La Paradoja del EPR No Desacreditó la Interpretación de Copenhague

De Dan Hooper, Ph. D., Universidad de Chicago
Ilustración de un experimento que se está llevando a cabo para demostrar la paradoja de la RPE.
Una ilustración del experimento mental paradoja de EPR, que se está realizando aquí usando pares de electrones-positrones. (Imagen: Krishnavedala / Dominio público)

¿Qué Es El Realismo Científico?

Einstein se sentía incómodo con la forma en que una partícula dada podría estar en varios lugares a la vez o cómo podría moverse a múltiples velocidades, todo simultáneamente, de acuerdo con la interpretación de Copenhague. Después de años de debate y consideración, Einstein finalmente llegó a tomar e insistir en una posición filosófica conocida como realismo científico para contrarrestar esto.

Como Einstein lo vio, uno es un realista científico si cree en la existencia de un estado real y bien definido del mundo, y que el mundo existe independientemente de cualquier observación que usted pueda hacer de él. En otras palabras, el mundo es una cosa real y bien definida que existe independientemente de nosotros. Al observarlo, podemos aprender cosas sobre el mundo, pero nuestras observaciones no hacen que el mundo sea lo que es.

La insistencia de Einstein en el realismo científico cayó en marcado contraste con la interpretación de Copenhague de la mecánica cuántica. De acuerdo con la interpretación de Copenhague, un electrón podría estar en múltiples lugares a la vez, pero cuando se hace una observación de un electrón, su función de onda colapsa, y se transforma en que ya no está en múltiples lugares, sino en uno solo. Esta interpretación no era compatible con las ideas de Einstein sobre el mundo o su adhesión al realismo científico.

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¿Es incompleta la Teoría de la Mecánica Cuántica?

A pesar de que Einstein no estaba de acuerdo con la interpretación de Copenhague, tuvo que aceptar que las predicciones que se hacían con las ecuaciones de la mecánica cuántica estaban de acuerdo con cualquier número de mediciones y pruebas de laboratorio. La mecánica cuántica no parecía estar simplemente equivocada.

Retrato de Albert Einstein en 1931.
Un retrato de Albert Einstein de 1931, unos cuatro años antes de que publicara el documento EPR con Podolsky y Rosen. (Imagen: Doris Ulmann / División de Estampas y Fotografías de la Biblioteca del Congreso)

Por lo tanto, centró sus esfuerzos en tratar de demostrar que la teoría de la mecánica cuántica era de alguna manera incompleta. Einstein esperaba poder encontrar una versión más completa de la mecánica cuántica que fuera determinista, y que fuera compatible con el realismo científico.

Sin embargo, todas las objeciones filosóficas que Einstein logró plantear contra las interpretaciones de Copenhague fueron subjetivas en el mejor de los casos y no lograron persuadir a otros físicos de que la visión consensuada de la teoría cuántica era incorrecta o incompleta.

Einstein necesitaba exponer una inconsistencia lógica o identificar un problema importante en la interpretación de Copenhague que pudiera reconocerse como un defecto fatal para convencer a sus colegas.

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El entrelazamiento cuántico y la Paradoja del EPR

Titular del New York Times que dice que Einstein ataca la Teoría Cuántica.
Un titular en la edición del New York Times del 4 de mayo de 1935, después de la publicación del EPR paper. (Imagen: New York Times / Dominio público)

Durante varios años, Einstein había estado pensando en grupos de partículas con funciones de onda que dependen directamente unas de otras. Hoy nos referimos a tales funciones de onda como ‘enredadas’, pero esta terminología aún no se había acuñado a finales de la década de 1920.

Aunque Einstein aún no había explorado o comprendido completamente las implicaciones del entrelazamiento cuántico, sí reconoció que el entrelazamiento cuántico era una consecuencia inevitable de la interpretación de Copenhague de la mecánica cuántica. También reconoció que un comportamiento particularmente extraño podría resultar del entrelazamiento cuántico.

En 1933, Einstein tomó un puesto en el Instituto de Estudios Avanzados de Princeton, después de huir de la Alemania nazi. Allí trabajó con otros dos físicos, Boris Podolsky y Nathan Rosen. Durante los siguientes dos años, escribieron un influyente artículo titulado, » ¿Puede Considerarse Completa una Descripción Cuántica-Mecánica de la Realidad Física?»Este artículo contenía la primera descripción de lo que se conocería como la paradoja EPR o la paradoja Einstein-Podolsky-Rosen.

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El artículo de EPR describió un experimento hipotético, destinado a demostrar lo que Einstein vio como las consecuencias paradójicas de la interpretación de Copenhague. El experimento EPR fue uno de los experimentos mentales más famosos de Einstein.

A lo largo de los años se han discutido y propuesto varias versiones diferentes del experimento mental EPR. Todas tienen los mismos elementos básicos, incluido un par de partículas que comienzan cerca unas de otras e interactúan, y luego viajan lejos unas de otras en diferentes direcciones.

Una de las mejores versiones posteriores describe un átomo que está a punto de decaer. Produce dos partículas con la misma masa. Dado que el sistema comienza sin momento, la ley de conservación del momento dice que el momento total de las dos partículas tendrá que sumar cero. Esto significa que estas dos partículas deben viajar lejos del átomo en direcciones opuestas y con velocidades iguales.

Sin embargo, estas son partículas cuánticas sin valores únicos definidos de sus velocidades. En su lugar, se describen mediante una función de onda que se puede usar para calcular la probabilidad de que se encuentre que tienen una velocidad particular cuando se miden. Además, antes de realizar cualquier medición, las velocidades de estas partículas tienen múltiples valores, y todas al mismo tiempo.

