Corre, Barry, corre, pero ni tú ni la física cuántica ganaréis a la luz

Una de las primeras cosas que me dijo el director de mi tesis doctoral, el maestro Juan León, era que necesitábamos un diccionario. Yo ya me disponía a volver a casa a por mi Diccionario de la Lengua Española en la vigésimo segunda edición de la RAE, un poco extrañado porque esto parecía contradecir otra cosa que recordaba que había dicho mi profesor de Cosmología y Gravitación una vez que un compañero se quejaba de tener que andar siempre resolviendo ecuaciones diferenciales muy complicadas: "está usted en quinto de Físicas, no esperará que le ponga un texto de Virgilio". Pero Juan me aclaró enseguida que él no lo decía en ese sentido: se refería a la necesidad de poner en común algunas definiciones básicas, para estar seguros de que nos referíamos a las mismas cosas cuando hablábamos. Con el tiempo me he dado cuenta de la gran sabiduría de este consejo: muchas polémicas, discusiones y malentendidos se solucionarían si los interlocutores manejaran el mismo "diccionario", en este sentido metafórico.

Nuestra querida física cuántica es, por supuesto, uno de los campos en los que este problema es más agudo: todos parloteamos sin cesar sobre términos rimbombantes y campanudos, pero en ocasiones nos estamos refiriendo a cosas distintas a las que el término debería designar. Así ocurre con el término "no localidad" (torpe pero espero que inteligible traducción de "nonlocality" o "non-locality", a falta de una traducción común mejor). Decimos a menudo que la física cuántica es no local. En un cierto sentido, es correcto. En otro, estamos completamente equivocados.

El celebérrimo entrelazamiento cuántico, que en la ciencia ficción sirve para justificarlo todo, incluso que una persona tenga mala suerte (no es broma, lo he visto en "The Flash"), consiste en correlaciones muy fuertes entre sistemas cuánticos que, en principio, pueden estar muy separados, tan separados que ni siquiera la luz tenga tiempo de viajar entre las partes mientras hacemos las medidas (aquí explicamos el entrelazamiento, y sobre todo en el libro "Verdades y mentiras de la física cuántica"). En este sentido, podemos decir que la física cuántica es no local: hay una correlación que no está limitada por la velocidad de la luz. Sin embargo, ya conocerán ustedes la tan manida frase de "correlación no implica causalidad". Y, efectivamente, esta frase tiene un significado preciso en física. Es la causalidad lo que más nos preocupa, porque eso es lo fundamental del concepto de localidad en la teoría de la relatividad de Einstein: si no hay velocidades infinitas, si las cosas se propagan de unas partes a otras siempre a una cierta velocidad, entonces tiene sentido dividir el espacio en distintas partes asociadas a los distintos sistemas físicos (localidad) y también tiene sentido darle un orden en el tiempo a lo que sucede, de manera que pueda haber causas que sucedan antes que los efectos, y no al revés (causalidad).

En física, pueden aparecer velocidades mayores que la de la luz, no solo en la física cuántica. Pero esas velocidades no son velocidades "físicas", en el sentido de que nada físico se está propagando a esa velocidad. Un ejemplo muy bonito aparece en el libro de Relatividad Especial de A. P. French (M. I. T. Physics Course, Editorial Reverté). Si uno apuntara con un láser a la luna y girara la mano que sostiene el láser a una velocidad perfectamente posible, el punto rojo en la luna se desplazaría a una velocidad mayor que la de la luz. No hay problema, porque la velocidad del punto rojo no es "física": los fotones siguen propagándose a la misma velocidad (¡la de la luz!) y siguen siendo reflejados o absorbidos por la luna: no hay ningún fotón desplazándose por la superficie lunar a velocidades mayores que la de la luz. Esta velocidad (una especie de ilusión óptica) no representa, por tanto, ningún problema. Lo mismo sucede con la física cuántica: no hay problema con que aparezcan correlaciones que no respetan el límite de la velocidad de la luz. El problema sería que algo físico se propagara más rápido que la luz, ya que eso desafiaría nuestra noción de causalidad. Pero precisamente eso es lo que no sucede: en física cuántica, nada físico viaja a velocidades superiores de la luz.

