados. Como ambos estados están entrelazados, lo que le pase a uno le afectará al otro. De este modo si colapsamos uno de ellos colapsamos el otro al instante por ser en realidad el mismo sistema, colapsando todo el conjunto a la vez.
Pongamos por caso que tenemos dos partículas entrelazadas, cada una en una superposición de estados AB. Entonces, después de un tiempo de vuelo, las dos partículas se pueden haber separado una distancia enorme (sobre todo si son fotones viajando a la velocidad de la luz). Si Alice, pongamos por caso, recibe uno de estos estados y al medirlo lo colapsa a B (no puede elegir cuál colapsará), sabrá que Bob (a incluso años luz de distancia) recibe el mismo estado. Todo esto, claro está, en teoría.
Este resultado no gustaba a Albert Einstein porque aparentaba violar la causalidad relativista, ya que parece que una señal viaja de Alice a Bob a mayor velocidad que la de la luz. Esto se conoce como paradoja Einstein-Podolsky-Rosen. En realidad, esta capacidad de las partículas cuánticas de organizarse aparentemente a mayor velocidad de la luz no viola causalidad relativista porque este proceso no transmite información de Alice a Bob, de la misma manera que si Alice recibe una carta con el contenido “otra carta como esta ha sido mandada a Bob” no transmite información de Alice a Bob o viceversa. Sin embargo el efecto es, cuanto menos, intrigante y misterioso, más si cabe cuando consideramos que ver quién mide primero (y por tanto quién colapsa la función de ondas) depende del sistema de referencia del observador.
Hace ya tiempo que se demostró que este resultado es real, manifestándose en electrones y fotones volando en el espacio vacío del laboratorio. Durante décadas los físicos han tratado de saber qué es lo causa esta “acción a distancia”. Se ha demostrado su existencia, pero no se sabe mucho de sus propiedades o por qué sucede, simplemente se asume como un hecho medible.
No obstante, esta “acción a distancia” sólo se había medido en las cortas dimensiones de los laboratorios.
Ahora unos científicos suizos han demostrado, realizando este experimento con un tamaño kilométrico, que si existiera esa señal que viajase de Alice a Bob debería de ser como mínimo varios miles de veces más rápida que la luz.
El experimento fue realizado por Nicolas Gisin y sus colaboradores de la Universidad de Ginebra. Desde Ginebra se lanzaron fotones entrelazados en sentidos opuestos por dos fibras ópticas hacia dos detectores separados por 18 Km, uno situado al este y otro al oeste. Los detectores consistían en sendos interferómetros. Comprobando si se cumplían las desigualdades de Bell, los investigadores podían saber si el colapso en un lado afectaba instantáneamente al otro.
En principio podría suceder que hubiese algún tipo de señal entre un fotón y otro, porque no está garantizado que las medidas sean sincrónicas desde el punto de vista de un sistema de referencia en movimiento. Es decir, podría haber un intervalo temporal para poder lanzar la señal debido a la Relatividad Especial.
El experimento fue realizado a los largo de un periodo de 12 horas. Durante este tiempo la Tierra rotó lo suficiente como para calcular el límite inferior a la duración del intervalo temporal para cualquier sistema de referencia.
Los investigadores demostraron que esa comunicación no puede existir. La señal, de existir, tendría que viajar 10 de veces más rápido que la luz. Para otros sistemas de referencia más realistas la señal tendría que viajar incluso 10.000 veces más rápido que la luz como mínimo. La cuestión básica es que no hay tiempo para que estos fotones se comuniquen entre sí.
La explicación más aceptada a este fenómeno es que no hay señal que se transmita de un punto a otro. Pero, aunque podemos describir este efecto instantáneo del colapso de la función de ondas, el propio colapso no se entiende bien.
Con este resultado se confirman una vez más las predicciones de la Mecánica Cuántica y proporciona pistas sobre la naturaleza de la “acción a distancia” que permitiría facilitar el desarrollo de nuevos modelos teóricos que lo expliquen. El experimento ha permitido, además, descartar varias explicaciones clásicas (no cuánticas) al fenómeno.
Algunos físicos creen que en Mecánica Cuántica algunas cosas trascienden el espacio-tiempo, concepto este último al que los humanos nos aferramos aunque la Naturaleza sea más extraña de lo que en principio creemos.

