El error brillante de Einstein: Estados entrelazados

Tabla de contenido:

1. Introducción
2. El papel de Albert Einstein en la mecánica cuántica
3. La teoría del efecto fotoeléctrico
4. El papel de Einstein en la formulación de la mecánica cuántica
5. El artículo EPR de 1935
6. Los estados entrelazados y sus implicaciones
7. La paradoja de la velocidad de la luz
8. La visión de Einstein sobre la mecánica cuántica
9. La teoría de los estados ocultos locales
10. La prueba experimental del argumento EPR
11. La confirmación de la mecánica cuántica
12. Conclusiones

📝 El papel de Albert Einstein en la mecánica cuántica

Albert Einstein desempeñó un papel fundamental en el desarrollo de la mecánica cuántica a través de su teoría del efecto fotoeléctrico. Sin embargo, a pesar de su contribución, Einstein siempre se sintió incómodo con las implicaciones filosóficas de esta teoría. Aunque es mundialmente conocido por su famosa ecuación E=mc^2, su último gran aporte a la física fue el artículo EPR de 1935, escrito en colaboración con Boris Podolsky y Nathan Rosen.

📰 El artículo EPR de 1935 y los estados entrelazados

El artículo EPR de 1935, considerado durante mucho tiempo como una curiosidad filosófica, se ha vuelto central en la comprensión de la física cuántica gracias a su descripción de un fenómeno extraño ahora conocido como estados entrelazados. El artículo comienza por considerar una fuente que emite pares de partículas, cada una con dos propiedades mensurables diferentes. Cada una de estas mediciones tiene dos posibles resultados, con la misma probabilidad. Por ejemplo, cero o uno para la primera propiedad, y A o B para la segunda.

La peculiaridad de este escenario no radica solo en que el estado de una partícula individual es indeterminado hasta que se mide, sino en que la medición misma determina ese estado. Además, las mediciones afectan entre sí. Si se mide una partícula en estado 1 y se sigue con la segunda medición, habrá un 50% de probabilidad de obtener tanto A como B. Sin embargo, si se repite la primera medición, habrá un 50% de probabilidad de obtener cero, a pesar de que la partícula ya había sido medida como uno. Esto significa que el cambio de la propiedad medida altera el resultado original y permite obtener un nuevo valor aleatorio.

Las cosas se vuelven aún más extrañas cuando se analizan ambos pares de partículas. Cada una de las partículas producirá resultados aleatorios, pero si se comparan, siempre estarán perfectamente correlacionadas. Por ejemplo, si se mide que ambas partículas están en cero, esta relación siempre se mantendrá. Los estados de ambas partículas están entrelazados. Medir una de ellas revela con certeza absoluta el estado de la otra. Este fenómeno de entrelazamiento parece desafiar la famosa teoría de la relatividad de Einstein, ya que no hay nada que limite la distancia entre las partículas. Incluso si se mide una en Nueva York al mediodía y la otra en San Francisco un nanosegundo después, los resultados serán exactamente los mismos. Sin embargo, según la teoría de la relatividad, esto implicaría que una partícula envía una especie de señal a la otra a una velocidad 13,000,000 veces superior a la velocidad de la luz, lo cual es imposible según esta teoría. Por esta razón, Einstein descartó el entrelazamiento como una "acción fantasmal a distancia". Él concluyó que la mecánica cuántica debía ser incompleta y que solo era una aproximación de una realidad más profunda en la que ambas partículas tienen estados predefinidos que nos están ocultos.

Sin embargo, defensores de la teoría cuántica ortodoxa, liderados por Niels Bohr, sostienen que los estados cuánticos son fundamentalmente indeterminados y que el entrelazamiento permite que el estado de una partícula dependa del estado de su pareja distante. Durante 30 años, la física enfrentó un punto muerto hasta que John Bell descubrió que la clave para poner a prueba el argumento EPR era analizar casos que involucraban mediciones diferentes en las dos partículas. Las teorías de variables ocultas locales, favorecidas por Einstein, Podolsky y Rosen, limitaban estrictamente la cantidad de resultados posibles como 1A o B0, porque los resultados tendrían que estar predefinidos. Bell demostró que el enfoque puramente cuántico, donde el estado es verdaderamente indeterminado hasta que se mide, tiene límites diferentes y predice resultados de mediciones mixtas que son imposibles en el escenario predeterminado.

