En el verano de 1935, los físicos Albert Einstein y Erwin Schrödinger se involucraron en una correspondencia rica, multifacética ya veces inquietante sobre las implicaciones de la nueva teoría de la mecánica cuántica. El foco de su preocupación fue lo que Schrödinger apodó más tarde enredo: la incapacidad de describir dos sistemas cuánticos o partículas de forma independiente, después de que hayan interactuado.
Hasta su muerte, Einstein seguía convencido de que el enredo demostraba que la mecánica cuántica era incompleta. Schrödinger pensó que el enredo era la característica definitoria de la nueva física, pero esto no significaba que lo aceptara a la ligera. "Sé por supuesto cómo funciona el hocus pocus matemáticamente", escribió a Einstein el 13 de julio de 1935. "Pero no me gusta esa teoría." El famoso gato de Schrödinger, suspendido entre la vida y la muerte, apareció por primera vez en estas cartas, una subproducto de la lucha para articular lo que molestó a la pareja.
El problema es que el enredo viola la forma en que el mundo debería funcionar. La información no puede viajar más rápido que la velocidad de la luz, por ejemplo. Pero en un artículo de 1935, Einstein y sus coautores mostraron cómo el entrelazamiento conduce a lo que ahora se llama no localidad cuántica, el misterioso vínculo que parece existir entre partículas entrelazadas. Si dos sistemas cuánticos se encuentran y luego se separan, incluso a través de una distancia de miles de años luz, resulta imposible medir las características de un sistema (como su posición, momento y polaridad) sin dirigir instantáneamente al otro a un estado correspondiente.
Hasta el día de hoy, la mayoría de los experimentos han probado el enredo sobre las brechas espaciales. La suposición es que la parte 'no local' de la no localidad cuántica se refiere al enredo de propiedades a través del espacio. Pero, ¿y si el enredo también ocurre a través del tiempo? ¿Hay algo así como la no localidad temporal?
La respuesta, como resultado, es sí. Justo cuando pensabas que la mecánica cuántica no podía ser más extraña, un equipo de físicos de la Universidad Hebrea de Jerusalén informó en 2013 que habían logrado enredar fotones que nunca coexistieron. Experimentos previos relacionados con una técnica llamada "intercambio de enmarañamiento" ya habían mostrado correlaciones cuánticas a través del tiempo, al retrasar la medición de una de las partículas enmarañadas coexistentes; pero Eli Megidish y sus colaboradores fueron los primeros en mostrar el enredo entre los fotones cuyas vidas no se superpusieron en absoluto.
Así es como lo hicieron. Primero, crearon un par de fotones enredados, '1-2' (paso I en el diagrama a continuación). Poco después, midieron la polarización del fotón 1 (una propiedad que describe la dirección de la oscilación de la luz), y así la "mataron" (paso II). Photon 2 fue enviado en una búsqueda inútil mientras que se creó un nuevo par entrelazado, '3-4' (paso III). Luego se midió el fotón 3 junto con el fotón itinerante 2 de tal manera que la relación de enredo fue 'intercambiada' de los pares viejos ('1-2' y '3-4') en el nuevo combo '2-3' ( paso IV). Algún tiempo después (paso V), se mide la polarización del único superviviente, el fotón 4, y los resultados se comparan con los del fotón 1 muerto hace tiempo (de vuelta en el paso II).
Figura 1. Diagrama de línea de tiempo: (I) Nacimiento de fotones 1 y 2, (II) detección de fotón 1, (III) nacimiento de fotones 3 y 4, (IV) Proyección de campana de fotones 2 y 3, (V) detección de fotón 4.
¿El resultado? Los datos revelaron la existencia de correlaciones cuánticas entre los fotones "temporalmente no locales" 1 y 4. Es decir, el enredo puede ocurrir en dos sistemas cuánticos que nunca coexistieron.
¿Qué demonios puede significar esto? Prima facie, parece tan perturbador como decir que la polaridad de la luz de las estrellas en el pasado lejano, digamos, más del doble de la vida de la Tierra, influyó en la polaridad de la luz estelar que cayó a través de su telescopio aficionado este invierno. Aún más extraño: tal vez implica que las mediciones realizadas por su ojo sobre la luz de las estrellas cayendo a través de su telescopio este invierno de alguna manera dictaron la polaridad de los fotones de más de 9 mil millones de años.
Para que este escenario no te parezca demasiado extravagante, Megidish y sus colegas no pueden resistir la especulación sobre interpretaciones posibles y bastante espeluznantes de sus resultados. Quizás la medición de la polarización del fotón 1 en el paso II dirige la polarización futura de 4, o la medición de la polarización del fotón 4 en el paso V reescribe de alguna manera el pasado estado de polarización del fotón 1. Tanto en dirección hacia adelante como hacia atrás, las correlaciones cuánticas abarcan el causal vacío entre la muerte de un fotón y el nacimiento del otro.