Imagine que estas partículas viajan una distancia significativa del átomo, y a medida que lo hacen, se separan cada vez más entre sí. Después de separarlos, se toma una medida de la velocidad de una de las partículas. Digamos, por ejemplo, que mides la partícula que viaja a una velocidad de 100 millas por hora.

De acuerdo con la interpretación de Copenhague, al realizar esta medición se colapsa la función de onda de la partícula. Sin embargo, según el experimento de EPR, parece que también has hecho algo más. Y este es el punto principal del experimento EPR.

Dado que el momento siempre se conserva, midiendo la velocidad de una de las partículas también se aprende la velocidad de la otra partícula. Después de todo, las dos partículas tienen que moverse a la misma velocidad. Así que, al medir la velocidad de una de las partículas, no solo se hace colapsar la función de onda de esa partícula, también se colapsa la función de onda de la otra partícula. Sin acercarte a la segunda partícula, de alguna manera forzaste su función de onda a colapsar.

Einstein creía que este tipo de comportamiento era evidentemente imposible. Argumentó que no hay nada que se pueda hacer a una partícula en un lugar que pueda afectar a una partícula diferente en un lugar diferente. Considerando que, el experimento EPR demuestra que este tipo de cosas tiene que suceder de acuerdo con la visión de Copenhague de la mecánica cuántica. Esta objeción es la esencia de la paradoja EPR. Einstein pensó que finalmente había demostrado por qué la vista de Copenhague tenía que estar incompleta. O tal vez incluso mal.

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La respuesta de Niels Bohr a la Paradoja de EPR

El físico danés Niels Bohr, que fue uno de los principales defensores de la interpretación de Copenhague de la mecánica cuántica, sintió que era su responsabilidad responder al ataque de Einstein y aclarar y quizás corregir la situación.

Bohr estaba convencido de que la mecánica cuántica era una teoría válida, y temía que los ataques de Einstein disminuyeran injustamente su credibilidad. Entonces, Bohr dejó todo lo demás a un lado y pasó seis intensas semanas formulando y escribiendo una respuesta al documento de EPR y sus críticas a la interpretación de Copenhague de la mecánica cuántica.

En su artículo en respuesta al documento de EPR, Bohr no trató de cuestionar la conclusión de que la interpretación de Copenhague conduce al entrelazamiento de las funciones de onda. Estaba claro que sí. Bohr argumentó que no había nada lógicamente inconsistente con el entrelazamiento. El enredo es raro, pero eso no significa que no sea también real.

Uno de los motivos por los que uno podría objetar el entrelazamiento cuántico es que parece implicar viajes más rápidos que la luz. Según la relatividad, nada puede moverse a través del espacio más rápido que la velocidad de la luz.

Este aparente problema proviene del hecho de que cuando se mide la velocidad de una de las partículas en el experimento EPR, colapsa instantáneamente las funciones de onda de ambas partículas. Dado que una distancia significativa separa estas dos partículas, esto parece requerir un viaje instantáneo a través del espacio.

Einstein se refirió a esto como» acción espeluznante a distancia», y parecía violar un principio central de la relatividad.

Tras un escrutinio más detenido, resulta que el entrelazamiento cuántico puede parecer violar la relatividad, pero en realidad no lo hace. Más específicamente, no permite que ninguna partícula o cualquier otra forma de información se mueva entre dos ubicaciones a una velocidad más rápida que la luz. Dos partículas pueden estar unidas a través de su enredo, pero esto nunca podría usarse para enviar una señal u objeto, de un lugar a otro a una velocidad más rápida que la velocidad de la luz.

Bohr había demostrado que una mirada más cercana a la paradoja de EPR reveló que realmente no hay paradoja en absoluto. Aunque la respuesta de Bohr hizo poco para cambiar la mente de Einstein, la mayoría de los físicos parecen haber encontrado su refutación convincente. Hoy en día, el documento de EPR es ampliamente visto como un paso en falso por Einstein.

El documento de EPR llamó la atención sobre los fenómenos de entrelazamiento cuántico, pero no proporcionó un caso válido en última instancia contra la interpretación de Copenhague de la mecánica cuántica. Einstein había esperado que el documento EPR diera un golpe fatal a la visión consensuada de la mecánica cuántica, pero la teoría sobrevivió y se hizo más fuerte que nunca.

Preguntas comunes Sobre la Paradoja de EPR

P: ¿Por qué es incorrecta la paradoja de EPR?

Einstein esperaba que la paradoja de EPR, que parecía sugerir que la teoría de la mecánica cuántica estaba incompleta, finalmente desinflara el consenso en torno a la interpretación de Copenhague. La paradoja de EPR sugirió que las partículas viajaban a velocidades más rápidas que la de la luz, lo que violaba las barreras de la relatividad general. Sin embargo, más tarde se demostró que esto era incorrecto. Por lo tanto, la paradoja de la RPE es errónea.

P: ¿Qué es la teoría del entrelazamiento?

La teoría del entrelazamiento dice que las partículas cuánticas que están enredadas permanecen enredadas, y cualquier acción realizada en una de las partículas afecta igualmente a las otras partículas, incluso si dichas partículas están muy separadas.

P: ¿El enredo cuántico es más rápido que la luz?

No, el entrelazamiento cuántico sigue las reglas de la relatividad y no permite viajar más rápido que la velocidad de la luz. Los objetos enredados se comportan de manera similar, lo que crea la impresión de viajar más rápido que la luz, pero no ocurre ningún viaje o comunicación real más rápido que la luz.

P: ¿Qué es la superposición y el enredo?

En palabras simples, el entrelazamiento cuántico se refiere a la transferencia de información de ida y vuelta entre un par de partículas cuánticas. Por otro lado, la superposición cuántica se refiere a la teoría que sugiere que las partículas cuánticas existen simultáneamente en múltiples estados.

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