El entrelazamiento cuántico: una consecuencia de la extraña “realidad” de las ondas probabilísticas

Continuando con los sucesisvos artículos publicados en este Blog sobre cuántica [ “La realidad física”(1), “El multiverso: ¡el último gran error!” (2) y “La básica presencia del observador en el comportamiento corpúsculo-ondular” (3)] , a continuación cerraremos la serie sobre nuestra “interpretación del hecho cuántico” con el presente artículo.

El hecho más sorprendente del entrelazamiento de tres partículas, y la razón principal del interés que despertó en su día la llamada propuesta GHZ, llamada así por el nombre de sus patrocinadores (Greenberger-Horne-Zeilinger), es que podría emplearse para probar el Teorema de Bell, básico para demostrar la no-localidad de la cuántica (ese misterioso “efecto” o acción a distancia), sin el “pesado” uso de desigualdades.

Puede producirse este entrelazamiento de tres partículas, introduciendo en un cierto dispositivo experimental dos pares de fotones entrelazados, dispositivo que hace que un miembro de un par sea indistinguible de un miembro del otro par; la siguiente captura de uno de los dos fotones indistinguibles da origen a que los tres fotones restantes queden entrelazados.

De los experimentos realizados, se obtiene, sin margen para la duda, el resultado de que los “elementos de la realidad” y la localidad de Einstein no pueden existir si la mecánica cuántica (que lo es) es correcta. Como consecuencia: las partículas responden instantáneamente a través de cualquier distancia que las separe a fin de proporcionarnos los resultados que la teoría cuántica afirma que se obtendrían. En esto consiste la “magia” del entrelazamiento.

Ya vimos en el artículo (2) citado anteriormente, el concepto de “realidad” cuántica, no obstante, es conveniente volver a plantearnos el tema.

Ya Born se planteó la cuestión: ¿Tienen realidad física ondas y partículas? (Muy instructivo al respecto es el artículo de Mª. Pilar González Fernández  ( \”Probabilidad y causalidad en la filosofía de Max Born\”). 

Born defendió que lo que todos entendemos por realidad externa objetiva se configura en nuestra mente a través de un proceso inconsciente que “une” las diferentes impresiones sensibles recibidas. Para él, la mente construye inconscientemente invariantes de percepción y que éstos serían los que el hombre denomina cosas reales, de tal manera que la realidad “será entendida como la suma de invariantes de observación”.

En la interpretación de Born de la función de onda de Schrödinger, las ondas de la mecánica ondulatoria se convierten en “ondas de probabilidad”. La reiterada repetición de un experimento nos permite fijar la probabilidad de un resultado y consecuentemente, su carácter invariante dentro de unas mismas condiciones experimentales. “Las ondas de probabilidad son invariantes y, en consecuencia, reales”: En el caso de las ondas el criterio de realidad objetivo es aplicado a la probabilidad.

Born consigue de esta forma compatibilizar la dualidad onda-corpúsculo gracias al concepto de probabilidad: emplea el concepto de partícula para hacer referencia a objetos a través de observables, y el de onda para determinar la probabilidad de que un observable tenga uno de los valores posibles si se realiza una medida. Así, no hay relación de exclusión entre los aspectos corpusculares y ondulatorios de los fenómenos; la dualidad no integra elementos incompatibles. Ahora bien, el primero de los aspectos (el corpuscular) cobra mayor protagonismo.

La probabilidad, entonces, se convierte en una piedra clave “tan real como ininteligible”. “Las ondas describen un estado, es decir, toda la situación experimental, mientras que las partículas son los objetos propios de la investigación”.

Born defiende una concepción de lo real reformulada como la “posibilidad de aceptación intersubjetiva” de toda aportación teórica que sea avalada por los datos experimentales. Sería una suerte de fenomenismo que modifica los compromisos ontológicos tradicionales, al redefinir la “realidad” de los objetos a partir de sus invariantes de observación, construyendo una “realidad débil”.

En opinión de Wojciech Zurek (uno de los teóricos de la “decoherencia”) la “unidad” del mundo real se obtiene por un proceso de “selección de estados” llamado “darwinismo cuántico”. Nos dice que en el mundo cuántico existen unos estados dominantes llamados “pointer states”, suficientemente sólidos para imponerse a cada uno de los observadores “sobre los demás estados”.

Y es que la observación es fundamental para la “creación” de realidad o “reducción del paquete de ondas” de probabilidad.

Según los físicos, la observación es un proceso cuántico que incluye la “decoherencia”.

Pero, al existir múltiples observadores, todos ellos “participan” en este proceso de decoherencia, entonces ¿cómo es posible que todos los observadores describan la realidad de la misma forma?

Según Zurek, esto es posible porque cada observador que construye el mundo real sólo observa una pequeña parte del universo cuántico, por lo que “individualmente” no puede cambiar el estado cuántico “dominante” a nivel global.

