NeoFronteras

La mecánica cuántica pasa otra prueba

Área: Física — jueves, 26 de abril de 2007

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En un experimento reciente propuesto para ver si un tipo de teoría de variables ocultas está detrás de la Mecánica Cuántica se ha podido comprobar que esto no es así y por tanto la Mecánica Cuántica es la mejor teoría con la que contamos para describir el mundo microscópico, a pesar de no ser realista ni local, es decir, extraordinariamente exótica.
El experimento fue llevado a término por Anton Zeilinger y sus colaboradores de la Universidad de Viena en Austria.
En Física se entiende por realismo que los objetos tienen propiedades específicas. De este modo podemos decir que este auto es rojo, este libro es un tratado de Física o que este electrón tiene un determinado spin.
No hay problema para los dos primeros casos correspondientes a objetos cotidianos, pero en el mundo microscópico donde viven los electrones la última afirmación no se puede mantener, o al menos, la Mecánica Cuántica, que es la única teoría que describe ese mundo, no nos lo puede decir. Bajo este punto de vista no tiene sentido pensar que los electrones tienen una característica como el spin bien definida, más bien depende de cómo se mire o qué experimento realicemos.
La teoría cuántica es probabilística, y los objetos sólo se pueden describir de manera borrosa, incluso el concepto de partícula como puntoselemental se difumina y termina siendo un ente extenso. A veces incluso ocurre que parece como si no fuera lícito, en el mundo microscópico de átomos, electrones o fotones de luz, plantear determinadas preguntas.
Esto molestaba sobremanera a Albert Einstein, que a pesar de explicar el efecto fotoeléctrico con el uso de cuantos (y recibir el premio Nobel por ello) no pudo soportar el rumbo que finalmente tomó la teoría y los resultados que proporcionaba (“Dios no juega a los dados”).
Además, la teoría cuántica es no local y, bajo determinadas circunstancias, eventos que suceden en un lugar pueden afectar a lo que ocurra en otro lugar situado a una distancia arbitraria. Esta acción a distancia también molesta a Einstein y sus seguidores.
Aunque no poder localizar un objeto en un punto con una determinada velocidad o determinar su energía y el momento en la que se mide sonaba extraño, todas las pegas fueron ignoradas porque el éxito de la teoría fue tan arrollador a la hora de predecir resultados en absolutamente todos los experimentos que casi todo el mundo adoptó la nueva teoría.
Por eso se llego a pensar que la Mecánica Cuántica era correcta, pero que no era la teoría definitiva. Ésta sería una suerte de teoría estadística, una teoría incompleta, de una teoría más profunda y desconocida basada en variables ocultas.
La famosa acción a distancia parecía ser un buen blanco para demostrar esto último. Supongamos que se lanzan dos fotones en direcciones opuestas que esteń entrelazados cuánticamente en una superposición de estados de polarización, digamos que en estado “AB”. Esto significa que no sabemos si están en el estado “A” o en el estado “B” (sería el spin con electrones) pero si medimos una de estas partículas y resulta que está en estado “A” automáticamente el estado de la otra partícula queda determinado específicamente aunque se encuentre a años luz de distancia. La idea de localidad desaparece porque el comportamiento local debería de estar gobernado por eventos locales y en este caso no es así. Ésta es la famosa paradoja EPR (por Einstein, Podolsky y Rosen). Hay que añadir que, a pesar de todo, no se viola la causalidad relativista porque no se transmite información en el proceso.
En los sesenta el físico John Bell propuso una serie de desigualdades para comprobar si había variables ocultas en el mundo microscópico. Si existiera un nivel de realidad aun por descubrir debería de manifestarse en un experimento como el antes descrito al medir ciertas parámetros y comprobar si se cumplen las desigualdades.
En los experimentos realizados en las décadas posteriores se pudo comprobar que las desigualdades de Bell eran violadas y por tanto ese conjunto de variables ocultas no podía existir. La Mecánica Cuántica resistió la prueba y por tanto debía de ser no realista o no local o incluso ninguna de las dos.
Ahora Zeilinger y sus colaboradores de la Universidad de Viena han medido de nuevo este tipo de propiedades en un experimento de polarización de fotones muy sofisticado para ver si la Mecánica Cuántica obedece al realismo pero no a la localidad. Se trataba de comprobar si sacrificando sólo la localidad se puede tener al menos una teoría realista. En 2003 Anthony Leggett propuso otro conjunto de desigualdades que darían cuenta de modelos de variables ocultas diferentes que los considerados por Bell.
El resultado obtenido por Zeilinge dice que, al igual que las desigualdades de Bell, las de Leggett tampoco se cumplen y son violadas. Esto no elimina todos modelos realistas no locales, pero desecha un subconjunto muy grande de ellos. Específicamente muestra que si usted tiene un grupo de fotones que tiene polarizaciones independientes no se puede asignar una polarización específica a cada uno. Sería como ir a un concesionario de coches y saber que los hay rojos, azules, negros y blancos pero que fuera imposible decir el color de cada uno. Una vez comprado un auto determinado y sentados al volante entonces adquiriría un color específico.
El experimento dice que incluso renunciar al concepto de localidad no es suficiente para obtener una descripción más completa del mundo microscópico que el que la Mecánica Cuántica proporciona.
El ultramicroscópico mundo mecánico cuántico parece que todavía seguirá siendo igual de mágico que hasta ahora.

