Los misterios de la mecánica cuántica

Los físicos han intentado en vano, durante generaciones, comprender los procesos fundamentales que gobiernan el comportamiento de átomos y moléculas. Las reglas que gobiernan este comportamiento, conocidas como mecánica cuántica, parecen haber desafiado todo intento de explicación racional y sus efectos son a menudo muy extraños.Por ejemplo, las mediciones de los procesos a nivel atómico parecen implicar la existencia de comunicaciones instantáneas; partículas tan separadas como los electrones se comportan en concierto, como si dijeran las unas a las otras lo que tienen que hacer.

Eso violaría uno de los principios básicos de la física: de que no hay ninguna señal que pueda viajar a mayor velocidad que la luz. Como ha dicho el teórico francés Bernard d'Espagnat, unas señales que superaran la velocidad de la luz llevarían a "extrañísimas paradojas de causalidad en las cuales los observadores de algunos aspectos se encontrarían con que un acontecimiento estaría causado por otro que todavía no había sucedido".

En busca del error

En la actualidad, un equipo del Laboratorio de Física Aplicada de la universidad John Hopkins está tratando nuevamente de demostrar que debe haber algún error en los recientes experimentos que defienden la tesis de una forma de comunicación instantánea.

Su experimento es el último de una larga serie de teorías y experimentos físicos iniciados hace más de medio siglo, cuando se definieron por Paul A. M. Dirac y otros las implicaciones de la mecánica cuántica. El doctor Dirac, considerado por muchos risicos a la altura de Albert Einstein, falleció el mes pasado en Florida.

Los experimentos se han centrado en procesos atómicos que despiden partículas u ondas de luz en direcciones opuestas. Parece evidente, hasta que se miden, que esas partículas no tienen propiedades definidas. Pero desde el momento en que se realiza una medición, todas ellas están de acuerdo en una forma dificil de explicar, a menos que exista comunicación entre ellas.

Los experimentos más recientes, llevados a cabo en Francia con anterioridad al iniciado por la universidad John Hopkins, parecen demostrar que tal comunicación es esencialmente instantánea.

La mecánica cuántica se ha convertido en el instrumento principal de los científicos actuales debido a sus acertadas predicciones sobre las interacciones de átomos, moléculas, partículas elementales y radiaciones. Sin embargo, no ha explicado todavía por qué se producen esas interacciones. El problema, de todas formas, no es tan extraño como parece a primera vista, pues la mecánica cuántica desempeña un papel importante en la práctica totalidad de las reacciones físicas y químicas que controlan nuestras vidas y el mundo que nos rodea.

De todas formas, en muchos aspectos, tiene confundidos a todos cuantos intentan comprenderlo. Por ejemplo, indica que las propiedades normalmente atribuidas a la materia no tienen existencia real hasta que se miden, siendo el ejemplo más conocido el de tratar de medir la posición de un electrón.

Como manifestó el doctor D'Espagnat en un artículo publicado en la revista Scientific Ameyican, los experimentos demuestran que el electrón no tiene ninguna posición hasta que se le registra. Se presenta "indefinido sobre una amplia zona del espacio". Sin embargo, cuando se le detecta, adquiere las propiedades de una partícula con localización precisa.

Igualmente, las partículas de lanzamiento gemelo que adquieren simultáneamente una determinada propiedad, incluso cuando están muy separadas, parecen adquirir esa propiedad solamente cuando se las mide. Aparentemente, las características del mundo atómico se hacen reales solamente cuando las observamos.

"Imposible, imposible"

Algunos físicos han sugerido el aspecto de la comunicación instantánea a nivel subatómico para explicar la percepción extrasensorial y otros aspectos del comportamiento paranormal.

Es un campo desconcertante. Richard P. Feynman, premio Nobel de Física, dice: "Nadie comprende la mecánica cuántica". Sus efectos "son imposibles, totalmente imposibles" de explicar basándose en la experiencia humana.

