La paradoja de Einstein-Podolsky-Rosen

El “entrelazamiento cuántico” es una extraña característica de la mecánica cuántica que permite determinar o modificar el estado de una partícula -a distancia y de forma instantánea- operando sobre otra. Esta correlación, que no tiene contrapartida en el mundo de nuestras experiencias cotidianas, fue abordada por físicos de la talla de Albert Einstein. Justamente, un experimento mental propuesto por el autor de la Teoría de la Relatividad dio lugar, en 1935, a la denominada “Paradoja de Einstein-Podolsky-Rosen”(o EPR).

El físico alemán Werner K. Heisenberg es conocido sobre todo por formular el principio de incertidumbre que lleva su nombre, una contribución fundamental al desarrollo de la teoría cuántica. Este principio afirma que es imposible medir simultáneamente de forma precisa la posición y el momento lineal de una partícula. Puesto en términos simples, cuando intentamos medir las propiedades de una partícula, el propio proceso de medición las altera. Por ejemplo, si queremos conocer la velocidad de un electrón podemos hacer que choque contra un blanco y analizar la energía liberada, pero ese “ensayo” inevitablemente altera las condiciones del electrón. Podríamos intentar hacer que pase cerca de otra partícula y ver cómo influye en ésta, pero eso también le provocaría un cambio de dirección.

Por otra parte, el llamado “entrelazamiento cuántico” es una propiedad estadística de los sistemas de partículas -por ejemplo, una pareja de electrones- que provienen de una fuente común y están altamente correlacionados debido a la ley de conservación del momento lineal. Esta propiedad, predicha en 1935 por Einstein, Podolsky y Rosen (EPR), implica que si transcurrido un cierto tiempo desde la formación de este sistema de dos partículas realizásemos la medición simultánea del momento lineal en uno de los electrones y de la posición en el otro, tendríamos la información completa sobre cada partícula del sistema, violando el principio de incertidumbre  de Heisenberg. En efecto, como ambas partículas son idénticas, en cada partícula del par podemos medir una característica y deducir la otra, obteniendo al final ambos datos de las dos partículas.

Las leyes de la física nos obligan a admitir esto, ya que de otro modo tendríamos que aceptar que ambas partículas se transmiten instantáneamente algún tipo de perturbación que modifique el estado de la otra salvaguardando el principio de Heisenberg. Si una comunicación instantánea entre ambas partículas fuese posible, volviendo indefinida la posición de una de las partículas cuando se mide el momento lineal de la otra, y viceversa,  el principio de incertidumbre estaría a salvo. Lamentablemente, “comunicación instantánea” implica también “viaje a mayor velocidad que la de la luz”, por lo que la idea misma del entrelazamiento cuántico le resultaba Einstein y sus colegas extremadamente perturbadora.

El experimento planteado por EPR consiste en dos partículas que interactuaron de alguna forma en el pasado y que quedan vinculadas por este entrelazamiento cuántico. Dos observadores, alejados entre si, reciben cada una de las partículas. Si un observador mide el momento de una de ellas, sabe cuál es el momento de la otra. Si mide la posición, puede saber la posición de la otra partícula de forma instantánea, lo que contradice el sentido común y genera la paradoja EPR. Este resultado está en contradicción con la teoría de la relatividad, ya que se transmite información de forma instantánea entre las dos partículas. Hasta el año 1964, este debate se mantuvo en la órbita de la filosofía de la ciencia. Pero ese año John Bell, un físico irlandés, propuso una forma matemática para poder verificar la paradoja EPR, gracias a un refinado análisis de las sutilezas que involucra el entrelazamiento. Bell pudo deducir unas desigualdades asumiendo que el proceso de medición en mecánica cuántica obedece a leyes deterministas. Si Einstein tenía razón, las desigualdades de Bell son ciertas y la teoría cuántica es incompleta. Si la teoría cuántica es completa, entonces estas desigualdades serán violadas. Dejando de lado el enredo matemático detrás del razonamiento de Bell, lo que puso felices a los científicos fue hecho de disponer de una herramienta que les ayudaría a dilucidar esta paradoja.

