Recientes investigaciones demuestran que si es posible, al menos en la escala cuántica.

El método científico se basa en hechos, establecidos a través de mediciones repetidas y acordados universalmente, independientemente del observador. Sin embargo, en la mecánica cuántica, la objetividad de las observaciones no es tan clara.

El Background

En febrero de este año, investigadores de distintas universidades han llevado a cabo experimentos para responder esta inquietud de la física teórica de décadas de antigüedad, propuesta por Eugene Wigner, en el que dos observadores pueden experimentar realidades fundamentalmente diferentes.

Este engañoso experimento de pensamiento propone que dos individuos que observaban el mismo fotón (partícula de luz) pueden llegar a conclusiones diferentes sobre el estado de ese fotón, y sin embargo, ambas observaciones son correctas.

Por primera vez, los científicos han replicado las condiciones descritas en el experimento de Wigner. Sus resultados, publicados el 13 de febrero en el repositorio arXiv, confirmaron que incluso cuando los observadores describieron estados diferentes del mismo fotón, las dos realidades en conflicto son verdaderas.

El Amigo de Wigner

La desconcertante situación de dos versiones de una misma realidad fue idea de Eugene Wigner, ganador del Premio Nobel de Física en 1963. En 1961, introdujo un experimento de pensamiento que se conoció posteriormente como “El amigo de Wigner”.

Comienza con un fotón. Cuando un observador en un laboratorio aislado mide el estado de este, encuentra que la polarización de la partícula -es decir, el eje sobre el que gira o espín- puede ser vertical u horizontal.

La situación del fotón es análoga al gato de Schrödinger, el cual puede estar vivo o muerto y sólo se determina su estado al hacer la medición.

Experimento “amigo de Wigner”: usando la analogía del gato de Schrödinger, el fotón puede girar en sentido vertical u horizontal.

Según el formalismo de la Mecánica Cuántica, antes de medir el estado de una partícula, esta muestra todos estados posibles. Por lo tanto para el fotón existen las dos polarizaciones a la vez, es decir, una “superposición” de los estados.

Una vez que una persona en el laboratorio mide el estado del fotón, la partícula asume una polarización fija. Pero para alguien fuera de ese laboratorio que no conoce el resultado de las mediciones, el fotón no medido todavía sigue en un estado de superposición.

La observación de ese forastero -su realidad- por lo tanto difiere de la realidad de la persona en el laboratorio que midió el estado del fotón. Sin embargo, ninguna de esas observaciones contradictorias se considera errónea, según la mecánica cuántica.

Estados Alterados

Martín Ringbauer y sus colegas probaron la idea original de Wigner con un experimento aún más riguroso que duplicó el escenario.

Diseñaron dos “laboratorios” donde se llevarían a cabo los experimentos e introdujeron dos pares de fotones entrelazados, lo que significa que sus destinos estaban vinculados, de modo que al conocer el estado de uno de ellos automáticamente se sabe el estado del otro.

Los fotones en la configuración representaban los observadores del experimento y se trataba de cuatro “personas”: Alicia, Bob y un “amigo” de cada uno.

Los amigos de Alicia y Bob se encontraban “dentro” de cada laboratorio. Cuando ellos miden, -cada uno- el estado del fotón en un par entrelazado, se rompe el entrelazamiento y finaliza la superposición, lo que significa que el fotón que miden existe en un estado definido de polarización.

Por otra parte, los fotones entrelazados funcionan como una memoria cuántica que registra los resultados- copiados en la polarización del segundo fotón.

Así, para Alicia y Bob, que estaban “fuera” de los laboratorios cerrados, se les presentaron dos opciones para realizar sus propias observaciones:

  1. Podían medir los resultados de sus amigos que estaban almacenados en la memoria cuántica, y así llegar a las mismas conclusiones sobre los estados de los fotones polarizados.
  2. O también podrían realizar su propio experimento entre los fotones entrelazados.

Si Alicia y Bob escogían la segunda opción, su propio experimento seria un experimento de interferencia: si los fotones actúan como ondas (dualidad onda-partícula) y todavía existen en una superposición de estados, entonces Alicia y Bob verían un patrón característico de franjas claras y oscuras, donde los picos y valles de las ondas de luz se suman o anulan entre sí.

entonces Alicia y Bob verían un patrón característico de franjas claras y oscuras, donde los picos y valles de las ondas de luz se suman o anulan entre sí.

Si las ondas de luz se suman, se trata de un patrón de interferencia constructiva, mientras que si se anulan es de interferencia destructiva. La imagen es una ilustración del resultado del estado que Alicia y Bob medirían.

Por lo tanto, si las partículas han “elegido” su estado, se vería un patrón diferente que si no lo hubieran hecho.

En la propuesta original de Wigner, esto revelaría que los fotones todavía estaban en un estado entrelazado.

Los autores del nuevo estudio encontraron que incluso en su escenario duplicado, los resultados descritos por Wigner se mantienen:

Alicia y Bob pudieron llegar a conclusiones sobre los fotones que eran correctas y probables y que aún así diferían de las observaciones de sus amigos, que también eran correctas y probables.

Martín Ringbauer, coautor del estudio

La realidad depende del observador

La Mecánica Cuántica describe cómo funciona el mundo a una escala tan pequeña que las reglas normales de la física ya no se aplican; durante muchas décadas, expertos han ofrecido numerosas interpretaciones de lo que eso significa, dijo Ringbauer.

Sin embargo, si las mediciones en sí mismas no son absolutas -como sugieren estos nuevos hallazgos- el significado mismo de la mecánica cuántica representa un desafío.

“Parece que, a diferencia de la física clásica, los resultados de las mediciones no pueden considerarse como verdad absoluta, sino que deben entenderse en relación con el observador que realizó la medición, las historias que contamos sobre la mecánica cuántica tienen que adaptarse a eso”. dice Ringbauer, investigador de la Alianza Escocesa de Universidades de Física.

Con información de: LiveScience

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