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Nicolas Gisin propone hacerlo directamente perceptible a nuestra escala.

La paradoja EPR se volvió mundialmente famosa a partir de los experimentos de Alain Aspect en 1982. Desde entonces, experimentos cada vez más refinados de óptica cuántica sondean los misterios del mundo cuántico. Nicolas Gisin, experto en el estudio de esta paradoja, propone hoy hacerlo directamente perceptible a nuestra escala; Explorar las fronteras entre los mundos clásico y cuántico e incluso la conciencia humana.

¿Cómo emerge el mundo clásico del mundo cuántico? ¿Que significa verdaderamente el postulado de reducción del vector de estado en mecánica cuántica? ¿Son la conciencia del observador, el tamaño de un sistema físico o la gravitación los que intervienen en el paso del cuántico al clásico?

Todas estos interrogantes agitan el enrarecido mundo de los físicos que se ocupan de los fundamentos de la mecánica cuántica. No se trata de cuestiones simples y académicas que se encuentran sistemáticamente cuando se trata de cosmología cuántica y de la interpretación de la función de onda del Universo. No, esta reflexión interviene también en consideraciones muy prácticas que conciernen a la información, la teletransportación y la criptografía cuántica.

El problema viene de lejos y se remonta a los trabajos de los fundadores de la mecánica cuántica; Einstein, Schrödinger, Bohr y Von Neumann en los años 1930. Los reencontramos después de la segunda guerra mundial en las reflexiones de Hugh Everret y su teoría de mundos múltiples así como en las reflexiones casi metafísicas de Eugène Wigner.

En el mundo cuántico reinan las leyes más paradójicas en sentido clásico.

Las partículas están presentes en varios lugares a la vez y no podemos hablar de la existencia del ordenador desde el cual usted lee este artículo mientras no se encuentre usted en la estancia donde está para observarlo. Un gato (el de Schrödinger en este caso) puede, en esa misma habitación, estar a la vez muerto y vivo mientras usted no esté allí para proyectar su estado de superposición de estas dos eventualidades en una sola, al intentar observarlo.

El premio Nobel de física Eugene Wigner, uno de los teóricos más grandes de la física del siglo XX.© National Science Digital Library

¿Hasta dónde va el mundo cuántico?

Evidentemente, nuestro mundo clásico no se parece en nada al que ciertos padres fundadores trataron de explicarse al preguntarse porqué las rarezas en el comportamiento de los electrones y de los fotones quedaban confinadas a los mundos de los átomos. El gran matemático Von Neumann fue uno de los primeros en analizar este problema y sus conclusiones fueron sorprendentes y perturbadoras.

Para él, aunque un objeto como una célula fotoeléctrica o una cámara de burbujas, utilizados para medir el estado de un fotón o de un electrón, son unos objetos macroscópicos, deben ser descritos por las ecuaciones de la mecánica cuántica. Como todos los objetos cuánticos, sus diferentes comportamientos son descritos por la ecuación de Schrödinger.

Cada estado posible está descrito matemáticamente por un vector de base en un espacio vectorial y los sistemas físicos pueden encontrarse en una superposición de estados de base dada por combinaciones lineales de estos vectores de base. Los coeficientes que están asociados dan la probabilidad de observar el sistema en un estado dado, como para una partícula, estar o no estar en un punto del espacio.

Durante una observación, el sistema salta entonces a un solo estado de base y todas las demás combinaciones de estados de base desaparecen. Una partícula se vuelve localizable en un punto, el gato de Schrödinger está muerto o vivo. Esto implica cada vez a un observador externo al sistema.

¿Pero si consideramos un sistema cuántico al Universo entero, donde se encuentra el sistema exterior que va a provocar la reducción del vector de estado?

En definitiva, aunque sólo los objetos como los instrumentos de medición clásicos pueden encontrarse en las superposiciones cuánticas, mientras no se observen estas superposiciones para objetos macroscópicos, llegamos a las conclusiones de Von Neumann y Wigner. La conciencia humana debe escapar de las ecuaciones de la física cuántica y es la toma de conciencia de una medida por parte de un observador que provoca el paso de las superposiciones cuánticas a una única realización de estado del mundo clásico.

Es una locura de conclusión, muy hipotética pero también peligrosa, porque abre la puerta a los patinazos, como la de la idea que la voluntad humana podría modificar la realidad a su nivel más fundamental.

Hugh Everret© Public Broadcasting Service

De hecho, en las teorías propuestas por Von Neumann y Wigner, la reducción del vector de estado queda de todos modos incontrolable en los detalles por la conciencia humana, ya que el salto en un estado específico está gobernado por las leyes de la probabilidad.