A partir de 1976 se efectuaron numerosos experimentos, y absolutamente todos ellos dieron como resultado una violación de las desigualdades de Bell. Esto significa que la teoría cuántica es correcta y que podemos seguir confiando en ella. De hecho, y a pesar de que muchas de sus predicciones desafían el sentido común y la experiencia cotidiana, ha demostrado un grado altísimo de precisión en la descripción del mundo microscópico. Hoy día se sabe que la acción a distancia que tanto preocupó a Einstein, Podolsky y Rosen es posible. Los experimentos en este campo se han  popularizado bajo el nombre de “teletransporte cuántico”, algo que no es del todo exacto ya que el resultado no es un “teletransporte de partículas” como el que puede verse en Star Trek, sino la transmisión de información. Varios laboratorios han logrado transmitir el estado cuántico entre partículas entrelazadas de forma “instantánea”. Esto demuestra que el dinero destinado a la investigación siempre está bien invertido. Algo aparentemente tan alejado de lo cotidiano como la medición de la posición o la velocidad de un electrón puede terminar proporcionándonos comunicaciones a una velocidad mayor que la de la luz. ¿No es asombroso?

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Ariel Palazzesi

36 Comments

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    • Coincido con Ikkari, es mejor una novia y si te enamoras profundamente de ella, al diablo con Einstein, Rosen, Heisemberg o cualquier otro… Para completar un poquito mas mi opinión, quiero agregar que ninguno de estos muchachos ni de los que los precedieron o sucedieron haran otra cosa mas atar algunos cabos y dejar otros…
      Respecto a lo del medio de transmision entiendo que habría que generar o "obtener" primero un par de particulas entrelazadas, (según el vinculo a la nota anterior: logran transmitir…) luego "aislar" una y "situar" la otra en el punto donde se necesita recibir la información generandose asi un emisor/receptor. Luego al aplicar cualquier cambio en una de las partículas este se reflejaría instantaneamente en la otra por la sola propiedad de enredo cuantico. Si resulta difícil de entender es solo porque las escalas a las que se refiere la física cuántica hacen que nosotros seamos como universos en comparación con las partículas que emplearimos para alcanzar nuestros fines.

  1. "¿no es asombroso?" a parte de falso!!!

    yo tengo dos tartas, un as de corazones y otro de rombos, las barajo, le doy una a un amigo que viaja mucho y me quedo con otra, miro la carta cuando el esta en otro pais e INSTANTANEAMENTE se cual es la que tiene el… asi que la informacion de su carta ha viajado mas rapido que la luz… FALSO

    no se viola en ningun caso la relatividad, la cuantica y la relatividad no se contradicen (de hecho existe la ecuacion de dirac, que es la de Schrödinger pero relativista)

    la relatividad permite una cosa muy bonita, que el efecto no ocurra antes que la causa, parece una tontada, pero aplicalo a la muerte, yo te disparo y tu como consecuencia mueres… pero si la bala es mas rapida que la luz podrias morir y despues yo disparar (o decidir no hacerlo)

    que yo sepa estos experimentos se basan en el estado simplete, en el cual se conoce el spin total del sistema y despues se mira uno de los electrones sabiendo que spin tiene el otro; en ningun momento permite realizar medidas perfectas de un sistema…

    • Creo que el hambre te esta haciendo decir estupideces… Hasta has puesto tartas en vez de cartas

      jajajajaja

      Gente con una visión tan reducida de las cosas es la que hace que el mundo avance lentamente.

    • Que razonamiento mas tonto el de la bala q viaja más rapido que la luz, por muy rapido q viaje, incluso mas rapido q la luz siempre necesitará un cierto tiempo, si a la velocidad de la luz la bala tarda en llegar X segundos, si fuese al doble de la velocidad de la luz tardaria en llegar X/2, pero aun así seguiria siendo un tiempo positivo, y ese tiempo positivo es el que habria pasado entre el momento en q aprieto el gatillo y el momento en q la bala impacta en el destino, hasta un niño de básica entiende ese razonamiento, no te flipes más, que por muchos nombres de cientificos que cites o teorías de cientificos que cites, simplemente con leerte se ve lo cortito q eres.

