Física - Un teorema sacude los cimientos cuánticos

La función de onda es un objeto físico real, después de todo, dicen los investigadores.

En el corazón de la extrañeza por la que es famoso el mundo de la mecánica cuántica, está la función de onda, una poderosa y misteriosa entidad que se usa para determinar la probabilidad de que las partículas cuánticas tengan ciertas propiedades. Ahora, un borrador publicado on-line el 14 de noviembre¹reabre la cuestión de qué representa la función de onda – con una respuesta que podría sacudir las bases de la teoría cuántica. Mientras que muchos físicos han interpretado generalmente la función de onda como una herramienta estadística que refleja nuestra ignorancia sobre las partículas que medimos, los autores del último artículo defienden que, en lugar de esto, es físicamente real.

Ondas © by jasonr611

“No quiero sonar exagerado, pero creo que la palabra ‘sísmico’ es adecuada para aplicarla a este artículo”, dice Antony Valentini, físico teórico especializado en los cimientos de la cuántica de la Universidad de Clemson en Carolina del Sur.

Valentini cree que este resultado puede ser el teorema general más importante que relaciona las bases de la mecánica cuántica desde el Teorema de Bell, el resultado de 1964 en el cual el físico norirlandés John Stewart Bell demostró que si la mecánica cuántica describe entidades reales, tiene que incluir la misteriosa “acción a distancia”.

La acción a distancia tiene lugar cuando interactúan un par de partículas cuánticas, de tal forma, que quedan entrelazadas. Pero el nuevo artículo, realizado por un trío de físicos liderados por Matthew Pusey del Imperial College de Londres, presenta un teorema que demuestra que si una función de onda cuántica fuese una herramienta puramente abstracta, entonces, incluso los estados cuánticos que no están conectados a través del espacio y el tiempo, serían capaces de comunicarse entre sí. Dado que parece muy improbable que esto sea cierto, los investigadores concluyen que la función de onda debe ser real físicamente, después de todo.

David Wallace, filósofo de la física en la Universidad de Oxford, Reino Unido, dice que el teorema es el resultado más importante en las bases de la mecánica cuántica que ha visto en sus 15 años de carrera profesional. “Esto elimina la oscuridad y demuestra que no puedes tener una interpretación de un estado cuántico como probabilístico”, señala.

Debate histórico

El debate sobre cómo comprender la función de onda se remonta a la década de 1920. En la ‘interpretación de Copenhague’ desarrollada por el físico danés Niels Bohr, la función de onda se considera una herramienta de cálculo: da resultados correctos cuando se usa para calcular la probabilidad de que las partículas tengan distintas propiedades, pero los físicos se vieron animados a no buscar una explicación más profunda de lo que es la función de onda.

Albert Einstein también estaba a favor de una interpretación estadística de la función de onda, aunque pensaba que tenía que haber alguna otra realidad subyacente aún por descubrir. Pero otros, como el físico austriaco Erwin Schrödinger, consideraban que la función de onda, al menos inicialmente, debe ser un objeto físico real.

La interpretación de Copenhague perdió popularidad después, pero la idea de que la función de onda refleja lo que podemos conocer sobre el mundo, en lugar de una realidad física, ha vuelto a estar en alza en los últimos 15 años con el auge de la Teoría de la Información Cuántica, dice Valentini.

Rudolph y sus colegas pueden detener esta tendencia. Su teorema, efectivamente, dice que los sistemas cuánticos individuales deben “conocer” exactamente para qué estado han sido preparados, o los resultados de las medidas sobre ellos llevaría a resultados incongruentes con la mecánica cuántica. Rechazaron hacer comentarios mientras el borrador está en el proceso de envío a la revista, pero dicen en su artículo que su hallazgo es similar a la idea de que una moneda individual que se lanza de manera sesgada – por ejemplo, de forma que sale ‘cara’ seis de cada diez veces – tiene la propiedad física intrínseca de estar sesgada, en contra de la idea de que el sesgo es simplemente una propiedad estadística de muchos resultados del lanzamiento de la moneda.

Información cuántica

Robert Spekkens, físico en el Instituto Perimeter de Física Teórica en Waterloo, Canadá, que ha apoyado una interpretación estadística de la función de onda, dice que el Teorema de Pusey es correcto, y un resultado fantástico, pero no está de acuerdo en la conclusión que debería extraerse del mismo. Apoya una interpretación en la que todos los estados cuánticos, incluyendo los no entrelazados, están relacionados después de todo.

Spekkens añade que espera que el teorema tenga amplias consecuencias para la física, como el Teorema de Bell y otros teoremas fundamentales. Nadie previó en 1964 que el Teorema de Bell plantaría las semillas de la Teoría de la Información Cuántica y la Criptografía Cuántica – ambas dependiendo de fenómenos que no son posibles en la física clásica. Spekkens cree que este teorema puede tener, finalmente, un impacto similar. “Es muy importante y hermoso por su simplicidad”, comenta.

Fuente: Ciencia Kanija - Nature News