Entrelazamiento

Las estadísticas del comportamiento de un sistema cuántico se calculan, no utilizando funciones en el espacio tridimensional real, sino resolviendo la ecuación de Schroedinger para la evolución de la función de onda multidimensional en un espacio matemático abstracto conocido como espacio de configuración.

Un sistema cuántico de dos partículas se describe mediante una función de onda de seis dimensiones.

En algunas circunstancias, la función de seis dimensiones consiste en una simple multiplicación de dos funciones, una para cada partícula, y en este caso factorizable las dos partículas se comportan de forma independiente.

En otras circunstancias, la función de onda no se puede factorizar, luego se describe como entrelazada y el comportamiento de las dos partículas entrelazadas muestra correlaciones.

No se puede pensar que estas correlaciones surjan de influencias que pasan de una partícula a otra a través de nuestro espacio tridimensional. Nether, como J.S. Bell mostró, ¿se puede pensar que las correlaciones surgen de la cocción de algunas variables locales asociadas con cada partícula en algún momento del pasado? Desde el punto de vista dentro de nuestro espacio tridimensional parece haber una “acción espeluznante a distancia”.

Einstein, Rosen y Podolsky propusieron un experimento mental en 1935 (ahora conocido como el experimento EPR) en el que el entrelazamiento juega un papel central.

El experimento de EPR se convirtió en una posibilidad de laboratorio cuando Bohm lo reformuló en términos del entrelazamiento de espines de partículas.

Muchos experimentos ahora han verificado que las correlaciones cuánticas en los espines de dos partículas entrelazadas persisten incluso cuando las partículas están tan separadas que no es posible que ninguna señal pase entre ellas.

La teoría de Bohm puede explicar las correlaciones observadas ya que las variables que describen las partículas son variables no locales.

Cuando el estado de las partículas está entrelazado, el movimiento de una de las partículas puede depender del movimiento de la otra, aunque estén muy separadas y sean incapaces de señalizarse entre sí.

Este es probablemente el misterio más profundo de la mecánica cuántica. Vemos esta no localidad clara y explícitamente en la teoría de Bohm.

La animación muestra el movimiento de dos partículas entrelazadas por espín. Hay dos dispositivos Stern-Gerlach (SG) ampliamente separados (uno en la Tierra y otro en Andrómeda, por ejemplo) y las dos partículas entrelazadas viajan una a cada dispositivo donde se miden sus espines.

Cuando las dos SG están alineadas en la misma dirección, si se mide que una partícula gira hacia arriba, viajando hacia arriba al salir de la SG, entonces la otra se medirá para girar hacia abajo y viajar hacia abajo en su SG. ¿Cómo se establece esta correlación del movimiento de las partículas a través de grandes distancias del espacio cuando ninguna señal puede pasar entre las partículas?

Como muestra la animación, en la teoría de Bohm, cualquier partícula que se encuentre en la parte superior al entrar en su dispositivo SG viaja hacia arriba, mientras que la otra, en consecuencia, viaja hacia abajo.

En los momentos iniciales de la animación, vemos a la partícula viajando hacia la izquierda (digamos, hacia la Tierra) en un punto más bajo de su haz en comparación con la partícula que viaja hacia la derecha (digamos, hacia Andrómeda).

En consecuencia, la partícula de la Tierra se mide como “girar hacia abajo” mientras que la partícula de Andrómeda se mide como “girar hacia arriba”. Si la partícula de la Tierra mantiene la misma posición, pero la posición de la partícula de Andrómeda es diferente de modo que ahora está relativamente por debajo de su gemelo terrestre, entonces se encuentra que la partícula terrestre gira en su lugar. Este es el caso a pesar de que nada ha cambiado en la Tierra.

No es solo la posición relativa de las partículas lo que cuenta. Como muestra la animación hacia el final, si el operador de Andrómeda elige apagar su dispositivo SG (algo que no se puede conocer en la Tierra durante 2,5 millones de años), la trayectoria de la partícula en la Tierra puede cambiar de inmediato.

Las trayectorias predichas por la teoría de Bohm, cuando las partículas se entrelazan, muestran que lo que le sucede a la partícula en la Tierra depende, la no localidad, de las circunstancias relacionadas con el lugar donde se encuentra la partícula distante en Andrómeda.

Pulsar un interruptor para apagar los imanes en el dispositivo SG en Andrómeda puede cambiar lo que sucede en la Tierra. Este tipo de comportamiento, explícito dentro de la teoría de Bohm, explica el origen de las correlaciones predichas por la mecánica cuántica.

Vemos que la proximidad en el espacio no determina necesariamente si las partículas pueden correlacionarse.

En el espacio de configuración multidimensional de la mecánica cuántica que se encuentra más allá de nuestro espacio cotidiano, existe una única función de onda entrelazada que desarrolla diferentes ramas según las mediciones realizadas.

Un solo punto en el espacio de configuración representa ambas partículas y, en la teoría de Bohm, este punto se mueve para entrar solo en una de las ramas que se desarrollan a medida que se realizan las mediciones.

El comportamiento local en el espacio de configuración parece no local en nuestro espacio cotidiano tridimensional.

La no localidad, la unión inextricable de sistemas distantes, es quizás la consecuencia más asombrosa de la teoría cuántica.

No podemos ni formular ni comprender el comportamiento cuántico limitado por los límites del espacio y el tiempo cotidianos.

Chris Dewdney