      • espabilao, coge las ecuaciones de lorenz, y comprueba que esto es asi, cuando actua la relatividad se pierde la simultaneidad, y si "c" no es la velocidad limite sucesos relacionados causalmente pueden ser vistos por un observador dado de forma invertida!!

        y no hablo por saber muchos nombres, sino porque estudio esto en la facultad (con bastante existo hasta el momento)

        PD: siento lo de la tarta, pero me parece k es un ejemplo claro y terrenal de lo que pasa realmente

      • No soy un gran fisico pero trivi esta mezclando la manteca con la moztaza, que yo sepa la teoria de la relatividad general siempre ha contradecido a la teoria cuantica, es por eso que aun siguen buscando una teoria del todo.

      • bien, perdona, me explico mejor: la ecuacion de dirac incluye relatividad especial, pero la general que es la de gravitacion no, en la mayoria de los sistemas no hay problemas, pues las interacciones gravitatorias son despreciables frente a las electromagneticas (particulas cargadas) y las nucleares debil y fuerte para particulas mas cercanas

        el problema viene al intentar aplicar cuantica a sistemas supermasivos, agujeros negros y cosas asi, que la interaccion gravitatoria deja de ser despreciable, pero la cuantica tambien es necesaria, ahi por ahora es donde no hay solucion

        espero haberme explicado mejor, lo siento, pero son muchas cosas y es dificil no olvidarse de alguna al intentar explicarlas

    • En el tamiz se puede leer una buena serie que dice la cuantica sin formulas, y alli se explica muy bien el concepto que dice trivi y me parece bastante lógico, si tu identificas un electrón aqui y así sabes por ejemplo el estado de un electron en Alfa Centauri, estas deduciendo su estado allá, pero no estás transmitiendo información y la gente allá no sabe lo que tú, y si quieres enviar información ya no podrás porque ya se habrá perdido el entrelazamiento; además si los electrones "nacen" entrelazados, deberían nacer a mitad de camino de aqui a Alfa Centauri, y transmitirlos a la velocidad de la luz a cada destino, exactamente como harías con un paquete de cartas y deberías enviar cada carta a su destinatario.

      De todas formas la cuantíca es muy, pero muy extraña, y hasta que no se tenga una teoría del todo no se podrá afirmar con toda seguridad lo que se pueda y no se pueda hacer.

    • Tienes razón, aunque no por las razones que tu piensas, en que es falso que el entrelazamiento cuántico permite una transferencia instantánea de información entre dos observadores. Sin embargo tu contra-ejemplo es inválido pues en ningún lugar entra el juego el principio de incertidumbre; no olvides que Schrödinger introduce el término de entrelazamiento al hablar del explítamente del sistema formado por el gato y el isótopo. El problema es que estás pensando en entes macrocópicos.
      Respecto a los experimentos, lo más común es utilizar un par de fotones ortogonalmente polarizados producidos por lazer. Se ha comprabado que al modificar la polarización de uno de ellos, instantáneamente cambia la del otro de forma de mantener la ortogonalidad.

      • el entrelazamiento lo meto en que yo conozco que hay dos cartas y su valor, al igual que al entrelazar dos electrones sabes k si el spin total es 0, uno tiene 1/2 y el otro -1/2, pero no sabes donde esta cada una

        PD: el principio de incertidumbre no se aplica solo a posicion y momento, sino a todo par de observables que no conmuten

  2. no creo que sea necesario hacer todo eso por un simple comentario, ya que la fisica es una rama tan amplia, y no necesariamente comprendida por todos.
    estos experimentos fueron realizados por cientificos, el procedimiento, no siempre se dice.
    si no se esta seguro del proceso, no es bueno hacer comentarios prematuros que lo unico que hacen es dejar en manifiesto nuestra ignorancia al respecto.
    saludos!

    • si lo dices por mi, de verdad que lo siento, se me fue la cabeza cuando vi:

      "puede terminar proporcionándonos comunicaciones a una velocidad mayor que la de la luz. ¿No es asombroso?"

      uff, lo siento, pero me vuelvo prepotente, supongo que por no saber la cualificacion que tiene ariel a la hora de hablar de estas cosas (de verdad que me intriga)

  3. esta paradoja y la acción instantánea a distancia de la gravedad, es lo que me tiene pensando acerca de la naturaleza ilusoria del espacio (y a la larga del tiempo), quizás el big bang nunca ha ocurrido y la expansión solo es producto de un cambio de potencial energético entre campos… pero si no hay espacio ¿que demonios es un "campo"?

