La paradoja EPR y la comunicación instantánea
Supongamos que una partícula, por algún motivo, se divide en dos. Este es un hecho bastante frecuente, hasta es posible que esta división de lugar a la creación de partículas de naturaleza diferente a la de la partícula madre. Por ejemplo, si un fotón posee la suficiente energía puede convertirse en un par electrón-positrón (a la inversa, el encuentro entre un electrón y un positrón produce la creación de un fotón, esto es lo que llaman aniquilación materia-antimateria en las películas). Digamos entonces que nuestra partícula es un fotón que viajaba alegremente por el espacio con una determinada función de onda y, ¡pum!, ¡desastre!, el feliz fotón desaparece y aparecen en su lugar y viajando en direcciones opuestas dos partículas. Esta clase de divisiones deben respetar ciertos principios de conservación, por ejemplo, la energía inicial del fotón debe ser, como mínimo, la suma de las energías (masas) de las partículas resultantes. Además, mencionamos que el fotón posee spin 0 y el electrón spin 1/2, para que la cosa tenga sentido, entonces, el nuevo positrón deberá tener spin -1/2 (claro, 1/2 + (-1/2) = 0). Existen algunas otras leyes de conservación más que no vienen al caso. Pero la cuestión importante es que cuando el fotón se divide las funciones de onda de las partículas que aparecen quedan, de algún modo, vinculadas.
No importa que el electrón y el positrón viajen en direcciones opuestas y se alejen millones de años luz, sus funciones de onda están relacionadas y eso significa que cualquier cosa que le ocurra al electrón afectará de algún modo (e instantáneamente) al positrón. Encontré un ejemplo, no real, pero bastante ilustrativo en uno de los links: supongamos que tenemos un partícula blanca y que esta partícula se divide en dos, una magenta y la otra verde (verde + magenta = blanco). Ambas partículas viajan alejándose entre sí durante muchos años. Cierto día alguien encuentra la partícula verde y decide "medir" su color. ¿Como mide el color?, sencillamente ilumina a la partícula con luz blanca y la observa. Llega a la conclusión de que es verde. Si además supiera que provenía de la división de una partícula blanca podría fácilmente concluir que debe existir otra partícula, en algún lugar, que es de color magenta. Hasta aquí ningún problema. Ahora bien, supongamos que este buen señor no dispone de una lámpara de luz blanca, por alguna extraña razón sólo posee una lámpara de luz roja. Al iluminar la partícula verde con luz roja, ¡ésta se ve amarilla! (verde + rojo = amarillo). Lo que predice la mecánica cuántica es que la otra partícula, donde quiera que esté e instantáneamente, se volverá azul (amarillo + azul = blanco). ¿Entiende lo que significa esto?. En primer lugar esto viola aparentemente la teoría de relatividad que afirma que la velocidad máxima a la que puede transmitirse cualquier información es la velocidad de la luz. ¿Como puede saber la segunda partícula que la primera ha sido medida a quizás, millones de años luz de distancia?. Esta es una de las incompatibilidades que mencionamos entre la cuántica y la relatividad y recibió el nombre de paradoja EPR por Einstein-Podolsky-Rosen, quienes la plantearon por primera vez. Existen ciertas teorías en física que cuestionan el llamado principio de separabilidad de hechos físicos, estas teorías pueden sonar un poco esotéricas. Lo que dicen es que, de algún modo, todos los puntos del universo están conectados entre sí. Cualquier cosa que hagamos puede afectar algún punto a millones de años luz. ¿Verdad que suena mágico?. Pero a la luz de la mecánica cuántica, ¿es realmente tan absurdo?.
¿Será éste el modo de crear un ansible?. El ansible es el "comunicador instantáneo" que aparece en tantos relatos de ciencia ficción. Digamos que dividimos una partícula (o un montón de ellas) en dos. Encontramos el modo de mantener a una de las partes confinada en un cierto recinto, digamos aquí, en la Tierra y la otra mitad la transportamos, sin alterarla de ningún modo al lugar que queramos (una nave espacial en viaje a las estrellas, otro planeta, lo que sea). En principio, cualquier cosa que hagamos a la parte quedó en tierra, producirá modificaciones instantáneas a la parte que se encuentra lejos. ¿Podríamos, mediante estas alteraciones, transmitir palabras e imágenes?. Leí un paper hace unos días donde se afirmaba que esto es imposible. No soy quien para disentir con un experto, pero... soñar no cuesta nada. ¿Lo imaginan?, podríamos mandar al diablo las frecuencias subespaciales y todas esas cosas exóticas.