En el entrelazamiento cuántico, el problema se plantearía si pudiéramos usarlo para transmitir información a velocidades más rápidas que la de la luz, pero eso es imposible. Si una de las partes no tiene nunca contacto con la otra parte, no puede obtener ninguna información sobre ella. Ya puede uno hacer todas las medidas que quiera en su sistema, que será incapaz de saber lo que sucede en la otra parte. Sólo si hay comunicación previamente o durante el proceso (información del estilo: "hemos preparado un estado entrelazado", "hemos hecho tal o cual medida de tal o cual propiedad física") se puede obtener información sobre la otra parte. ¡Pero entonces no hay ningún misterio! Esa comunicación habrá ocurrido a una velocidad más baja que la de luz, por más teorías conspiranoicas que lean ustedes sobre el 5G. Por tanto, en este sentido, la física cuántica es completamente local. 

Es este último sentido de localidad el que entra en juego en las desigualdades de Bell. Las desigualdades de Bell sirven para distinguir entre teorías según si cumplen o no estas dos condiciones: a) los valores de las propiedades físicas están completamente determinados antes de hacer una medida b)  los valores de las propiedades físicas en una parte no contienen información sobre las otras partes. A la condición a) se le llama, de manera completamente inadecuada "realismo" (muchos físicos no entienden la filosofía, y lo que es peor, no la respetan, por lo cual no ven problema en usar un término filosófico de manera incorrecta). A la condición b) se le llama, de manera confusa "localidad". Así, las desigualdades distinguen entre teorías que cumplen el "realismo local" y las que no. Multitud de experimentos han confirmado que los resultados no cumplen con el "realismo local", sino que están de acuerdo exactamente con lo que predice la física cuántica (la cual no cumple la condición a): las propiedades sólo están bien definidas después de medir.) Cualquier teoría de "variables ocultas", es decir, que cumpla a), debe, por tanto, no cumplir b), para no haber sido completamente descartada ya por los experimentos. Pero la condición b) parece siempre respetarse en la naturaleza y es la base sobre la que se han construido nuestras teorías más sólidas: la relatividad y su combinación con la física cuántica, es decir, la teoría cuántica de campos, capaz de describir con precisión asombrosa el comportamiento de las partículas elementales o de predecir la existencia del bosón de Higgs décadas antes de su descubrimiento experimental.

Muchas personas, entre ellas algunos físicos, siguen pensando que no hay níngún problema en defender una teoría de variables ocultas no local, como la teoría de Bohm. ¡Al fin y al cabo la mecánica cuántica es no local, dicen, como muestra el entrelazamiento cuántico! Pero están equivocados, como hemos visto, porque el tipo de no localidad que requeriría una teoría de variables ocultas no local para estar de acuerdo con los experimentos de desigualdades de Bell no es la no localidad del entrelazamiento, sino una no localidad que nadie ha visto jamás en nada físico, y que pone en cuestión toda la física conocida. Por supuesto, defender esto es completamente legítimo. De hecho, esta manera de razonar que alude a causas ocultas, con propiedades taumatúrgicas y autoexplicativas y ninguna base empírica, goza de cierto prestigio intelectual en ciertos foros intelectuales y académicos. Pero la existencia de una cota superior a las velocidades físicas representada por la velocidad de la luz en el vacío es una de las verdades científicas mejor establecidas.

¿Se acuerdan de cuando supuestamente se habían detectado neutrinos que iban a velocidades más rápidas que la de la luz? Se armó un revuelo tremendo (recuerdo que entrevistaron a Juan León en las noticias de Antena 3) y salieron todo tipo de profetas a hablarnos de cambios de paradigmas, pensar "fuera de la caja" y otras frases de galleta  de la suerte. Discretamente, el físico Sheldon Glashow publicó un artículo en el que mostraba que si aquello era cierto, parecía contradecir décadas y décadas de experimentos en la física de partículas. Los profetas ni se inmutaron y lo recibieron con una sonrisa irónica y un arqueo de cejas: mira tú este, dentro de la caja y aplicando las teorías conocidas... Con el tiempo, se demostró que aquello había sido un error experimental, y que, por tanto, los neutrinos no viajaban a velocidades mayores que las de la luz. No volvimos a saber de los profetas, pero imagino que es normal: al fin y al cabo, fuera de la caja hay un montón de sitio. 

 

(NOTA: cualquier alusión a que la física cuántica es local y no lo es, como el gato que no debe ser nombrado, será remitida al Observatorio de Metáforas sobre Física Cuántica para que proponga la sanciones pertinentes). 

 

 

Carlos Sabín
Carlos Sabín

Físico teórico. Investigador "Junior Leader" en el Instituto de Física Fundamental del CSIC. Autor de "Verdades y mentiras de la física cuántica".

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