Fuentes diversas.
Referencia: Gröblacher S. Nature, 446. 871 – 875 (2007)

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

  1. Daniel Vazquez:

    Hola.
    Primero que nada quiero felicitarles por su página, una página muy clara y amena para aprender de muchas cosas.
    Respecto a este articulo recuerdo una vez haber leído algo sobre el tema en el libro “El universo en una cáscara de nuez” de Stephen hawking, en el que trataba de explicar como un agujero negro perdía o no información, pues se ponía un ejercicio mental similar en el que 2 partículas opuestas se separaban e iban en ambas direcciones pero una de ellas entraba a un agujero negro, y al no poder salir otra vez, no podía encontrarse con su partícula opuesta lo que era una perdida de información, que eliminaba el poco determinismo que la mecánica cuántica podía proporcionar, así mimo observando el spin de una de las partículas se podía saber inmediatamente el spin de la otra, algo que violaba la ley de que nada puede viajar mas rápido que la luz (inclusive la información), pero que esta era una manera equivocada de pensar pues no se puede escoger que spin se va a observar por lo tanto no hay tal viaje de información (por lo que entiendo es lo que explica este articulo).
    En fin, el libro en su tiempo no lo explica pero Hawkin apostaba a favor de que la información se perdía, pero al final estaba equivocado pues la información regresa (sale otra vez del agujero negro) esto es lo que no me queda claro, además de que compara los agujeros negros a algo similar las “branas” de la teoría de las cuerdas, de esto sale otra de sus teorías del universo holográfico, en el que supuestamente todo el universo esta contenido en una brana en un universo en forma de burbuja, y supuestamente la brana en donde nos encontramos esta situada al borde de tal universo burbuja.
    Todo esto me parece muy interesante y me gustaría que se pudiera explicar con un poco más de claridad, pues me es difícil encontrar información actualizada sobre este tema, agradecería algún link a alguna página o algún comentario.
    Muchas gracias y muchos saludos.

  2. NeoFronteras:

    Al parecer este científico estaba equivocado y la información no desaparece para siempre en el agujero negro.
    De todos modos las teorías de branas, las de supercuerdas y el Universo holográfico no están directamente relacionados con ese tema de la información ni con la paradoja EPR.
    Hay que insistir además en que de todos modos ninguna de esas teorías está todavía aceptada.

  3. Mjal:

    Estoy de acuerdo con Daniel, pues con la consideración de la Física Cuántica se pone entre dicho la realidad en que vivimos y toda la concepción de este mundo, su simbología, conceptos…. en fin todo. Y todavia nos falta mucho por conocer por este fabuloso universo, y es necesaria la divulgación de información por estas vías comunes, y en donde la información es fresca criticable.
    Gracias por crear este tipo de espacios.

  4. jasmin:

    Me parece super bueno todo la información de la mecánica cuántica, pero podrían explicar más las cosas.

  5. nuevo constante:

    Hola a todos los lectores de este sitio. Mi opinión sobre este articulo es que esta muy cool pero tiene falta de explicaciones que son muy necesarias sobre la mecánica cuántica. Con suficiente información los lectores, en el futuro, podremos estar mejor informados en cuanto el tema y quizá seremos mas atraídos por artículos de ciencia publicados en este sitio. Gracias a todos queridos lectores y espero vernos en la siguiente publicación; ya estoy ansioso.

  6. Melitón Peralta Diaz:

    Saludos. Intervengo para comentar que en el universo que nos toca conocer se cumplen la teoría de la relatividad y la mecánica cuántica. Una realidad existe y es verdadera solo para un punto de referencia del espacio-tiempo. Las partículas del ejemplo que se separan partían de una misma realidad, por eso mantienen una aparente “conexión” pero nunca una comunicación. Vivimos en una dimensión (brana) en la que existen tres fuerzas fundamentales y una característica o propiedad que es la gravedad. Recuerden que siempre queremos humanizar a las leyes de la física, pero son y existen independientemente de lo humano. Mas información en ecosocial2012@hotmail.es con el Ing. Melitón Peralta.

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