Fuentes y referencias:
Salart, D., Baas, A., Branciard, C., Gisin, N. & Zbinden, H. Nature, 454, 861-864 (2008).
Artículo original.
Ilustración: fibras ópticas, foto de origen desconocido.

Salvo que se exprese lo contrario esta obra está bajo una licencia Creative Commons.
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17 Comentarios

  1. lluís:

    Si hubiera algo, una señal que viajara más rápido que la velocidad de la luz, al menos la relatividad especial saltaría por los aires. Precisamente Einstein no soportaba la idea de “entrelazamiento cuántico” y hablaba despectivamente de “acción espeluznante a distancia”. Una de las cosas que no alcanzo a entender es que la naturaleza produzca eventos que sucederían fuera del espacio-tiempo. ¿Qué significa “fuera del espacio-tiempo”?

  2. NeoFronteras:

    Si hubiera tal señal la relatividad estaría a salvo, puesto que este proceso no transmite información. Existen algunos ejemplos de fenómenos en los que hay una velocidad superior a la de la luz y no se viola la causalidad relativista al no transmitirse información.
    En todo caso este resultado apoya que tanto la MC como la relatividad están a salvo.

  3. tomás:

    Estimado lluis:
    Yo no sé responde a tu pregunta, pero desde hace tiempo dudo que esa “malla” espacio-temporal sea el soporte de la realidad, por el hecho de que parece haber excesivas contradicciones. Yo también me pregunto si existe alguna prueba lógica de la existencia del pasado que no sea del tipo “yo existía ayer, luego el ayer existe” puesto que presupone lo que se cuestiona.
    Sin embargo si hubiese un cuantum temporal, todo cambiaría, pues creo que, al menos podría identificarse con el presente. Hay por ahí una ecuación muy sencilla, cuyo autor no recuerdo, ni se la forma de obtenerla. Es t=(G h/ c5)1/2, en la que G es la constante gravitatoria, h la de Plank y c, la velocidad de la luz. Su resultado es tremendamente pequeño para t, que sería el cuantum buscado. Pero me da la impresión de que es artificiosa.
    Un saludo realmente muy dudoso.

  4. NeoFronteras:

    A esa definición se le llama tiempo de Planck. Algunas veces se emplea la constante reducida de Planck, aunque dimensionalmente dice lo mismo. No es ni más ni menos artificiosa que otras definiciones.
    Pero es verdad que hay algunas corrientes en Física Teórica que mantienen que el espacio-tiempo es una construcción derivada a partir de otros entes. Por desgracia todavía no contamos con una buena teoría al respecto.

  5. tomás:

    Neo:
    Gracias por tu comentario y por darme el nombre de ese tiempo mínimo hallado con esa fórmula. Al llamarle artificiosa me refiero a que yo no le encuentro más justificación que la que llevó a Carl Sagan a su ecuación que daba una cierta seguridad de una no recuerdo si vida o civilización extraterrestre. En este caso, además respeta la cuestión de las dimensiones, lo que es imprescindible. Si conociese cual es el proceso mental que ha llevado a ella, quizá cambiaría de opinión.
    Sí te agradecería me dijeses si conoces alguna argumentación que demuestre la existencia del pasado. También a los que vienen dando pruebas de su gran capacidad, como lluis, Pablo o Alejandro y otros que seguramente están muy cualificados, pero cuyo nombre no me viene a la memoria.

  6. NeoFronteras:

    El tiempo de Planck es el tiempo que la luz emplearía en recorrer la longitud de Planck:

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    ¿Existencia del pasado? ¿Qué quiere decir? El pasado es su comentario Tomás, este comentario es el presente ahora cuando escribo y será el pasado inmediatamente o cuando usted lo lea.
    El pensamiento nihilista está un poco trasnochado y en ciencia nunca es considerado.