La teoría cuántica es frustrante para los físicos, acostumbrados a tratar con los aspectos de causa-efecto. Por tanto, cuando observan el comportamiento atómico, lo mejor que pueden hacer es realizar predicciones basadas en las probabilidades.

Es más: en la actualidad se cree que no hay nada dentro de ese neutrón que determine esa temporalidad. Solamente se determina la probabilidad. No existe ese determinismo de causa-efecto que regula el comportamiento a gran escala.

Tal determinismo nunca fue aceptado por Einstein. Aun reconociendo la evidencia de su validez, dijo, refiriéndose a la mecánica cuántica: "Algo me dice que ésa no es todavía la realidad". No creía, como él mismo dijo, que Dios estuviese jugando a los dados.

En 1935, Einstein y dos jóvenes colaboradores, Boris Podolski y Nathan Rosen, manifestaron que esa aparentemente instantánea comunicación entre dos partículas muy separadas es causada por algunos factores todavía no descubiertos, llamados variables ocultas. En el caso de un comportamiento coordinado entre dos partículas, eso podría explicarse si cada partícula llevara idéntico mensaje desde su expulsión de la partícula madre, diciéndole cómo tenía que comportarse al ser observada. También se podría explicar si una partícula, al ser observada, enviara a la otra una señal con tales instrucciones.

Hasta el momento, la mayoría de las experimentaciones de esta hipótesis ha implicado la expulsión de dos fotones, u ondas luminosas, en direcciones opuestas de un átomo cargado por una inyección de energía, como puede ser la procedente de un láser. Al observar los fotones, ambos se encuentra siempre polarizados u oscilando en la misma forma.

Esa perfecta danza subatómica se observa a pesar de que los físicos creen que los fotones no están sincronizados hasta el momento justo en que son examinados. Hasta entonces, igual que sucede con el electrón, se cree que se encuentran en un estado incierto, oscilando entre formas alternas de polarización.

La polarización solamente se hace real con la medición. La forma que resultará es completamente indeterminada; sin embargo, al registrar la polarización de ambos fotones, éstos siempre están correlacionados. Parece como si los fotones se informaran mutuamente del estado en que se encuentran en el momento de la detección.

Los experimentos realizados hasta ahora, derivados de las propuestas hechas en 1964 por John S. Bell, de la Central Europea de Investigación Nuclear (CEIN), cerca de Ginebra, han convencido a los teóricos de que en tales experimentos el comportamiento de las partículas gemelas no ha sido preprogramado. La idea de que existe algún tipo de comunicación normal entre ellas, según creencia generalizada, parece haber sido descartada por los experimentos llevados a cabo por Alain Aspect, Jean Delibard y Gerard Rogerd en el Instituto de óptica Teórica y Aplicada de Orsay, en las cercanías de París.

Sus experimentos se han centrado en un par de fotones emitidos por átomos de calcio activados. Para evitar el paso de una señal de retorno en el momento crítico del experimento han utilizado un sistema de conmutación que bloquea el paso cada diezmillonésima de segundo.

La teoría predominante en la actualidad parece inclinarse hacia esa teoría en todas sus múltiples manifestaciones. Según el doctor Fritz Rohrlich, profesor de Física Teórica de la universidad de Siracusa, la cuestión está en si, en la escala de los átomos, el mundo está regulado solamente por probabilidades. ¿O, se pregunta retóricamente en la revista Journal Science, si hay algo determinista oculto bajo el fenómeno observado, del cual la dinámica cuántica es una especie de término medio?

Las reglas de la física podrían bloquear cualquier tipo de medición de tal efecto subyacente, caso de que existiera. La creencia corriente es que cualquier intento de medición alteraría la situación de tal forma que el efecto se desvanecería.

El doctor Rohrlich está convencido de que los experimentos franceses, mostrando el comportamiento cuántico en separaciones de hasta 12 centímetros, han fijado la cuestión.

© 1984, Nueva York. Times News Service.