El entrelazamiento cuántico del bote de mayonesa

[En el último capítulo vimos cómo John von Neumann echó abajo la hipótesis de las variables ocultas de Albert Einstein, pero antes de continuar con esta interesante aventura de la cuántica, nos detendremos durante dos capítulos, nuevos e inéditos, para intentar entender de manera intuitiva y quizá poco rigurosa el entrelazamiento cuántico y la acción fantasmal a distancia, que son las razones que llevaron a Einstein a proponer o al menos a sugerir que podrían existir variables ocultas] 

La idea de entrelazamiento cuántico fue propuesta por Erwin Schrödinger en 1935. Según él, cuando estamos ante un conjunto de partículas entrelazadas en el mundo cuántico no podemos tratarlas como partículas independientes, sino que debemos considerarlas a la manera de un sistema único. Ese sistema único de las partículas entrelazadas posee una función de onda que lo define.

Es decir, la función de onda es válida para todo el sistema y no para cada una de las particulas individuales entrelazadas. Se supone que esta característica del entrelazamiento es propia del mundo cuántico pero que no se puede aplicar en el mundo macroscópico, en el que las partículas o elementos de un sistema tienen propiedades por sí mismas, al margen de que pertenezcan o no a un sistema.

¿Qué significa esto?

No está del todo claro qué significa (o al menos no lo está para quienes no somos físicos profesionales), pero sí está bastante claro qué efectos tiene. El primer efecto es que, puesto que las dos partículas están entrelazadas, si una es modificada, entonces también será modificada la otra. No le puede suceder algo a una partícula sin que también le suceda a la otra.

Si dos partículas están entrelazadas y observamos una de ellas, entonces se produce un colapso de la función de onda en el sistema que constituye las dos partículas entrelazadas. Puesto que al observar esa primera partícula se produce el colapso de la función de onda del sistema, podemos descubrir , por ejemplo, que esa partícula observada tiene la propiedad “arriba” (que es una de las propiedades de los fotones), lo que significa que entonces la otra partícula (la que estaba entrelazada con la que hemos observado) tendrá la propiedad “abajo”, y a la inversa. No pueden tener las dos partículas la propiedad “arriba” o la propìedad “abajo”, sino que una debe tener la propiedad que no tiene la otra.

Un par de electrones entrelazados. Separamos los dos electrones. Si alguien observa el electrón A y resulta tener el spin “arriba”, entonces el electrón B tendrá el spin “abajo”.

Puede parecer un poco extraño que sepamos que si una partícula tiene la propiedad “arriba” entonces la otra tenga que tener la propiedad “abajo”, pero podemos admitir que no es tan extraño si pensamos en un ejemplo de algo semejante en el mundo macroscópico.

Imaginemos un bote de plástico lleno de mayonesa o un tubo lleno de cualquier sustancia pegajosa, pringosa o viscosa. Ahora empezamos a girar sobre sí mismo el tubo, es decir en sentido contrario en cada extremo (lo que se conoce como par de torsión) hasta alcanzar la máxima torsión.

Si ahora cortamos el bote por la mitad de un hachazo, podemos estar seguros de que no solo se producirá un efecto en el lado izquierdo del corte, sino también en el derecho. El lado izquierdo, liberado de la torsión, girará hacia el sentido contrario al que ha estado girando, recuperando su posición inicial antes de la torsión (y derramando gran parte de la mayonesa que contiene).

Ahora bien, como todo el tubo de mayonesa era algo así como un sistema, en el que todas las partes quedaban afectadas por el giro, no nos hace falta observar el lado derecho del bote cortado para deducir lo qué habrá sucedido allí: también ese lado del tubo habrá recuperado su forma original antes de la torsión, pero en sentido contrario a como lo ha hecho el lado izquierdo, puesto que lo habíamos hecho girar en el otro sentido. Y también habrá salido disparada gran parte de la mayonesa, por cierto.

Si por un capricho terminológico llamamos spin al girar del tubo en sentido contrario desde cada extremo (ya sabemos que el nombre técnico que usan los que giran tubos y cosas similares es par de torsión), podríamos llamar “arriba” a la propiedad del lado izquierdo del tubo, la de recuperar su posición en sentido contrario del giro y podemos llamar “abajo” a la propiedad del lado derecho de girar en sentido contrario al del lado izquierdo.

Para que la comparación entre lo macroscópico y el mundo cuántico sea por completo precisa, podemos imaginar que  la persona que gira el tubo lo hace a oscuras y que no sabemos si está girando el extremo izquierdo hacia la derecha o hacia la izquierda. Eso sí, siempre sabemos que sea cual sea el sentido en el que gire el extremo izquierdo, entonces el extremo derecho será girado en el otro sentido.

En consecuencia, si se corta el tubo y nos dejan observar el comportamiento del lado izquierdo, sabremos también cómo se estará comportando el lado derecho aunque no podamos verlo, porque girará sin duda al revés (y lanzando al mayonesa o el líquido viscoso también al revés).

 

Fotones por mayonesa

Pues bien, ahora podemos imaginar esta situación pero con fotones. Los dos fotones están entrelazados, es decir pertenecen a un mismo sistema. Ese sistema puede expresarse mediante una función de onda. Si en ese sistema de fotones entrelazados uno tiene un spin “arriba”, el otro tendrá que tener spin “abajo”.

La gran diferencia entre el ejemplo del mundo macroscópico, con el tubo de mayonesa es que cuando manejamos tubos a los que aplicamos un par de torsión y luego cortamos en dos, podemos ver con claridad las conexiones materiales que causan que lo que sucede a un lado del corte tenga su respuesta en el otro lado: el plástico del tubo tensionado en sentidos opuestos al romperse afecta a cada extremo del tubo, y a toda la mayonesa apretujada en uno u otro sentido. En este sistema que constituye el tubo de mayonesa, las conexiones y las causas y efectos son obvias, aunque no siempre fáciles de calcular.

No sucede lo mismo con dos partículas cuánticas que han estado entrelazadas pero que ahora observamos separadas, por ejemplo, una en Tokio y la otra en París. Enseguida descubriremos por qué.

Continuará en: Acción fantasmal a distancia

Continuará


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[Escrito por primera vez  después de 1994 y antes de 1996, como un trabajo universitario. La edición actual procede de la edición personal de 1998. No he introducido ningún cambio significativo, más allá de correcciones de estilo para hacer más claro el texto y más agradable la lectura, pero a veces he añadido textos explicativos en 2017 o 2018, en otro color. En este caso, toda esta entrada ha sido escrita en 2018]


 FILOSOFÍA DE LA FÍSICA CUÁNTICA

EL EXPERIMENTO DE LA DOBLE RENDIJA
[Anexo a Filosofía de la Física cuántica]

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