Característica ineludible de la realidad: el entrelazamiento cuántico

El entrelazamiento cuántico es necesario para poder describir el mundo físico y no es posible obtener una teoría "post-cuántica" que no lo contenga.

Los seres humanos creemos que somos objetivos y que la realidad que percibimos es tal y como la vemos.

La realidad es que nuestro cerebro y nuestra percepción son el fruto de millones de años de evolución que nos permitieron prosperar en la sabana africana. La ciencia y otros entes culturales de nuestra mente y sociedad no son más que un subproducto de nuestro cerebro. Nuestra capacidad para reconocer patrones a veces beneficia a esos subproducto y a veces no.

La física que percibimos con nuestros sentidos es lo que llamamos "clásica", en contraposición al mundo cuántico microscópico. El mundo cuántico se nos antoja irreal y sorprendente.

Uno de los efectos cuánticos más desconcertantes de la Mecánica Cuántica es el del entrelazamiento cuántico en un experimento EPR. En este tipo de experimentos se entrelazan cuánticamente dos partículas (dos electrones o dos fontones, por ejemplo) que podemos llamar Alice y Bob y se disparan en sentidos opuestos. Los estados de ambas partículas estarán indeterminados hasta que una medida colapse el estado de spin o polarización de una de estas partículas, entonces, automáticamente, el estado de la otra quedará totalmente determinado de manera instantánea, incluso si median años luz de distancia. Ya se ha realizado experimentos en donde las distancias implicadas son incluso de kilómetros.

Aunque no se viola la causalidad relativista, pues el proceso no trasmite información, no deja de ser sorprendente. Si, además, tenemos en cuenta que la primera partícula en ser medida depende de nuestro sistema de referencia según la Relatividad Especial, no es de extrañar que esta "acción a distancia" le desagradara tanto a Albert Einstein (la E de EPR).

Ya lo dijo Richard Feynman una vez: "I think I can safely say no one understands quantum mechanics".

La solución que se propuso en un principio fue el afirmar que la Mecánica Cuántica no es una teoría final, sino una suerte de aproximación estadística a una teoría más fundamental que tendría unas variables aún por descubrir y que se denominaron "ocultas".

Desde entonces se ha podido comprobar experimentalmente que, si deseamos mantener una descripción clásica de la realidad, entonces hay que sacrificar conceptos aún más fundamentales. Básicamente, en estos 70 años se ha podido ver que la realidad es cuántica, aunque nos pese.

Ahora se ha publicado un estudio teórico que indica que cualquier teoría física que tenga un límite clásico (un régimen más allá del cual el mundo sea percibido como clásico) entonces tiene que contener entrelazamiento cuántico. Así que, a pesar de que el entrelazamiento va en contra de nuestra intuición, este es una característica inevitable de toda teoría no clásica, incluso para las teorías "post-cuánticas" que todavía estén por desarrollar o descubrir.

En su artículo publicado en Physical Review Letters, Jonathan G. Richens (University College London), John H. Selby (Imperial College London) y Sabri W. Al-Safi (Nottingham Trent University) parecen demostrar (a la espera de la revisión por pares) que el entrelazamiento es necesario en cualquier teoría no-clásica.

Tradicionalmente se suele decir que el mundo clásico emerge desde el cuántico, pero estos investigadores dicen haber razonado al revés para ver cómo el mundo clásico condiciona o da forma al cuántico. Si se hace así, entonces las características cuánticas raras, como el entrelazamiento, surgen de forma natural.

"Esto apuntaría a que la aparente extrañeza de la teoría cuántica es una consecuencia inevitable de ir más allá de la teoría clásica o, quizás, incluso una consecuencia de nuestra incapacidad de abandonar la teoría clásica", dice Richens.

El estudio sostiene que una teoría cuántica cualquiera tiene que tener un límite clásico en algún momento a partir del cual el mundo que describe se comporte como clásico. Pese a que esto es obvio, pues queremos que esta teoría describa el universo que vemos, ello impone fuertes límitaciones o restricciones a toda teoría no clásica o post-cuántica. Es decir, impone restricciones a las teorías que puedan describir este u otros universos. Si esto es así, entonces no toda las teorías físicas, aunque imaginables, pueden ser posibles.

Tradicionalmente, se suele apuntar a que el proceso de decoherencia ayuda en esta transición del mundo cuántico al clásico. En un momento dado, todo sistema cuántico interacciona con el entorno (con o sin intervención del experimentador) y colapsa hasta un estado que puede ser descrito clásicamente.

Según este nuevo trabajo, se puede ver al contrario: si una teoría no clásica (cuántica o post-cuántica) recupera un comportamiento clásico a algún régimen, entonces debe contener entrelazamiento.

En una demostración por reducción al absurdo, sin entrelazamiento, cualquier teoría tiene que ser siempre clásica por sí misma, lo que contradice la hipótesis original de que se trata de una teoría no clásica. Por tanto, una teoría física sin entrelazamiento es necesariamente falsa y, por tanto, toda teoría de este tipo debe contener entrelazamiento.

Este artículo abre las puertas a otros descubrimientos similares sobre alguna otra característica cuántica, cuya existencia, quizás, pueda ser deducida con una demostración similar que exija un límite clásico.

Los autores especulan que la causalidad, la simetría o la localidad macroscópica podrían surgir de este requerimiento. Además, esto podría allanar el camino hacia una teoría post-cuántica aún por descubrir.

"Mis metas futuras serían ver si la no-localidad de Bell puede derivarse de la existencia de un límite clásico. Sería interesante si todas las teorías que sustituyan a la teoría clásica deben violar el realismo local. Estoy además trabajando para ver si ciertas extensiones de la teoría cuántica pueden ser descartadas gracias a la existencia del límite clásico o si este límite impone límites útiles a estas teorías post-cuánticas", dice Richens.

Si este y otros resultados son confirmados entonces serían buenas noticias y buen avance en un campo, como es el de la Física Teórica, un tanto estancado desde que casi todos los recursos fueron a parar a las cuerdas y a las teorías de partículas.

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Fuentes y referencias:
Artículo en ArXiv I.
Artículo en ArXiv II.
Artículo original.
Imagen: Wikimedia Commons.

Fuente: neofronteras.com