La Paradoja EPR, el talón de Aquiles de la mecánica cuántica

Ya os hemos hablado en otras ocasiones de Einstein y de su contribución a la humanidad. Una de sus grandes aportaciones fue la Teoría de la Relatividad, pero hay otra aportación más desconocida y que también ha tenido una gran importancia. Estoy hablando de la Paradoja EPR, formulada por Albert Einstein, Boris Podolsky y Nathan Rosen en 1935. Con este experimento mental se ponía en duda la mecánica cuántica, tratando de resolver el problema que se planteaba.

El entrelazamiento cuántico

Para entender la Paradoja EPR primero hay que conocer qué es el entrelazamiento cuántico. Este término lo acuñó Erwin Schrödinger para describir un fenómeno de mecánica cuántica, del que no se supo al principio su posible aplicación. El entrelazamiento cuántico dice que un conjunto de partículas entrelazadas no pueden definirse como partículas individuales con estados definidos, sino sólo como un sistema con una función de onda única para todo el sistema.

El entrelazamiento es un fenómeno cuántico, sin equivalente clásico, en el cual los estados cuánticos de dos o más objetos se deben describir mediante un estado único que involucra a todos los objetos del sistema, aun cuando los objetos estén separados espacialmente. Esto lleva a correlaciones entre las propiedades físicas observables.

Por ejemplo, es posible preparar dos partículas en un solo estado cuántico de espín nulo, de forma que cuando se observe que una gira hacia arriba, la otra automáticamente recibirá una «señal» y se mostrará como girando hacia abajo, pese a la imposibilidad de predecir, según los postulados de la mecánica cuántica, qué estado cuántico se observará.

Esas fuertes correlaciones hacen que las medidas realizadas sobre un sistema parezcan estar influyendo instantáneamente otros sistemas que están enlazados con él, y sugieren que alguna influencia se tendría que estar propagando instantáneamente entre los sistemas, a pesar de la separación entre ellos.

Paradoja EPR

El entrelazamiento cuántico fue planteado por Einstein, Podolsky y Rosen como un argumento en contra de la mecánica cuántica. La propia idea del entrelazamiento cuántico violaba el principio de localidad, planteando que dos o más partículas podían estar en diferentes estados no verificables por ser imposible obtener información útil sobre las mediciones de las partículas.

El experimento planteado por EPR consiste en dos partículas que interactuaron en el pasado y que quedan en un estado entrelazado. Dos observadores reciben cada una de las partículas. Si un observador mide la inercia de una de ellas, sabe cuál es la inercia de la otra. Si mide la posición, gracias al entrelazamiento cuántico y al principio de incertidumbre, puede saber la posición de la otra partícula de forma instantánea, lo que contradice el sentido común.

La paradoja EPR está en contradicción con la teoría de la relatividad, ya que aparentemente se transmite información de forma instantánea entre las dos partículas. De acuerdo a EPR, esta teoría predice un fenómeno (el de la acción a distancia instantánea) pero no permite hacer predicciones deterministas sobre él; por lo tanto, la mecánica cuántica es una teoría incompleta.

Esta paradoja critica dos conceptos cruciales. Por un lado la no localidad de la mecánica cuántica (es decir, la posibilidad de acción a distancia). Por el otro, el problema de la medición. En la física clásica, medir un sistema es poner de manifiesto propiedades que se encontraban presentes en el mismo. Es decir, que es una operación determinista. En mecánica cuántica, constituye un error asumir esto último. El sistema va a cambiar de forma incontrolable durante el proceso de medición, y solamente podemos calcular las probabilidades de obtener un resultado u otro.

El teorema de Bell

Hasta el año 1964, este debate perteneció al dominio de la filosofía de la ciencia. En ese momento, John Bell propuso una forma matemática para poder verificar la paradoja EPR. Bell logró deducir unas desigualdades asumiendo que el proceso de medición en mecánica cuántica obedece a leyes deterministas. Además, asumía la localidad, es decir, teniendo en cuenta las críticas de EPR. Si Einstein tenía razón, las desigualdades de Bell son ciertas y la teoría cuántica es incompleta. Si la teoría cuántica es completa, estas desigualdades serán violadas.

Desde 1976 en adelante, se han llevado a cabo numerosos experimentos. Todos ellos han arrojado como resultado una violación de las desigualdades de Bell. Todo un triunfo para la teoría cuántica, hasta ahora ha demostrado una alta precisión en la descripción del mundo subatómico. Incluso a pesar de sus consabidas predicciones reñidas con el sentido común y la experiencia cotidiana.