Otra explicación ha sido propuesta por Hugh Everret, un alumno de John Wheeler. Para él, jamás hay reducción del vector de estado. Las diferentes probabilidades para los estados de un sistema físico, incluido el universo, simplemente reflejan que hay una infinidad de mundos paralelos en los cuales se despliegan todas las historias posibles.

La supuesta reducción del vector de estado y las rarezas cuánticas no son más que ilusiones. Se deben sólo al hecho de que formamos parte de una sola historia entre todos estos Universos posibles en los cuales las copias de nosotros mismos viven historias diferentes aunque determinadas de forma rigurosa.

Esta teoría de los mundos múltiples es ciertamente tan loca como la propuesta por Von Neumann, y sobre todo por Wigner. Parece metafísica y por otra parte Wigner, al igual que Schrödinger y Oppenheimer, no escondía sus simpatías hacia la filosofía hindú. Sin embargo varios teóricos de renombre, entre los que destaca David Deutsch, sostienen la teoría de Everret.

Puede ser realizable un experimento a escala humana.

En este contexto, y aunque su trabajo se limita prudente y sensatamente a consideraciones positivistas y que no se alejan de la experiencia, el artículo que acaba de publicar recientemente Nicolas Gisin y sus colegas sobre el efecto EPR es interesante.

Efectivamente, el efecto EPR y el fenómeno de intricación cuántica que interviene, están estrechamente vinculados a estas cuestiones de reducción del vector de estado.

Como en el experimento de Alain Aspect, se trata de producir pares de fotones intrincados en estados de polarización dados. La técnica es clásica. Basta con utilizar efectos de ópticas no lineales. Pero en lugar de medir la polarización de los fotones a su escala con una cadena de aparatos que finalmente libre el resultado del experimento a escala macroscópica, se introduce un dispositivo que permite reducir el vector de estado de la polarización de los fotones a escala humana.

El experimento de pensamiento propuesto por Nicolas Gisin y sus colegas. Un fotón de un par de fotones intricados es casi clonado para producir una onda electromagnética macroscópica que pasa a través de un dispositivo. La onda es reflejada en dos partes que atraviesan dos filtros. Según su estado, polarizada verticalmente u horizontalmente, atravesará o no uno de los filtros y será observada a simple vista por uno de los dos observadores humanos.© Nicolas Gisin (pulsar sobre la imagen para ampliarla)

Efectivamente, uno de los fotones del par sufre un tipo de proceso de copia que da un número muy grande de fotones en el mismo estado de polarización que el fotón inicial y siempre intricado con el otro fotón. Obtenemos entonces una onda lumínica macroscópica polarizada. Mientras que no ha sido realizada todavía ninguna medición sobre la polarización de sus fotones, dos observadores humanos deciden utilizar filtros para ver en que estado de polarización lumínica está la onda.

Si la onda está polarizada con su vector campo eléctrico vibrando en horizontal o en vertical, pasará a través de uno de los filtros y será observada por un ojo humano. Es pues a nivel macroscópico del ojo que se producirá la reducción del paquete de ondas. Paralelamente, otro dispositivo mide entonces el estado de polarización del fotón del par inicial. Si uno de los observadores humanos encuentra un estado de polarización vertical para la onda macroscópica, puede predecir entonces que la polarización de este fotón es horizontal y a la inversa. Directamente puede comprobar casi a simple vista el efecto de intricación cuántica y ver que efectivamente la medición del estado cuántico de una parte del sistema intricado se transmite a la otra.

John Von Neumann© Penn State University

Nos encontramos de momento sólo en un primer paso del experimento de pensamiento, y es sorpredente comprobar que, cada vez más a menudo, la tecnología moderna permite realizar los experimentos concretos propuestos por los padres fundadores y los más grandes teóricos de la mecánica cuántica para ilustrar toda esa magia. Recuerda a la de elección retardada que tuvo lugar hace algún tiempo.

Cuando este experimento se haya realizado, nos habremos acercado un poco más a una prueba referida en el razonamiemto de Von Neumann, con su famosa cadena de dispositivos que se escalonan del mundo atómico al del cerebro humano pasando por la observación de los resultados de las mediciones al nivel de la retina y del nervio óptico. Del que, quizás, añadir algunas reflexiones a las consideraciones de uno de los mayores cosmólogos actuales, Andrei Linde.







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Crédito de las imágenes: National Science Digital Library. Public Broadcasting Service. Nicolas Gisin. Penn State University.



Traducido para Astroseti.org por Xavier Civit



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