por Alessandro Fedrizzi y Massimiliano Proietti
14 Noviembre 2019
14 Noviembre 2019
del Sitio Web TheConversation
traducción de
Adela Kaufmann
Versión original en ingles
Versión original en ingles
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Alessandro Fedrizzi
Profesor de Física Quántica, Universidad Heriot-Watt. Alessandro Fedrizzi recibe fondos de UK Research & Innovation (UKRI). Massimiliano Proietti Candidato a PhD de Física Quántica, Universidad Heriot-Watt. Proietti, Massimiliano trabaja para la universidad Heriot-Watt. |
Gearoid Hayes
Flickr, CC BY-SA
Los hechos alternativos se están extendiendo como un virus en toda
la sociedad. Ahora parece que incluso han infectado la ciencia, al
menos el reino quántico.
Esto puede parecer contrario a la intuición. Después de todo, el
método científico se basa en las nociones confiables de observación,
medición y repetibilidad. Un hecho, según lo establecido por una
medición, debe ser objetivo, de modo que todos los observadores
puedan estar de acuerdo con él.
Pero en un artículo (Experimental
Test of Local Observer Independence)
publicado recientemente en Science Advances, mostramos que, en
el micromundo de átomos y partículas que se rige por las extrañas
reglas de la mecánica quántica, dos observadores diferentes tienen
derecho a sus propios hechos.
En otras palabras, de acuerdo con nuestra mejor teoría de los
componentes básicos de la naturaleza misma, los hechos pueden ser
subjetivos.
Los observadores son jugadores poderosos en el mundo quántico. Según
la teoría, las partículas pueden estar en varios lugares o estados a
la vez, esto se llama superposición.
Pero curiosamente, este es solo el caso cuando no se observan. En el
segundo se observa un sistema quántico, seleccionando una ubicación
o estado específico, rompiendo la superposición.
El hecho de que la naturaleza se comporte de esta manera se ha
demostrado varias veces en el laboratorio, por ejemplo, en el
famoso experimento
de la doble rendija (ver
video a continuación):
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Se preguntó qué sucedería al aplicar la mecánica quántica a un
observador que se está observando a simismo.
Imagine que un amigo de Wigner arroja una moneda quántica - que está en una superposición de caras y colas, dentro de un laboratorio cerrado.Cada vez que el amigo tira la moneda, ellos observan un resultado definitivo.Podemos decir que el amigo de Wigner establece un hecho:El resultado del lanzamiento de la moneda es definitivamente cabeza o cola.Wigner no tiene acceso a este hecho desde el exterior, y de acuerdo con la mecánica quántica, debe describir al amigo y la moneda para estar en una superposición de todos los resultados posibles del experimento.Esto se debe a que están "enredados", conectados espeluznantemente, de modo que si manipulas a uno también manipulas al otro.Wigner ahora puede, en principio, verificar esta superposición utilizando el llamado "experimento de interferencia", un tipo de medición quántica que le permite desentrañar la superposición de un sistema completo, confirmando que dos objetos están enredados.
Cuando Wigner y el amigo comparen las notas más adelante, insistirán
en que vieron resultados definitivos para cada lanzamiento de
moneda. Wigner, sin embargo, no estará de acuerdo cada vez que
observe a un amigo y a una moneda en una superposición.
Esto presenta un enigma.
La realidad percibida por el amigo no puede conciliarse con la realidad del exterior.
Wigner originalmente no consideraba esta gran paradoja, argumentó
que sería absurdo describir a un observador consciente como un
objeto quántico.
Sin embargo, más tarde se apartó
de esta visión,
y de acuerdo con los libros de texto formales sobre mecánica
quántica, la
descripción es perfectamente válida.
El experimento
El escenario ha sido durante mucho tiempo un interesante experimento
mental.
¿Pero refleja la realidad...?
Científicamente, ha habido poco progreso en esto hasta hace muy
poco, cuando Časlav
Brukner de la Universidad de Viena demostró que, bajo
ciertos supuestos, la idea de Wigner puede
usarse para probar formalmente que
las mediciones en mecánica quántica son subjetivas para
los observadores...
Brukner propuso una forma de probar esta noción traduciendo el
escenario amigo de Wigner en un marco establecido
por primera vez por
el físico John Bell en 1964.
Brukner consideró dos pares de Wigners y amigos, en dos cajas
separadas, realizando mediciones en un estado compartido, dentro y
fuera de su respectiva caja.
Los resultados se pueden resumir para utilizarlos en última
instancia para evaluar la llamada "desigualdad
de Bell".
Si se viola esta desigualdad, los observadores podrían tener hechos alternativos...
Ahora, por primera vez, realizamos esta prueba experimentalmente en
la Universidad Heriot-Watt de Edimburgo, en una computadora
quántica a pequeña escala, compuesta por tres pares de fotones
enredados.
El primer par de fotones representa las monedas, y los otros dos se
utilizan para lanzar la moneda, midiendo la polarización de los
fotones, dentro de su respectiva caja.
Fuera de las dos cajas, quedan dos fotones en cada lado que también
se pueden medir.
Investigadores con experimento.
Autor proporcionado
Autor proporcionado
A pesar de utilizar tecnología quántica de vanguardia, tomó
semanas recopilar datos suficientes de solo seis fotones para
generar estadísticas suficientes.
Pero eventualmente logramos demostrar que la mecánica quántica
podría ser incompatible con la suposición de hechos objetivos -
violamos la desigualdad.
La teoría, sin embargo, se basa en algunos supuestos.
Estos incluyen que los resultados de la medición no están
influenciados por las señales que viajan por encima de la velocidad
de la luz y que los observadores son libres de elegir qué mediciones
realizar. Ese puede o no puede ser el caso.
Otra pregunta importante es si los fotones individuales pueden
considerarse ser observadores.
En la propuesta de la teoría de Brukner, los observadores no
necesitan ser conscientes, simplemente deben poder establecer hechos
en forma de un resultado de medición.
Por lo tanto, un detector inanimado sería un observador válido. Y la
mecánica quántica de los libros de texto no nos da ninguna razón
para creer que un detector, que puede hacerse tan pequeño como unos
pocos átomos, no debe describirse como un objeto quántico como un
fotón.
También es posible que la mecánica quántica estándar no se aplique a
grandes escalas de longitud, pero probar eso es un problema
separado.
Puede haber
muchos mundos por ahí.
Nikk / Flickr
CC BY-SA
muchos mundos por ahí.
Nikk / Flickr
CC BY-SA
Por lo tanto, este experimento muestra que, al menos para los
modelos locales de mecánica quántica, necesitamos repensar nuestra
noción de 'objetividad'...
Los hechos que experimentamos en nuestro mundo macroscópico parecen
permanecer seguros, pero surge una pregunta importante sobre cómo
las interpretaciones existentes de la mecánica quántica pueden
acomodar hechos subjetivos.
Algunos físicos ven estos nuevos desarrollos como interpretaciones
reforzadoras que permiten que ocurra más de un resultado para una
observación, por ejemplo, la
existencia de universos paralelos en
los que ocurre cada resultado.
Otros lo ven como evidencia convincente de teorías intrínsecamente
dependientes del observador, como el Bayesianismo
Quántico, en el que las acciones y experiencias de un
agente son preocupaciones centrales de la teoría.
Pero otros toman esto como un fuerte indicador de que quizás la
mecánica quántica se descompondrá por encima de ciertas escalas de
complejidad. Claramente, estas son preguntas profundamente
filosóficas sobre la naturaleza fundamental de la realidad.
Cualquiera sea la respuesta, le espera un futuro interesante.