El efecto túnel
Cuando era chico pasaba mucho tiempo arrojando una pelota contra la pared de mi casa y recibiendo el rebote. No sé porque lo hacía (no se me ocurre actividad mas aburrida, bueno, quizás haya una o dos...), supongo que el movimiento mecánico liberaba mi mente para pensar y soñar. Pero me fui de tema, seguramente usted también ha disfrutado jugando alguna vez frontón. También es posible que, dependiendo de lo alta que fuera la pared, en alguna oportunidad haya tenido que ir a buscar la pelota del otro lado (pidiendo al mismo tiempo disculpas a una señora que por alguna extraña razón se frotaba un ojo insistentemente mientras dirigía hacia usted una mirada de odio con el otro ojo). Pero, pregunto, ¿por que la pelota pasó del otro lado?. Fácil, me dice usted, porque por error le pegué demasiado fuerte y hacia arriba. Entiendo... ¿entonces no hay ningún otro modo en que la pelota puede pasar del otro lado?. Por supuesto que no, me contesta, ¡como si mi pelota pudiera atravesar la pared!. Ups, ha dado en el clavo. No se preocupe, siga jugando con confianza que su pelota no puede atravesar la pared, en realidad debería decir que la probabilidad de que atraviese la pared es muy pequeña. Analicemos lo que usted dijo. Afirmó que la pelota pasó del otro lado porque le había proporcionado la suficiente energía para hacerlo y que, sin esta energía extra no podría haber ocurrido... Un electrón viaja hacia una pared con poca energía y choca con ella, su función de onda se divide en dos, una parte (la mayor) corresponde al rebote del electrón con la pared y su redirección hacia atrás. La otra parte atraviesa la pared. Existe algo de la función del onda del otro lado de la pared, entonces, debe existir también probabilidad de que el electrón pase del otro lado.
No interprete mal esto, no se trata de que el electrón, por ser muy chiquito, se pueda colar entre los átomos de la pared y la pelota, por ser muy grande, no pueda hacerlo. Porque en el caso del electrón no hablamos de una pared real, sino de una barrera de potencial. A ver si nos entendemos, una barrera de potencial es una zona del espacio donde existe alguna fuerza que impide a los objetos salir de dicha zona. Dicho de otro modo, una pared de ladrillos es una barrera de potencial, pero una barrera de potencial no es necesariamente una pared de ladrillos. Nosotros vivimos encerrados por una barrera de potencial generada por el campo de gravedad de la Tierra. Si saltamos, volvemos a caer (rebotamos con la barrera), es necesaria una gran energía para atravesar la barrera (la que tendría un cohete por ejemplo). Resulta que es posible que una partícula subatómica atraviese una barrera de potencial aún cuando no tenga la energía necesaria para hacerlo. Esto se ha observado muchas veces. Se han detectado, por ejemplo, partículas de baja energía que escapaban de núcleos atómicos desde donde debería haber sido imposible que salieran. En el caso de la pelota la longitud de onda es tan pequeña (recuerde la partícula de polvo) que este efecto cuántico es de una probabilidad infinitamente baja, por eso no vemos pelotas atravesando paredes. ¿Que pasa con una partícula mientras está atravesando la barrera?. Literalmente, no debería tener existencia física. El efecto túnel se puede explicar por utilizando el principio de incertidumbre.
Debido a que la energía de la partícula tampoco puede ser fijada con absoluta exactitud, es posible que durante tiempos cortos no se cumplan las leyes de conservación. Es decir, la energía puede fluctuar tanto como para "saltar" la barrera. Un caso muy interesante de este efecto lo utiliza Stephen Hawking para justificar su teoría de emisión de partículas desde agujeros negros. Según Hawking, la energía del intenso campo de gravedad que rodea a uno de estos objetos puede sufrir fluctuaciones debido al principio de incertidumbre y alguna de estas fluctuaciones puede ser de suficiente magnitud para generar un par partícula-antipartícula; la partícula (un electrón, por ejemplo) escaparía del agujero negro (por verdadero efecto túnel) mientras que la otra caería dentro.
Otro caso mas cercano a la vida diaria es el brillo de las estrellas. Para que una estrella brille tiene que producirse una reacción nuclear llamada fusión. Esta es mas o menos complicada pero, en términos simples, se trata de que dos protones estén lo suficientemente juntos para formar un núcleo de helio. Los protones están cargados positivamente y las partículas de igual carga se repelen, entonces existe una barrera de potencial entre los dos. Cálculos clásicos afirman que es prácticamente imposible que dos protones estén lo suficientemente juntos para que esto ocurra, es decir, las estrellas no deberían existir. Sin embargo, existen. Los protones atraviesan la barrera, nuevamente, por efecto túnel. El efecto túnel dista mucho, hoy en día, de ser un tema de ciencia ficción. Hoy existe el microscopio de efecto túnel con el que se logran imágenes espectaculares de superficies con detalles a nivel atómico. Este instrumento consiste en una aguja que se mueve sobre la superficie a escanear, los electrones de la aguja escapan de ésta por efecto túnel cuando la superficie y la aguja están lo suficientemente cerca, pudiendo observarse de este modo detalles de la superficie imposibles hasta ahora.
PUBLICADO POR:
ACUÑA REY ANDRES EDUARDO
C.R.F
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