Justamente esta es la perspectiva inicial y la consecuencia del trabajo del Físico (sí, Físico con Mayúsculas) John Bell acerca de sus trabajos sobre los fundamentos de la mecánica cuántica.
En esta entrada no voy a profundizar en los aspectos matemáticos ni técnicos del trabajo de Bell, ya tendremos tiempo para ello.
Lo que nos interesa en estos momentos es saber el cómo y el por qué del trabajo de Bell, cuál fue su conclusión y por qué es tan famoso.
La mecánica cuántica y sus problemas
En nuestra vida diaria se cumple eso de:
Lo que pasa en la Casa se queda en la Casa
Esto es una forma de decir que lo que ocurre en un punto del espacio no afecta de forma inmediata a otro punto del espacio a no ser que la información tenga tiempo de propagarse de un punto a otro.
Y ya sabemos que la información se traslada bajo un soporte de materia y/o energía con lo que no puede propagarse a velocidades superiores a la de la luz.
Es decir, no hay cosas que afecten a otras de forma instantánea.
Sin embargo, en un mundo cuántico hay fenómenos que tienen influencia en distintos puntos del espacio, no importa lo separados que estén, de manera instantánea.
Esto es debido a lo que se conoce como entrelazamiento cuántico.
Supongamos que tenemos un sistema con una característica llamada color.
Esta característica puede tomar dos valores, naranja y azul…
Y la combinación de naranja+azul nos da blanco.
Además esta característica es conservada, es decir, que si tenemos una partícula inicialmente blanca que se desintegra en un par de partículas una de ellas tiene que ser naranja y la otra azul.
Si la partícula se desintegra en dos, hasta que no medimos su color no sabemos si una es naranja o azul, y no lo sabemos de ninguna de las dos.
Supongamos que una de las partículas la reciben en Buenos Aires y la otra en Berlín.
Cuando en Buenos Aires el físico a cargo del experimento mide el color de la partícula descubre que es naranja… en ese momento sabe que cuando le llegue la partícula al que está en Berlín le saldrá Azul.
El punto clave aquí es que según la mecánica cuántica ninguno de los dos observadores saben a priori si lo que va a obtener es azul o naranja, es decir, a cada uno de ellos le puede salir cualquiera de las dos opciones.
El juego está en que cuando uno de ellos mide al otro le sale el color complementario.
Sin embargo, Einstein no estaba de acuerdo con esta visión, para Einstein cuando la partícula blanca se desintegra cada una de las partes tiene un color definido y evidentemente si a uno le sale naranja al otro le sale azul, no hay otra forma.
Esto es difícil de entender, por lo menos para mi lo fue, así que voy a intentar hacer una comparación para entender esto un poco mejor.
Situación clásica:
1.- Tomamos dos piedras, una blanca y otra negra y la metemos en una bolsa.
2.- Un notario saca una piedra sin mirar su color y la mete en una caja que envía a Buenos Aires y la otra piedra la mete en una caja y la envía a Berlín.
A priori, ninguno de los dos observadores que reciben las cajas saben si la piedra será blanca o negra.
Pero una vez que abren sus cajas saben el color de su piedra y la de su compañero.
Esto parece que es exactamente igual que la situación anterior, la diferencia estriba en que en este ejemplo (no cuántico) tenemos dos piedras que siempre tienen el mismo color.
O blanco, o negro…
En cuántica la diferencia está en que las partículas no tienen color definido hasta que no se mide, y que cuando medimos y descubrimos el color de nuestra partícula sabemos que es lo que va a obtener el otro.
Esa es la diferencia.
Pero Einstein pensó que eso de que no supiéramos el color de cada partícula desde su origen era debido a que la mecánica cuántica era incompleta, es decir, no habíamos encontrado todas las variables adecuadas del sistema.
Si conociéramos estas “variables ocultas” sabríamos que una de las partículas es naranja siempre y la otra azul siempre, justo como en el ejemplo de las piedras.
Y sonó la campana
John Bell estaba muy interesado en esta problemática.
En realidad lo que se está poniendo en tela de juicio es si hay efectos no locales en física.
La física cuántica dice que sí, que hay tales efectos.
Que yo midiendo aquí una partícula que es mezcla de azul/naranja, con la medida me responde azul o naranja, pero si esta partícula está entrelazada con la otra entonces la otra será naranja o azul.
Esto implica que el efecto de medir en Buenos Aires afecta a algo que se medirá o se ha medido en Berlín (eso es lo que significa no localidad).
Para Einstein esto no tenía sentido, la física tenía que ser local y Bell estaba de acuerdo con esto.
Pero en principio parece que esto es una discusión filosófica sobre la estructura de la mecánica cuántica.
Sin embargo, Bell lo tradujo a algo que podría ser medido en un futuro, y que de hecho ha sido medido ya en muchas ocasiones.
El tema puesto sobre la mesa
La cuestión es que Bell se creía la versión de Einstein, es decir, que todo estaba determinado y bien determinado en todas las situaciones.
Es decir, que la situación que hemos descrito era como el ejemplo de las piedras y que la apariencia de no saber en ningún momento el color de las partículas es porque no conocemos todas las variables del problema.
Es decir, que hay variables ocultas que si pudiéramos conocerlas no tendríamos esta discusión.
Pues con esta situación Bell se empeñó en diseñar un método para contrastar una situación clásica (la de las piedras blancas y negras siempre determinadas) con la situación cuántica (en la que el color de las partículas no está definido hasta que las miramos).
Y lo consiguió…
No voy a describir la parte matemática en esta entrada pero Bell dijo, en un experimento podemos calcular una cantidad que vamos a representar por S (da igual cómo se calcula en cada experimento) y resulta que si existen las variables ocultas y las cosas en la naturaleza son siempre como en el ejemplo de las piedras esta cantidad S no puede valer menos de -2 ni más de +2 en ningún caso:
Si la mecánica cuántica es correcta y tenemos efectos no locales y no hay variables ocultas entonces esta cantidad en ocasiones puede ser más pequeña que -2 y más grande que +2.
Y resulta que uno hace experimentos de este tipo lo que encuentra es:
Es decir que la desigualdad de Bell se viola… no se cumple y eso justamente es lo que nos dice que la mecánica cuántica está en lo correcto en esta situación.
Asombroso, un señor, con unas ideas preconcebidas que considera que la mecánica cuántica está incompleta diseña un método para comprobar que es así la cosa.
Lo mágico, lo espectacular, lo impresionante es que la naturaleza, ignorando nuestros prejuicios, nos dice que las cosas no son como pensamos y que las desigualdades que Bell diseñó para comprobar que la naturaleza era local en todas las ocasiones se violan implicando todo lo contrario.
Una magnífica lección…
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