Es solo bajo algunas interpretaciones de la física cuántica que una medición de una partícula afecta instantáneamente a una partícula enredada con ella.
Suponga que tiene dos fotones (las partículas que forman la luz), A y B, separadas entre sí y que van en diferentes direcciones horizontales. Un fotón tiene dos estados de polarización independientes; en este caso, cada uno podría estar polarizado verticalmente u horizontalmente polarizado (en una dirección perpendicular a la dirección de desplazamiento). Llamemos a estos estados Av, Ah, Bv y Bh. Los fotones son independientes entre sí, de modo que el par puede estar juntos en cada uno de los cuatro estados independientes, AvBv, AvBh, AhBv y AhBh.
El principio de superposición dice que el sistema de dos partículas también puede estar en un estado que es una curiosa combinación de estos estados básicos. Podría estar en una superposición igual de AvBv y AhBv, por ejemplo, que sería un estado en el que B está polarizado verticalmente, pero A está en un estado que es una superposición de sus estados polarizados horizontal y verticalmente, que resulta ser lo mismo que estar polarizado a lo largo de una diagonal en un ángulo de 45 grados con respecto a la vertical.
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El tipo de estado enredado del que las personas parecen hablar más es como una superposición igual de AvBv y AhBh. En este estado, A y B actúan como si estuvieran polarizados de la misma manera, aunque ninguno está en una polarización determinada. Si los mide de la misma manera, dan el mismo resultado.
Una famosa interpretación de la física cuántica dice que cuando medimos una variable, que no tiene un valor “determinado” para un sistema, la naturaleza de alguna manera elige un valor al azar y luego hace que el sistema tenga ese valor para esa variable. Entonces, por ejemplo, si colocamos A a través de un filtro polarizador vertical (que permite el paso de fotones polarizados verticalmente y bloquea los polarizados horizontalmente), tiene la misma probabilidad de pasar o detenerse. Pero luego, de acuerdo con este tipo de interpretación, todo el sistema se ve afectado, incluido B. O A pasa por el filtro, y luego B se polariza verticalmente, o bien A se detiene, y B ahora se polariza horizontalmente. (Esta interpretación no es la única que tiene acción a distancia. Las versiones de la idea de la onda piloto de Bohm y otras también incluyen acción a distancia, por ejemplo. Algunas personas piensan que es algo más físico aparte de la “medición” per se que hace que el estado se reduzca a uno más determinado. Hay muchas posibilidades).
Hay otra interpretación famosa que dice que el proceso de forzar al sistema a tener un valor determinado de la variable en realidad no ocurre. Lo que sucede en cambio es que el resto del mundo se enreda de la misma manera. Entonces, si pongo A a través de un filtro y veo si pasa, ahora tenemos un sistema que incluye a mí (M), A y B, que ahora está en una superposición entre un estado MvAvBv y un estado MhAh * Bh, donde Mv significa el estado en el que digo, “está bien, A pasó por el filtro”, y Mh es el estado en el que digo “entonces A fue desviado”. (Imagine que mi filtro es el tipo de cristal que refracta la luz polarizada de manera diferente, de modo que A continúa existiendo pero se envía por un camino diferente si se polarizó horizontalmente).
Hay un proceso llamado “decoherencia” que hace que estos dos estados no puedan tener ningún efecto significativo entre sí. Estos dos resultados se vuelven independientes entre sí. A veces las personas los llaman “mundos” paralelos, por lo que esta interpretación se llama interpretación de “muchos mundos”. No tiene ninguna influencia instantánea de la observación donde está A, en B. La decoherencia es la explicación en esta interpretación de por qué parece que uno de estos dos escenarios alternativos realmente tuvo lugar. Y, de hecho, estas dos interpretaciones implican que debería ver que las cosas funcionan de la misma manera. La diferencia es que dicen cosas diferentes sobre lo que realmente está sucediendo fuera de su experiencia.
Es comprensible que las personas desconfíen de la interpretación de muchos mundos, y han trabajado mucho para tratar de evitar las extrañas implicaciones que tiene. A ellos les gustaría que siga siendo el caso de que cuando hacemos una observación, de alguna manera solo se produce un resultado definitivo. También quieren evitar la influencia instantánea a distancia y cosas así. Si pudieran obtener una interpretación que evite sin problemas ambos tipos de extrañeza, lo harían con seguridad. Pondré en la categoría de “cosas así” ideas como eventos en el futuro que ayuden a determinar cuál es el estado del sistema en este momento. Los escritores sobre la filosofía de la física cuántica se han tomado algunas molestias para presentar todas las formas posibles de “escapar” de muchos mundos o acciones instantáneas a distancia, así que si te gustan cosas como el determinismo fatalista o el viaje en el tiempo, hazlo.