Una vez que Bell descubrió cómo poner a prueba el argumento EPR, los físicos llevaron a cabo numerosos experimentos. A partir de John Clauster en la década de 1970 y Alain Aspect a principios de la década de 1980, se han realizado docenas de experimentos para probar las predicciones del argumento EPR, y todos han encontrado lo mismo: la mecánica cuántica es correcta. Las correlaciones entre los estados indeterminados de las partículas entrelazadas son reales y no se pueden explicar por ninguna variable más profunda. El artículo EPR resultó estar equivocado, pero de una manera brillante. Al hacer reflexionar profundamente a los físicos sobre los fundamentos de la física cuántica, llevó a un desarrollo adicional de la teoría y ayudó a impulsar la investigación en campos como la información cuántica, que ahora es un campo próspero con el potencial de desarrollar computadoras de un poder sin precedentes. Desafortunadamente, la aleatoriedad de los resultados medidos impide escenarios de ciencia ficción como el uso de partículas entrelazadas para enviar mensajes más rápidos que la luz. Por ahora, la relatividad está a salvo. Pero el universo cuántico es mucho más extraño de lo que Einstein quería creer.

Pros:

• Presenta un resumen claro y conciso del papel de Albert Einstein en la mecánica cuántica y el artículo EPR.
• Explica de manera comprensible el fenómeno de los estados entrelazados y su implicancia en la teoría de la relatividad.
• Destaca la importancia del artículo EPR en el desarrollo de la física cuántica y la investigación en campos como la información cuántica.

Contras:

• Podría ofrecer una explicación más detallada sobre el experimento de Bell y los resultados obtenidos.
• No menciona las implicaciones prácticas del entrelazamiento cuántico en áreas como la criptografía o la computación cuántica.

Destacados:

• Albert Einstein desempeñó un papel clave en el lanzamiento de la mecánica cuántica a través de su teoría del efecto fotoeléctrico.
• El artículo EPR de 1935, escrito por Einstein, Podolsky y Rosen, ha sido fundamental en la comprensión de los estados entrelazados en la física cuántica.
• El entrelazamiento cuántico plantea desafíos a la teoría de la relatividad y ha llevado a una mayor investigación en campos como la información cuántica.

Preguntas frecuentes:

Q: ¿Cuál fue el mayor aporte de Albert Einstein a la mecánica cuántica? A: El mayor aporte de Albert Einstein a la mecánica cuántica fue a través de su teoría del efecto fotoeléctrico, la cual jugó un papel fundamental en el desarrollo de esta teoría.

Q: ¿Qué es un estado entrelazado en la física cuántica? A: Un estado entrelazado es una propiedad de dos partículas cuánticas que están correlacionadas de manera que el estado de una está intrínsecamente relacionado con el estado de la otra, incluso a grandes distancias.

Q: ¿Cómo se ha confirmado experimentalmente la mecánica cuántica? A: A través de experimentos, como los realizados por John Clauster y Alain Aspect, se ha demostrado que las predicciones de la mecánica cuántica, incluyendo los estados entrelazados, son consistentes con los resultados observados, lo que confirma la validez de esta teoría.

Q: ¿Cuáles son las implicaciones prácticas del entrelazamiento cuántico? A: El entrelazamiento cuántico tiene implicaciones prácticas en áreas como la criptografía cuántica, donde se utiliza para garantizar la seguridad de las comunicaciones, y en la computación cuántica, donde se aprovecha para realizar cálculos más rápidos y eficientes.

Recursos:

• Teoría del efecto fotoeléctrico de Albert Einstein
• Artículo EPR de 1935
• Criptografía cuántica
• Computación cuántica