¿Qué es la paradoja de Einstein-Podolsky-Rosen?
Por: Ruth Lelyen
En 1935 los eminentes físicos teóricos Albert Einstein, Boris Podolsky y Nathan Rosen plantearon un experimento cuyas consecuencias cuestionan la interpretación de Copenhague de la física cuántica, de acuerdo con la cual al medir un sistema sólo puede conocerse con certeza la posición o el momento de una partícula determinada, pero nunca ambas variables.
Según la mecánica cuántica, mientras con mayor precisión se mida una propiedad determinada en una partícula, menos podrá definirse otra. Ambos valores no pueden ser controlados simultáneamente, no por problemas en la medición, sino por propiedad intrínseca del sistema. Esta indeterminación se llama principio de incertidumbre.
El experimento EPR ―las siglas corresponden a las iniciales de los investigadores― consiste en medir las propiedades de dos partículas que han estado entrelazadas anteriormente y entonces son separadas. Lo interesante es que, debido a la estrecha relación que hubo entre ambos sistemas, si el observador mide los valores de una de las partículas conocerá los valores de la segunda instantáneamente. Lo mismo sucederá en la otra dirección.
Desde luego, tal sinsentido desafía el principio de incertidumbre, ya que existe una situación determinada donde todas las variables de una partícula pueden ser conocidas con certeza.
La paradoja permitió a los investigadores concluir que las descripciones de la realidad que proponen las teorías cuánticas, basadas en funciones de onda, son incompletas. De este modo, podría esperarse la existencia de alguna teoría no descubierta aún que diera cuenta de todo el sistema y de la cual las interpretaciones cuánticas serían sólo una aproximación.
Los resultados de este experimento apuntan a la existencia de una realidad física objetiva que cumple con las leyes de la causalidad, cuyas descripciones no dependen de las mediciones del sistema y pueden ser determinadas. Hallar una teoría tal fue una búsqueda incesante durante toda la vida profesional de Einstein.
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Planteamiento teórico
A Einstein (y a muchos otros científicos), la idea del entrelazamiento cuántico le resultaba extremadamente perturbadora. Esta particular característica de la mecánica cuántica permite preparar estados de dos o más partículas en los cuales es imposible obtener información útil sobre el estado total del sistema haciendo sólo mediciones sobre una de las partículas. Por otro lado, en un estado entrelazado, manipulando una de las partículas, se puede modificar el estado total. Es decir, operando sobre una de las partículas se puede modificar el estado de la otra a distancia de manera instantánea. Esto habla de una correlación entre las dos partículas que no tiene contrapartida en el mundo de nuestras experiencias cotidianas.
El experimento planteado por EPR consiste en dos partículas que interactuaron en el pasado y que quedan en un estado entrelazado. Dos observadores reciben cada una de las partículas. Si un observador mide el momento de una de ellas, sabe cuál es el momento de la otra. Si mide la posición, gracias al entrelazamiento cuántico y al principio de incertidumbre, puede saber la posición de la otra partícula de forma instantánea, lo que contradice el sentido común.
La paradoja EPR está en contradicción con la teoría de la relatividad, ya que aparentemente se transmite información de forma instantánea entre las dos partículas.[2] De acuerdo a EPR, esta teoría predice un fenómeno (el de la acción a distancia instantánea) pero no permite hacer predicciones deterministas sobre él; por lo tanto, la mecánica cuántica es una teoría incompleta.
Esta paradoja (aunque, en realidad, es más una crítica que una paradoja), critica dos conceptos cruciales: la no localidad de la mecánica cuántica (es decir, la posibilidad de acción a distancia) y el problema de la medición. En la física clásica, medir un sistema, es poner de manifiesto propiedades que se encontraban presentes en el mismo, es decir, que es una operación determinista. En mecánica cuántica, constituye un error asumir esto último. El sistema va a cambiar de forma incontrolable durante el proceso de medición, y solamente podemos calcular las probabilidades de obtener un resultado u otro.
Propuesta experimental: las desigualdades de BellArtículo principal: Teorema de Bell
Hasta el año 1964, este debate perteneció al dominio de la filosofía de la ciencia. En ese momento, John Bell propuso una forma matemática para poder verificar la paradoja EPR. Bell logró deducir unas desigualdades asumiendo que el proceso de medición en mecánica cuántica obedece a leyes deterministas, y asumiendo también localidad, es decir, teniendo en cuenta las críticas de EPR. Si Einstein tenía razón, las desigualdades de Bell son ciertas y la teoría cuántica es incompleta. Si la teoría cuántica es completa, estas desigualdades serán violadas.
Desde 1976 en adelante, se han llevado a cabo numerosos experimentos y absolutamente todos ellos han arrojado como resultado una violación de las desigualdades de Bell. Esto implica un triunfo para la teoría cuántica, que hasta ahora ha demostrado un grado altísimo de precisión en la descripción del mundo subatómico, incluso a pesar de sus consabidas predicciones reñidas con el sentido común y la experiencia cotidiana.
En la actualidad, se han realizado numerosos experimentos basados en esta paradoja y popularizados en ocasiones bajo el nombre de teletransporte cuántico. Este nombre llama a engaño, ya que el efecto producido no es un teletransporte de partículas al estilo de la ciencia ficción sino la transmisión de información del estado cuántico entre partículas entrelazadas. La comprensión de esta paradoja ha permitido profundizar en la interpretación de algunos de los aspectos menos intuitivos de la mecánica cuántica. Esta área continúa en desarrollo con la planificación y ejecución de nuevos experimentos.