    • perdona Nuglam… la gravedad se consideraba instantanea en tiempos de newton, hasta que llego einstein con su relatividad general, en ella se incluye que el campo que produce un cuerpo con masa se propaga a la velocidad de la luz

  4. No se si sera por la ansiedad de escribir pero es increible la falta ortografica que existe en los post. Deberiamos hacer un ranking de quien es el que escribe con mas faltas ortograficas. (me incluyo 😉 ).

    Y si, no uso acentos porque mi teclado esta malo y me da flojera usar la combinacion alt+…

  5. Suponiendo que pudieramos transmitir informacion más rapido que la velocidad de la luz, ¿Qué tan rapido viajaria esa informacion? ¿Como mediriamos esta velocidad? ¿Existe otro límite, un poco mas alto que 300.000Km/s?

    • Segun la Relatividad nada puede ir mas rápido que la luz, así de simple y sencillo, la única forma de trasmitir o viajar mas rápido sería curvando el espacio tiempo o según una nueva teoría usando una partícula teórica llamada taquion la cual parece pasarse por los blanquillos a la malla del mismísimo espacio tiempo del universo.

  6. La física cuántica nos sirve para determinar estadísticamente el comportamiento de las partículas, mientras que la Relatividad para explicar el cosmo.

    Si la velocidad de la luz es superada, inmediatamente la Teoría de Einstein deja de tener validez

    • no we segun la explosion (big bang) causo una expansion de la materia pero no te olvides que
      la materia crea un campo gravitatorio por lo tanto la velocidad de expansion se va reduciendo conforme pasa el tiempo debido a la atraccion entre la materia, hasta llegar a un punto donde la expansion se detiene y viene lo que se llama big crunch (gran contraccion) ¡mmmmm!

  7. Es interesante ver como creció el conocimiento general popular en física teórica los últimos años, me parece, yo empecé a mirar cosas por internet cuando vi el proyecto LHC@Home, lo que sorporende es la cantidad de gente que lo toma como hobby y sin meterse en las matemáticas ^^ en eso se pone un poco pesada la cosa…

  8. La transmision no "viaja" más rápido que la luz, sino que es instantanea. Y eso no aumenta la "velocidad" sino que elimina la "latencia".
    Para explicar la "latencia" les dejo un ej:
    Si transmito 10 kb a traves de una conexion de 1 kbps, la transmision tarda 10 segundos. Si transmito a la Luna, que esta mas o menos a 300.000 km de distancia, la transmision va a tener 1 segundo de latencia. Es decir, el 1er bit va a tardar un segundo en llegar, y los restantes van a llegar a 1 kbps, o sea, el tiempo total seria de 11 segundos.
    Si envias la informacion a un lugar a 1 año luz, el 1er bit va a tardar 1 año en llegar, y de ahi, los demas tardarian 10 segundos. O sea, la transmision tardaria un año y 10 segundos.
    Es por eso que en comunicaciones se pasó del satélite a la fibra óptica.

  9. trivi deja de decir BABOSADAS que te crees mas inteligente que nosotros solo porque hablas de tartas y cartas y tu gran mariconeria gente como tu me da asco te crees muy guay por decir sandeses solo las dices porque estas tras tu pantalla de monitor haci cualquiera es un experto o un sabio en cualquier tema y muy valiente para responderle a la gente puf eres un geek de los gay gente como tu sin falta de vision solo se merece el mismo destino que micromierda ELIMINARSE.

    y no me digan que no saben que es MICROmierdaSOFT

    • Que te paso hombre, te volviste loco o estas en el periodo del mes, en todo caso se más tolerante que de la discusión de ideas (o tormentas de ideas) se aprende, pero tu definitivamente no quieres aprender o estas acomplejado por no entender???

  10. Bueno, la gravedad también viaja a velocidad mayor que la luz, ya que es una deformación del “espacio-tiempo”. Por lo tanto quizá la acción instantánea a distancia este relacionada con la gravedad.

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