En la imagen se muestra el centro de las galaxias activas y los flujos
de gas de un enorme agujero negro, que
hace que los objetos conocidos como los quásares, tan luminosos, que su luz todavía
pueden quedar atrapada a miles de millones de años luz de distancia. Se pueden utilizar como un generador de números
aleatorios. Crédito de la imagen: © ESO/Martín Kommesser /CC-by-3.0 CC BY
La mecánica cuántica en la actualidad, tiene casi 80 años de
edad, y hasta el momento ha pasado todas
las pruebas experimentales con gran éxito. A pesar de este éxito, el
malestar que ya tenía Albert Einstein de la "acción fantasmal a distancia"
programada para los efectos cuánticos, en la actualidad no ha desaparecido por
completo. El universo se comporta realmente tan impredecible y el sentido
común contradictorio, según como fue
predicho por la teoría cuántica - o ¿hay reglas y sus tamaños son tan pequeños que para nosotros
están ocultos, que sólo podemos simular este tipo de comportamiento? Y si
la mecánica cuántica es correcta, ¿qué significan para la realidad física?, así
que ¿cómo van a ser interpretados?
Debido a que no se han
logrado respuestas definitivas, aceptando en forma general estas preguntas, en todo
el mundo se siente que los fenómenos físico cuánticos son sutiles y muy
refinados experimentos. Algunos de estos experimentos tienen el mismo descabellado
efecto como son los efectos que se van a investigar: Investigadores
estadounidenses han propuesto el uso de la luz a partir de dos cuásares, a miles
de millones de años luz que se encuentran en lados opuestos del cosmo visible
para un experimento con partículas entrelazadas. Y los físicos cuánticos
de la Universidad
de Viena ya están en el proceso de implementación de esta propuesta de acción.
"Las ecuaciones de la teoría cuántica nos dicen que el mundo es
raro y extraño", dijo David Kaiser ,
del Instituto de Tecnología de Massachusetts en Cambridge EE.UU.. "Pero antes de esto, debemos cerrar
cualquier resquicio lógico imaginable, y aún así, todavía parece tan
inverosímil." En la mecánica clásica, las propiedades de las
partículas - como la energía, el momento o el lugar – están claramente
definidos y con cantidades precisamente medibles. En la mecánica cuántica,
la situación es completamente diferente: en principio, las propiedades medibles
- las "observables" - por lo general no tienen un valor definido, los
resultados de medición que surgen es proporcionada por la teoría de los
"valores propios" de la probabilística observable.
¿Variables de interacción en secreto?
Esto
puede parecer una locura, ya que contradice la experiencia cotidiana. Sin
embargo, es más extraño que las propiedades de dos - o también más – cuyas partículas están lejos unas de otras y pueden estar unidas entre sí , no de forma independiente los
uno del otro. Este fenómeno de "enredo", a que se refiere,
ya lo tenía - citado como en un principio – y que hacia dudar a Einstein sobre
la mecánica cuántica. Tanto fue así, que junto con Boris Podolsky y
Nathan Rosen en 1935 diseñó un escenario que debía demostrar
que la mecánica cuántica era una teoría incompleta, por lo que tendría que ser según
las variables previamente desconocidas que estaban "ocultas" y que daban
lugar a fenómenos supuestamente extraños. Se han
utilizado como ejemplo de Einstein y sus colegas, dos partículas elementales
que interactúan entre sí y luego se alejan el uno del otro. En la mecánica cuántica, estas dos partículas forman a
continuación, - siempre que no se vean perturbadas por influencias externas -
un sistema cruzado, descrito por una sola función. En otras palabras, no es posible describir una de las
partículas independientemente de las otras. La bizarro es que ahora, por lo tanto, los resultados de las mediciones son y no son realmente independientes en las
dos partículas, sino que están correlacionados a menudo, para leer, la medición
en una de la partícula "que afecte" el resultado de la medición en la
segunda partícula. Esta reacción
implica, sin embargo, que hay un efecto de la una a las otras partículas
existentes - y aun eso no es correcto. Consideremos
en primer lugar una analogía de la física clásica: Ponemos una bola negra y una
blanca en dos maletas y las entregamos a los observadores Alice y Bob que no
saben cuál de las bolas está en sus respectivas bolsas. Alice y Bob se embarcan en dos lugares
muy distantes entre sí. Si los
dos observadores realizan ahora una "medición", al abrir la bolsa,
sus resultados no son independientes entre sí: Alice ¿La bola blanca, por lo
que Bob tiene la negra; y viceversa. Sin
duda, nadie viene aquí con la idea de que la primera medición pueda
"influenciar" la segunda.
