¿Hay fenómenos cuánticos independientes del espacio-tiempo en algunos aspectos?

Imagen: Recreación artística de Jorge Munnshe / Amazings / NCYT


El que un objeto cuántico se comporte como una onda o como una partícula depende, según una interpretación clásica de la mecánica cuántica, de la elección del instrumento de medición empleado para observar el sistema, y por tanto del tipo de medición que se hace.

El equipo de físicos de Anton Zeilinger, de la Universidad de Viena y la Academia de Ciencias de Austria, ha profundizado en este fenómeno a través del análisis detallado de dos experimentos recientes.

Si un fotón determinado se comporta como una partícula o como una onda puede depender también de la medición realizada en un segundo fotón, entrelazado cuánticamente con el primero. El entrelazamiento cuántico es un fenómeno en el que dos o más partículas (por ejemplo fotones) se "enlazan" entre sí de modo inextricable, hasta el punto de que al medir ciertas propiedades de un objeto se revela información sobre el otro (o los otros).

En los nuevos experimentos, dos fotones entrelazados cuánticamente están separados por una distancia tan grande que ninguna transferencia de información entre ellos sería lo bastante rápida (a velocidades que nunca pueden superar la velocidad de la luz) para que la información cuántica de uno pase al otro. Aún así, según se comprobó en ambos experimentos, si el primer fotón se comporta como una onda o como una partícula, sigue dependiendo de la medición realizada en el segundo. Si bien los resultados de estos experimentos son plenamente compatibles con la física cuántica, una explicación clara en términos de causalidad (causa y efecto) es imposible, ya que, según la teoría de la relatividad de Einstein, cualquier transferencia de información se limita a la velocidad de la luz, y en los experimentos la información entre los fotones debería haber viajado a una velocidad más rápida que la de la luz para que hubiera causalidad.

Los experimentos sobre los fundamentos de la mecánica cuántica tienen una larga historia, plagada de dificultades, y fueron desarrollados para intentar esclarecer las implicaciones para el mundo físico real de algunos de los planteamientos teóricos de la mecánica cuántica, un tanto fantasmales para la lógica convencional.

Un hito importante fue el experimento de 1978 hecho por John Wheeler, el último colaborador de Einstein. En este experimento, un solo fotón, en un interferómetro, tiene dos caminos que podría tomar. En su carácter de onda, el fotón tomará los dos caminos al mismo tiempo (de modo comparable en ciertos aspectos a cómo la onda en el agua provocada por una piedra arrojada a un estanque se propaga en todas direcciones). En su carácter de partícula, el fotón necesita "decidir" cuál de los dos caminos tomará. Wheeler demostró, de acuerdo con la mecánica cuántica, que la "decisión" de si el fotón se comporta como una onda o como una partícula se puede tomar incluso después de que haya entrado en el interferómetro.

En todos los experimentos anteriores, la posibilidad de que la elección de la medición tuviera una influencia causal en la observación real (mediante la transmisión de información a una velocidad más lenta que la de la luz) todavía era plausible.

El análisis detallado de los resultados de los dos experimentos recientes antes mencionados, uno de los cuales se llevó a cabo en Viena (Austria) y el otro en las Islas Canarias (España), ha dado ahora como conclusión definitiva que esa posibilidad de la explicación causal debe ser descartada.

La distancia entre los fotones de los experimentos es demasiado grande para que la elección del tipo de medición efectuado en un fotón tenga influencia sobre el segundo, ya que si se tratase de una relación de causa y efecto, la información debería haber viajado a una velocidad superior a la de la luz.

"Nuestro trabajo refuta la idea de que un sistema cuántico pueda, en un momento dado en el tiempo, aparecer definitivamente como una onda o definitivamente como una partícula. Esto requeriría una comunicación más rápida que la luz, lo cual está radicalmente en desacuerdo con la teoría de la relatividad de Einstein. Y, por tanto, creo que este punto de vista debe ser abandonado por completo. En cierto sentido, los eventos cuánticos son independientes del espacio y del tiempo", dice Anton Zeilinger.

Información adicional

Fuentes : http://www.pnas.org/content/early/2012/12/28/1213201110 , http://noticiasdelaciencia.com/not/6427/_hay_fenomenos_cuanticos_independientes_del_espacio_tiempo_en_algunos_aspectos_/