Realismo o localidad.

1.1    Realismo o localidad

El teorema de Bell establece que

               0‑1

En un formato más específico,

 0‑2

Establece el límite Tsirelson.

Esto significa que en mecánica cuántica no se cumple el principio de localidad, o en su defecto, el principio de realismo.

El realismo significa que las variables que denotan un movimiento, o un proceso cualquiera, existen y que el observador, cuando las mide, adquiere una información que ya está presente en el sistema previamente, independientemente del observador, independiente de la existencia misma de un observador. Dicho de otro modo, el mundo físico tiene una existencia trascendente al sujeto observador de dicho mundo físico (estas afirmaciones se refieren tanto a la mecánica cuántica, cuanto a la realidad exterior como tal, más allá de la física cuántica, y representa una postura filosófica ante el mundo, admitiendo su existencia anterior al hombre, al científico que pretende desentrañar sus leyes y estructura).

Por otro lado, la localidad se refiere al hecho de que la información local está presente en un sistema, pero es local, no puede ser transmitida a otro sistema antes de que la luz lo alcance, puesto que la transmisión de información no puede ocurrir a una velocidad superior a la de la luz, cosa que está explícitamente prohibida por la Relatividad General.

Las desigualdades de Bell establecen un teorema que afirma la contradicción entre la mecánica cuántica y los principios de realismo y localidad simultáneos. Esto es, si las desigualdades CHSH (ecuación 2) se cumplen en la práctica, o sea, son verificadas experimentalmente, significa que en todos aquellos fenómenos a los que sea aplicable la mecánica cuántica no son válidos simultáneamente los principios de realismo y localidad.

A partir de 1964, año en que John Bell logró formalizar su teorema, muchos experimentos para demostrar si los fenómenos cuánticos obedecen o no a los postulados del realismo local se han realizado. La gran mayoría han dado resultados demostrativos de que la naturaleza cuántica no obedece a dichos postulados, pero se les han endilgado algunas carencias en cuanto a la formalidad de sus resultados. Estas críticas, o puntos flojos de la demostración experimental de los teoremas de Bell se han reducido en dos defectos:

1.  El defecto de detección, que tiene que ver con la eficiencia del aparato de medida. De todas las partículas entrelazadas generadas en el experimento, no todas pueden ser medidas, lo que obliga a extrapolar el comportamiento de todo el ensemble de partículas al de las realmente medidas.
2. El defecto de localidad. No siempre ha sido posible garantizar  que las distintas mediciones de un experimento de Bell no puedan influirse mutuamente (esto es, que la distancia de separación sea suficiente para que la luz no haya tenido tiempo de viajar entre ambas locaciones).

Dichas deficiencias experimentales habrían sido superadas en tres experimentos independientes realizados en la Universidad Técnica de Delft, la Universidad de Viena y el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología de USA, llevados adelante por Ronald Hanson (Delft), Krister Shalm (NIST), Anton Zeilinger (Viena), además de Valerio Pruneri y Daniel Mitrani, del Instituto de Ciencias Fotónicas de Castelldefels, y los autores del artículo citado en la bibliografía, Abellán, Amaya y Mitchell.

O sea, deberemos asumir que, al menos en el ámbito de aplicación de la Mecánica Cuántica, deberemos admitir que

• O bien los objetos cuánticos no tienen una realidad definida previa a las mediciones de observadores (realismo), y por lo tanto un protón, un electrón, un neutrón, un fotón no tienen una posición y una cantidad de movimiento definida, hasta cuando no esté medida, como asimismo una energía, en cuyo caso podrán obedecer al límite de la velocidad de la luz y no habrá transmisión instantánea de información.
• O bien habrá transmisión instantánea de información entre dos puntos tan alejados cuanto se quiera y la velocidad de la luz perderá su carácter de límite superior para la transmisión de energía y datos, pero las partículas seguirán teniendo localización y velocidad definidas, independientemente de la existencia de observadores para medirlas.

Un dilema de difícil solución, pero evidentemente, hay que hacer la opción, porque los dos postulados no se cumplen simultáneamente, al menos para los objetos cuánticos.

Ahora, dado que la velocidad de la luz está bien establecida como límite superior, habrá que asumir que el realismo (al menos en el dominio de la mecánica cuántica) no es cierto. O sea, las partículas de la mecánica cuántica no tienen posición y velocidad predefinidas antes de ser medidas por observadores. Pero ojo, cuidado con las extrapolaciones, eso es así en el dominio de la mecánica cuántica. No hay demostración de semejante aserto a escalas diferentes, tanto macroscópicas, cuanto cosmológicas. La demostración experimental del teorema de Bell, o sea, la verificación de las desigualdades CHSH habilita a utilizar una lógica ajena al realismo en el sentido einsteniano de existencia previa de la realidad cuántica unívoca y la aceptación de dicha univocidad una vez establecidas las mediciones de los observadores, pero no está igualmente demostrado que esto sea aplicable a otras escalas, insisto, macroscópicas y cosmológicas (salvo, claro está, cuando estas últimas son comprensibles a partir de los principios cuánticos, en el caso de la existencia de un Universo primordial, a partir de una gran explosión, o como fuera que haya sucedido, pero de dimensiones seguramente cuánticas y sub cuánticas).

Siempre las extrapolaciones son peligrosas, y si los órdenes de magnitud superan los quince ceros seguramente lo son más. De hecho, del pasaje a nuevos dominios, a nuevos órdenes de magnitud es que la Física ha tenido la necesidad de modificar sus leyes y  hasta la propia forma de razonamiento, amén de sus armas experimentales.

Bibliografía

• Un test de Bell sin escapatorias. Carlos Abellán, Waldimar Amaya y Morgan W. Mitchell. Investigación y Ciencia número 472, enero 2016. Prensa Científica.