Sorprendente comportamiento
de los fotones entrelazados
Hasta ahora, todo ha ido bien; pero las partículas elementales no son
bolas clásicas, y no se comportan de la
manera expuesta más arriba. Hoy en día, los físicos utilizan en su mayoría
fotones, esas partículas de luz que permiten llevar a cabo los experimentos en este
“enredo”. Pares
de fotones entrelazados pueden ser generados mediante diferentes procesos, por
ejemplo: Con la fluorescencia paramétrica en cristales ópticos no lineales. El
enredo se refiere a una característica especial del fotón; su linear de polarización . Dependiendo del proceso, se hacen girar o en forma
idéntica o a 90º entre sí. La dirección de la polarización corresponde según el
color de las bolas según nuestra clásica analogía. Sin embargo, mientras que en
el caso clásico, el color de los observadores es desconocido, está claro que
en mecánica cuántica el
caso de los fotones entrelazados la dirección de polarización es simplemente
desconocida, porque en realidad, no se establece antes de la medición y cualquier dirección es igualmente probable y
si la repetimos en forma idéntica con una par de fotones entrelazados, la polarización es indefinida. Alice y Bob han construido sus
detectores de fotones detrás de dos filtros de polarización igual independientemente
de la orientación precisa del filtro, la probabilidad de que el respectivo
fotón pase a través del filtro y sea detectado, por medio de la polarización; a continuación, es como se predijo por la
mecánica cuántica, no definidos antes de la medición. Lo mas extraño es que aún así ambos
observadores observarán su fotón o ninguno de ellos, los fotones entrelazados
tienen la misma polarización; mientras que en las bolas, la dependencia de la
medición resulta evidente el uno en relación con el otro. Es desconcertante en
cuanto a los fotones, porque antes de la medición, la dirección de polarización
aún no se había puesto tan firmemente, entonces,¿Que hacer con el segundo
fotón, que ha suministrado el resultado de la medición de Alice para presentar
el valor coincidente de si mismo? Es este fenómeno denunciado por Einstein como "acción fantasmal a
distancia", y que lo llevó a la conclusión de que la mecánica cuántica era
una teoría incompleta y que era similar a las bolas clásicas debiendo por lo
tanto, haber "variables
ocultas". El estado de las partículas elementales (en este caso, la
polarización durante el vuelo) tendría que establecerse con claridad; sólo si eran desconocidos para los
observadores antes de la medición.
Bizarra
demostración
Pero Einstein
estaba equivocado. En 1994 el físico
irlandés John Steward Bell de la
Northern , expuso que la cuestión planteada por Einstein y sus
colegas, debía responderse en principio en forma experimental: La correlación
de los resultados medidos con partículas entrelazadas, es mayor de lo que puede
ser explicado mediante la Teoría Clásica
Estructura de experimento
Pero debido al enredo de
ambos fotones (rojo) que tienen una polarización idéntica,¿Porque
exactamente no está claro durante el vuelo?. ¿Pasó por el filtro de polarización o falló y el
pedal de dirección de la polarización
también se estableció en el otro? ¿Este efecto sólo se produce alrededor
debido que los fotones y los filtros se sintonizan cual un temporal situado
antes del experimento? Para descartar esta posibilidad, la luz también
permitirá a los físicos decidir en relación a los quásares, únicamente sobre la
base de su luz determinando como los filtros son alineados en un ordenador. Crédito: Scientific American
¿Qué
quiere decir esto? La mayoría de los físicos interpretan las
correlaciones que se producen en los sistemas entrelazados como una violación
del principio de localidad. Esto significa que las operaciones sólo pueden afectar
a su entorno físico inmediato. Encuentra dos eventos en el lugar hasta ahora
separadas unas de otras en su lugar, que no hay intercambio de señales entre
ellos es posible, así que no pueden depender de uno al otro. Eso es
lo que aparece en el entrelazado, pero para ser el caso. Bell en
experimentos modernos, los dos observadores ", semejante al espacio"
separado de los demás, incluso con la velocidad de la luz, por tanto, puede
pasar una señal de uno a otro Esa no-localidad es difícil de entender - y con precaución
con esta conclusión, los físicos ir. ¿Hay
lagunas en los experimentos? El
resultado sorprendente que sólo pretende? De
hecho, ha habido tales lagunas. En
primer lugar, por supuesto, son errores en la configuración experimental
posible - una fuente de radiación, en el que la polarización tiene una
dirección preferida, filtros defectuosos a través del cual los fotones se ven
influidas por el ruido en el detector. Estos
problemas aún pueden reducir bastante bien. Más
problemático es ya la laguna de "buena muestra". Puesto que incluso los detectores más
avanzados no se registran todos los fotones, los físicos deben asumir que no
hay diferencias entre los fotones registrados y no registrados. Anton Zeilinger , de la Universidad de Viena y
su equipo tuvo éxito en 2012, para cerrar esta laguna con un ingenioso
experimento.
