Más imaginación que la física clásica

El realismo sostiene que las propiedades físicas existen antes de ser medidas. Una partícula tendría valores definidos aunque nadie la observe. La localidad afirma que ningún objeto puede recibir una influencia instantánea desde un punto lejano; toda acción física debería propagarse localmente y no más rápido que la luz. La unión de ambas ideas forma el realismo local.

Bell demostró que toda teoría que respete al mismo tiempo el realismo y la localidad debe cumplir ciertas desigualdades matemáticas. Esas desigualdades fijan un máximo para las correlaciones entre partículas separadas. Si un experimento encuentra correlaciones superiores, entonces el realismo local no describe correctamente el mundo microscópico. Convirtió una discusión filosófica en una prueba experimental.

La mecánica cuántica predice esas violaciones cuando las partículas están entrelazadas, cuando dos partículas forman un sistema común aunque estén separadas. Cuando se mide una, el resultado aparece relacionado con el de la otra. Einstein consideraba esto problemático y lo llamó acción fantasmal a distancia, porque parecía implicar una conexión extraña entre objetos lejanos. Apeló a variables ocultas todavía desconocidas, pero nunca se encontraron, aunque David Bohm invirtió mucho esfuerzo en ello.

El primer experimento célebre fue realizado en 1972 por John Clauser y Stuart Freedman. Utilizaron pares de fotones entrelazados y midieron su polarización lineal, una propiedad parecida al spin. Los fotones salían de una fuente central hacia dos detectores situados a ambos lados. Delante de cada detector había un polarizador orientable. La clave consistía en medir cuántas veces ambos fotones eran detectados al mismo tiempo al cambiar el ángulo entre los polarizadores.

Los resultados mostraron una violación de la desigualdad de Bell. Fue un resultado decisivo, porque indicaba que la naturaleza no se comporta como exigiría el realismo local. Sin embargo, el experimento tenía varias lagunas experimentales, que permitían imaginar explicaciones alternativas.

La primera es la laguna de localidad. Como los polarizadores permanecían fijos durante tiempo, podía suponerse que alguna interacción local coordinara los resultados. Para evitar esa posibilidad, la orientación de los aparatos debe elegirse mientras las partículas ya están en vuelo, de modo que no exista tiempo suficiente para una influencia clásica entre las dos estaciones de medida.

La segunda es la laguna de detección. Los detectores de fotones no son perfectos y dejan escapar muchas partículas. Si solo se registra una parte pequeña del total, podría ocurrir que la muestra detectada no fuera representativa. Entonces las correlaciones observadas podrían estar sesgadas y parecer cuánticas sin serlo realmente. La solución exige detectores más eficientes.

La tercera laguna, la más polémica, es el superdeterminismo. Esta idea sostiene que todo en el universo estaría fijado desde el origen, incluso las decisiones de los experimentadores. Si eso fuera cierto, la aparente libertad de escoger configuraciones distintas sería una ilusión, y las correlaciones podrían explicarse sin abandonar el realismo local. Aunque esta hipótesis es difícil de descartar por completo, muchos físicos la consideran poco creíble.

Con el paso del tiempo, otros investigadores perfeccionaron los experimentos y fueron cerrando esas lagunas. Aspect, Zeilinger y Hensen y su equipo lograron diseños más rigurosos. En ellos, las partículas estaban suficientemente separadas, las elecciones de medida se hacían con rapidez y la detección mejoró mucho. El resultado volvió a ser el mismo: las desigualdades de Bell se violan.

La conclusión es profunda. No podemos conservar intactas al mismo tiempo las nociones clásicas de realismo y localidad. Algo debe abandonarse o reformularse. Muchos autores prefieren mantener alguna forma de realismo y aceptar la no localidad cuántica. Otros, desde una postura positivista, prefieren limitarse a decir que la teoría describe correlaciones observables sin comprometerse con una imagen definitiva de la realidad.

Los experimentos muestran que las partículas cuánticas no siempre pueden entenderse como entidades separadas e independientes. El mundo microscópico está unido por conexiones más sutiles que las imaginadas por la física clásica. Es la gran lección de Bell: la naturaleza, en su nivel más profundo, es más extraña, pero también más rica, de lo que el sentido común había supuesto.