Zurek y sus colegas han elaborado un teorema que explicaría cómo nuestro mundo real emerge del mundo cuántico, precisamente mediante el mencionado proceso “darwiniano” de selección que “cristaliza” ciertos estados cuánticos que posibilitarían la construcción de las formas macroscópicas y la relación de los observadores con su entorno.

El mundo macroscópico clásico emerge de un mundo cuántico con muchos estados posibles. Estos múltiples estados interaccionan entre ellos y con su entorno, estabilizando ciertos estados preferentes que producen el resultado macroscópico final.

El teorema matemático desarrollado por Zurek y sus colaboradores demuestra que los estados punteros coinciden realmente con mediciones indirectas del entorno de los sistemas. Según ellos, el entorno de los sistemas se modifica porque contiene la “huella” de los entornos punteros de los objetos que vemos. Se necesitarían múltiples huellas para que los diferentes observadores “vean lo mismo”.

Como relevante señalar que investigadores de la Universidad de Arizona en Tucson (Poul Jessen y sus colegas) han encontrado las huellas dactilares del caos en un sistema cuántico. (En átomos de cesio golpeados por pulsos en un campo magnético). También encontraron que los espines del electrón y el núcleo de cesio se entrelazaban con rapidez al ser bombardeados cuando estaban en el llamado “mar del caos”, lo que sugiere alguna conexión fundamental entre caos y entrelazado.

Jessen ha estudiado experimentalmente el comportamiento de la versión cuántica de un sistema cuántico con extremo detalle y con énfasis en la transición entre lo cuántico y lo clásico, mostrando que en dicha transición se produce un efecto túnel dinámico. En el efecto túnel convencional, una partícula cuántica puede atravesar una barrera de potencial con unan probabilidad no nula. En el efecto túnel dinámico, el sistema recorre el espacio de fases clásico a saltos cuánticos sin atravesar las regiones caóticas que el sistema cuántico no puede describir. La impredecibilidad del sistema caótico clásico se refleja en cierta impredecibilidad en el sistema cuántico, pero por razones distintas. En el primer caso debido a la fuerte dependencia con los cambios en las condiciones iniciales del sistema, en el segundo la impredecibilidad se debe a las transiciones aleatorias por efecto túnel entre estados no caóticos, y además pueden presentarse estados entrelazados en los que se encuentra en un estado de superposición entre los varios estados estables (no caóticos).

No voy a pasar de largo el hecho curioso de la “cristalización del bloque universo” que tiene que ver con nuestro concepto del tiempo físico.

La idea pertenece a los científicos George Ellis y Tony Rothman. Ambos nos dicen que las “raras” leyes de la mecánica cuántica (que incluyen la superposición y el entrelazamiento cuántico) dominan en el futuro, mientras que el pasado está dominado enteramente por las realidades inmutables de la mecánica clásica. La transición entre los dos tiene lugar en el presente. Ese efímero momento del presente realmente ya ha pasado, y las “incertidumbres” del futuro cristalizan en el pasado y cambian desde ser posibilidades en varios lugares al mismo tiempo hasta ser certidumbres estáticas.

En su opinión, este enfoque podría ser un constructo fundamental subyacente al concepto conocido como “la flecha del tiempo”.

El clásico experimento de la doble rendija, y los realizados para probar la no-localidad demuestran que un par de fotones entrelazados (o cualesquiera pares de partículas entrelazadas) constituye una sola entidad. Lo mismo sucede con todo fenómeno de entrelazamiento (tres o muchas partículas) que constituyen “una sola entidad” (sin importar lo extendida o “difuminada” que se encuentre en el espacio la “onda de probabilidad” -que podría llegar, por ejemplo, a millones de añosluz-). En otras palabras, “la característica distintiva del entrelazamiento se deduce del hecho de que un sistema cuántico compuesto de dos o más subsistemas tiene asociado un estado vectorial de una naturaleza tal que los subsistemas sólo tienen “potencialidades” con relación a los observables, las cuales sólo se materializan cuando se realiza una mediación de un observable en uno de los dos subsistemas”.

La “realidad” (formal) de las ondas probabilísticas que “adquiere caracteres de realidad absoluta tomadas en su globalidad” (una sola entidad), al igual que sucede con la intercambiabilidad, a todos los efectos, de la onda probabilística y el corpúsculo en la medida del experimento de la doble rendija, explica la llamada “magia” del entrelazamiento cuántico.

Así que, el entrelazamiento cuántico no sería, finalmente, más que una consecuencia de la extraña “realidad” de las ondas probabilísticas.

 

REFERENCIAS

“Entrelazamiento”. Amir D. Aczel. Drakontos Bolsillo. 2008.

“El efímero tiempo según la física”. Carlos Perla Hernández en Globedia.

“Relaciones del entrelazamiento cuántico y la teoría del caos” en Bit Navegantes. Octubre 2009.

“El caos cuántico en acción”. (http://francisthemulenews.wordpress.com. Octubre 2009).

“La selección natural interviene también en el mundo cuántico”. AION Chile. Noviembre 2007.

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