La "elección resquicio
libre"
La planificación de Zeilinger, fue con la ayuda de fotones cósmicos que le
permitió resolver otro problema del experimento de Bell. No sólo los medios de comunicación,
incluso los físicos se refieren a ella con frecuencia como un "vacío legal
del libre albedrío" - pero eso es demasiado audaz para Zeilinger: "El término correcto es resquicio de
libre elección", dijeron los investigadores. Porque eso es lo que: Los resultados
del experimento, por supuesto dependen de la libre elección de las orientaciones
de filtros de polarización: Sería al menos un principio concebible - tan
descabellado como puede parecer - que el fotón medido y el filtro de
polarización sería como si conspiraran entre sí, por lo que sería igualado por
un tiempo delante de la influencia de
medición del uno y del otro. Por lo general, los físicos ponen uno al azar, de
manera que las orientaciones de los dos filtros son verdaderamente independientes
y evitan que ocurran correlaciones accidentales. Pero aún queda un vacío: "En los experimentos convencionales,
los generadores aleatorios en el cono de luz de la fuente de sentarse",
dice Harald Weinfurter, físico cuántico de la Universidad
Ludwig-Maximilians -Universidad de Munich. "Los
números al azar, por lo tanto podrían ser determinados por variables ocultas de
la fuente." Por lo
tanto, en la moderna campana de prueba, se colocará al azar fuera de la fuente el
cono de luz, "Sin embargo, nadie me dice que la variable oculta no es ya un
segundo antes de la emisión que se fijaron -. Por lo tanto, es importante
seguir siempre el viaje durante el tiempo de la generación"
Por lo tanto, Kaiser y sus colegas se
han propuesto en lugar de generadores de números aleatorios, usar fotones
aleatorios recibidos de cuásares distantes que permitirá controlar el
experimento de Bell. Estos cuerpos celestes, núcleos de galaxias activas que
emiten radiación de altas energías son extremadamente lejanas, a veces están a
una distancia de la Tierra
de miles de millones de años luz.
¿Cual
es el truco? El truco es: Si se seleccionan dos cuásares en lados
opuestos de la esfera celeste, que se encuentra en el borde del universo
visible, entonces estos objetos celestes son tan distantes que no podrían
previamente y causalmente influir entre sí en el curso de la historia cósmica.
Independiente
es apenas posible
Una
influencia en las dos mediciones de variables ocultas de este modo quedaría
excluida durante casi toda la historia del cosmos: "Estamos mejorando la prueba de Bell en relación a esta laguna,
para que por 20 órdenes de magnitud", dijo Kaiser.
El físico cuántico alemán Heinz-Dieter
Zeh considera esta actividad con gran compostura. "Los
temas tratados en las lagunas de la literatura de hoy en día que no se toman
demasiado en serio, son en su mayoría,
lejos inverosímil que cualquier no-lugar", dice el profesor emérito de
la Ruprecht-Karls -Universität
de Heidelberg. "Incluso los experimentos de Aspect
fueron de hecho prueba definitiva., Pero al parecer, todavía se puede llamar la
atención de la misma." Zeh
ha hecho importantes contribuciones a la "decoherencia" y por lo
tanto a la comprensión de las medidas en la mecánica cuántica. Para el investigador, la no-localidad
es una propiedad concreta de la realidad y ya está suficientemente demostrada. Sin embargo, otros experimentos no se
ven como básicamente sin sentido: "El
descubrimiento más grande sería, por supuesto, un resultado totalmente
inesperado - si se encuentran entonces!"
Esto es también lo que piensa Zeilinger. Pero prefiere
esperar confirmar las predicciones de la mecánica cuántica, una vez más: "No espero nada inesperado." Con
la ayuda de los observatorios de Zeilinger y Kaiser en las Islas Canarias, se implementarán
conjuntamente su "prueba de Bell cósmica" en acción que es terreno
familiar para. Zeilinger. Allí, él y sus colegas ya han realizado
experimentos sobre el entrelazamiento cuántico y la teleportación.
Están previstas
pruebas iniciales, incluso con el Telescopio Jacobus Kapteyn en La-Palma, para
el año 2015. "En dos años,
queremos realizar las primeras mediciones de las estrellas cercanas, y luego
tratamos paso a paso con objetos cada vez más distantes", dice
Zeilinger.
Y si los experimentos
controlados en última instancia, a la luz de los distantes quásares, también
muestran una violación a la desigualdad de Bell. ¿Tenemos que aceptar la
no-localidad de nuestro mundo en forma permanente? "No necesariamente", dijo Weinfurter. Para el físico
colmar las lagunas aunque cada una por sí misma, y no todas al mismo
tiempo. "Y es por eso también
hay otras teorías que no se puede descartar por completo."
Fuente de la compilación: © Spektrum
de. 24.04.2014
Traducción libre del alemán por SOCA
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