Sin embargo, solo una cucharada de relatividad ayuda a que disminuya la espeluznancia. Al desarrollar su teoría de la relatividad especial, Einstein depuso el concepto de simultaneidad de su pedestal newtoniano. Como consecuencia, la simultaneidad pasó de ser una propiedad absoluta a ser una relativa. No hay un cronometrador único para el Universo; precisamente cuando ocurre algo depende de su ubicación precisa en relación con lo que está observando, conocido como su marco de referencia. De modo que la clave para evitar comportamientos causales extraños (dirigir el futuro o reescribir el pasado) en instancias de separación temporal es aceptar que los eventos de llamada "simultáneos" conllevan poco peso metafísico. Es solo una propiedad específica del marco, una opción entre muchas alternativas pero igualmente viables, una cuestión de convención o mantenimiento de registros.
La lección se traslada directamente a la no-localización cuántica espacial y temporal. Los misterios con respecto a los pares de partículas enredadas equivalen a desacuerdos sobre el etiquetado, provocados por la relatividad. Einstein demostró que ninguna secuencia de eventos puede ser metafísicamente privilegiada, puede considerarse más real, que cualquier otra. Solo aceptando esta idea, uno puede avanzar en tales acertijos cuánticos.
Los diversos marcos de referencia en el experimento de la Universidad Hebrea (el marco del laboratorio, el marco del fotón 1, el marco del fotón 4, etc.) tienen sus propios "historiadores", por así decirlo. Si bien estos historiadores estarán en desacuerdo sobre cómo sucedieron las cosas, ninguno de ellos puede reclamar un rincón sobre la verdad. Una secuencia diferente de eventos se desarrolla dentro de cada uno, de acuerdo con ese punto de vista espacio-temporal. Claramente, entonces, cualquier intento de asignar propiedades específicas de un marco en general, o vincular propiedades generales a un marco particular, causará disputas entre los historiadores. Pero esta es la cuestión: si bien puede haber un desacuerdo legítimo sobre qué propiedades se deben asignar a qué partículas y cuándo, no debe haber desacuerdo sobre la existencia misma de estas propiedades, partículas y eventos.
Estos hallazgos abren otra brecha entre nuestras queridas intuiciones clásicas y las realidades empíricas de la mecánica cuántica. Como fue cierto para Schrödinger y sus contemporáneos, el progreso científico implicará investigar las limitaciones de ciertos puntos de vista metafísicos. El gato de Schrödinger, medio vivo y medio muerto, fue creado para ilustrar cómo el entrelazamiento de los sistemas conduce a fenómenos macroscópicos que desafían nuestra comprensión habitual de las relaciones entre los objetos y sus propiedades: un organismo como un gato está muerto o vivo. No hay término medio allí.
La mayoría de los relatos filosóficos contemporáneos de la relación entre los objetos y sus propiedades abarcan el enredo únicamente desde la perspectiva de la no localidad espacial. Pero aún hay mucho trabajo por hacer para incorporar la no localidad temporal, no solo en las discusiones sobre propiedad de objetos, sino también en debates sobre la composición del material (como la relación entre un trozo de arcilla y la estatua que forma) y las relaciones parte-todo (por ejemplo, cómo una mano se relaciona con una extremidad o una extremidad con una persona). Por ejemplo, el "enigma" de cómo las partes encajan con un todo global presupone límites espaciales definidos entre los componentes subyacentes, pero la no localidad espacial advierte contra esta visión. La no localidad temporal complica aún más esta imagen: ¿cómo se describe una entidad cuyas partes constituyentes ni siquiera son coexistentes?
Discernir sobre la naturaleza del enredo puede ser a veces un proyecto incómodo. No está claro qué metafísica sustantiva podría surgir del escrutinio de nuevas investigaciones fascinantes de Megidish y otros físicos. En una carta a Einstein, Schrödinger observa irónicamente (y despliega una extraña metáfora): "Uno tiene la sensación de que son precisamente las afirmaciones más importantes de la nueva teoría las que realmente pueden ser exprimidas en estas botas españolas, pero solo con dificultad". No podemos darnos el lujo de ignorar la no localidad espacial o temporal en la metafísica futura: ya sea que las botas quepan o no, tendremos que usarlas.
Autora: Elise Crull
Este artículo fue publicado originalmente en Aeon y ha sido republicado bajo Creative Commons en Big Think.
Foto: Tristan Gassert
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