Un tema recurrente en la literatura temprana es lo que Einstein describió como una confianza en que la mecánica cuántica nos da una descripción “incompleta” de la realidad. Seguramente algunas de las variables que la mecánica cuántica dice que están en un estado indeterminado ya están decididas, pero no lo sabemos. Gente como Einstein esperaba que la mecánica cuántica pudiera repararse.
Si tuviéramos estos dos fotones enredados y solo observáramos si estaban polarizados vertical u horizontalmente, por ejemplo, el hecho de que sigan siendo observados como polarizados de la misma manera podría explicarse fácilmente de una manera diferente. Quizás ya “saben” de qué manera se polarizan cuando se enredan. Ese es exactamente el tipo de información adicional que, según Einstein, debe estar presente en el sistema real, simplemente excluida de la descripción del sistema dada por la mecánica cuántica.
La física cuántica arroja una gran llave en los intentos de explicarlo de esta manera cómoda. Los resultados que obtenemos al observar partículas enredadas cuando no nos limitamos a la polarización vertical u horizontal simplemente no se pueden explicar de esta manera. En el caso de nuestros fotones A y B, si pasamos cada uno de ellos a través de un filtro polarizador que está en el mismo ángulo que el vertical, entonces ambos atraviesan o ninguno atraviesa (como si ya supieran a qué iban) hacer). Eso hace que parezca que, de hecho, ya deben estar configurados en cuanto a qué ángulos de filtro deben pasar o no, porque no parece haber ningún mecanismo para que se coordinen entre ellos mientras se miden, y aun así están de acuerdo. (La gente ha hecho experimentos con fotones enredados a una distancia de kilómetros de distancia. Si están interactuando, entonces volvemos a la acción a distancia).
Sin embargo, si asumimos este tipo de explicación, podemos inferir algo llamado “desigualdad de Bell”. Suponga que cada par de fotones enredados como A y B que tenemos tiene que decidir qué ángulos de filtro polarizador atravesarán cuando los observemos. Entonces podemos inferir algunas cosas sobre la probabilidad de que pasen si usamos filtros polarizadores en diferentes ángulos.
Déjame darte un ejemplo, que no es la desigualdad de Bell pero es más fácil de explicar. Si orientamos los filtros en un ángulo de 90 grados entre sí, entonces siempre uno pasa a través de él y el otro no, en condiciones ideales. Entonces, si elegimos un ángulo aleatorio entre 0 y 90 para un filtro, y establecemos el otro filtro en un ángulo de un grado, entonces los dos resultados deberían estar en desacuerdo al menos 1/90 del tiempo. Supongamos, por ejemplo, que los fotones han decidido pasar si los filtros están en un ángulo de 0 a 23 grados desde la vertical, pero no si están en un ángulo de 24 a 90 grados desde la vertical. 1/90 de las veces elegiremos 23 grados para uno y 24 grados para el otro.
La óptica cuántica dice, por otro lado, que la probabilidad de que los dos fotones se comporten de la misma manera en un experimento de este tipo en condiciones ideales es el coseno cuadrado de 1 grado, que es mayor que 0.999. De una manera que parece absurda. Si cambiar un filtro solo 1 grado cambia el resultado menos de 1/1000 del tiempo, entonces cambiarlo 90 grados debería cambiar el resultado solo el 9% del tiempo. Pero si configuramos los filtros en ángulos rectos, los resultados son diferentes el 100% del tiempo.
Este resultado (con el ángulo de diferencia de 1 grado) resulta ser algo difícil de verificar con suficiente precisión para asegurarse de que una de estas desigualdades se viole realmente. Si los detectores no son del todo confiables, si dejan que algunos fotones pasen desapercibidos, hay una escapatoria. Pero algunas otras desigualdades relacionadas como la desigualdad de Bell se han verificado como violadas, con un rigor experimental razonable. (Ver segundo experimento y análisis adicional, por ejemplo (es un resumen con un enlace a un documento PDF)).
El resultado es que la interpretación de la física cuántica de algunas personas dice que las observaciones afectan la realidad a distancia, mientras que otras no, pero si no lo hacemos, siempre terminamos con algo más peculiar en nuestra interpretación.