  7. onat:

    Pienso que es una prueba más de la existencia de una dimensión espacial superior. Las partículas del ejemplo aparentemente se separan una gran distancia dentro de las tres dimensiones espaciales conocidas, pero no lo hacen en una cuarta. Sí existe una comunicación, pero ésta se produce únicamente a través de la dimensión superior.

  8. tomás:

    Al comentario 6:
    Gracias, Neo, por la aclaración. Tiene sentido y y es muy digna de considerar.
    Comprendo su extrañeza expresada en “¿Qué quiere decir?” Sin embargo su argumentación no es correcta: Cuando dicen que el pasado es mi comentario, etc., dan por hecho lo que se pone en cuestión.
    Siendo, como soy, absolutamente determinista y de mentalidad científica, no cabe en mi nihilismo alguno. Lo que sucede lo explico en el comentario en el comentario 3.
    Muchísimas gracias y un afectuoso saludo.

  9. Jorge:

    Si comprendí algo de lo que hay en el articulo, ustedes me lo podrían aclarar, entiendo que con esto se podrían enviar, corrijo escribir mensajes desde la tierra a por ejemplo alfa de centauri A, de modo casi instantáneo, ¿puede ser eso lo que esta posibilidad implica?

  10. NeoFronteras:

    ¡No! Es lo mismo que mandar dos cartas desde Nueva York, una a Berlín y otra a Tokio. Cuando se abre en Berlín saben que también han recibido una en Tokio similar y viceversa, pero no sirve para mandar información desde Berlín a Tokio.

  11. Jorge:

    No me expliqué bien, lo que quería decir es que si yo escribo una carta en nueva york, entonces al mismo momento la estoy escribiendo (no transmitiendo la carta), una en Berilin y otra en Tokío, ¿es eso?

  12. NeoFronteras:

    La metáfora de la carta explica por qué no se transmite información “superlumínica” de un punto a otro, no explica el efecto en sí.
    El fenómeno no sirve para mandar información más rápidamente que la luz, pese a lo que se ha dicho en otros medios.

  13. RicardM:

    Tomas (comentario 8), el pasado es lo que recuerdo, el futuro es lo que preveo, el presente es mi ahora. Pasado, presente y futuro, tal como yo lo entiendo, son la precepción subjetiva de la dimensión temporal. Sin esta percepción seríamos como los reptiles, que sólo viven el ahora. Para los físicos (yo no lo soy y puede que este equivocado) el tiempo es una magnitud, y existe el antes y el después del mismo modo que existe el aquí y el allá.

  14. Jorge:

    No me referia a mandar información, sino, a que por medio de este efecto a distancia, yo a la vez que escribo esta carta aquí, en ese mismo momento se van dibujando allá las letras y palabras de esa misma carta que estoy escribiendo, sin implicar la transmisión de información al menos como se lo predice.

  15. tomás:

    Gracias RicardM por tu respuesta. El concepto de pasado, presente y futuro es obvio y el que tú me das es subjetivo. Estoy buscando la demostración de su existencia como magnitud física, que es a la que te refieres luego, lo cual se interna en la filosofía de la ciencia. Creo que es un concepto primario y por tanto básico e indemostrable. Él espacio también es básico, pero lo percibimos con nuestros sentidos, lo que no sucede con el tiempo.

  16. Darío Alonso:

    Me gustó la frase ‘…la naturaleza sea más extraña de lo que en principio creemos’.

  17. Carlos:

    Si el espacio fuese la sumatoria de infinitos caminos o vías, entre un objeto o suceso y una mente que lo comprende, y el espacio se genera por la expansión del Universo, la tensión de las fibras de esta trama, no sería homogénea sino para universos locales.Vale decir que cada espacio de referencia se desplazaría sobre una banda Transportadora.Por lo tanto para un observador las leyes de la física se cumplirían en su sistema de referencia, pero qué pasaría si un objeto que se dezplaza a x m/seg sobre su banda con V constante, se montara en otra más rápida? Para el observador el objeto saltó a otra vel. sin aceleración (salto cuántico).¿En el Entrelazamiento Cuántico no puede ocurrir algo así?

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