EPR Paradoja en Física

La paradoja de EPR (o la paradoja de Einstein-Podolsky-Rosen) es un experimento mental destinado a demostrar una paradoja inherente en las primeras formulaciones de la teoría cuántica. Es uno de los ejemplos más conocidos de entrelazamiento cuántico. La paradoja involucra dos partículas que están enredados entre sí según la mecánica cuántica. Bajo la Interpretación de Copenhague de la mecánica cuántica, cada partícula está individualmente en un estado incierto hasta que se mide, en cuyo punto el estado de esa partícula se vuelve seguro.

En ese mismo momento, el estado de la otra partícula también se vuelve seguro. La razón por la que esto se clasifica como una paradoja es que aparentemente implica la comunicación entre las dos partículas en velocidades mayores que la velocidad de la luz, que es un conflicto con Albert Einstein's teoría de la relatividad.

La paradoja fue el punto focal de un acalorado debate entre Einstein y Niels Bohr. Einstein nunca se sintió cómodo con la mecánica cuántica desarrollada por Bohr y sus colegas (basado, irónicamente, en el trabajo iniciado por Einstein). Junto con sus colegas Boris Podolsky y Nathan Rosen, Einstein desarrolló la paradoja del EPR como una forma de demostrar que la teoría era inconsistente con otras leyes físicas conocidas. En ese momento, no había una forma real de llevar a cabo el experimento, por lo que era solo un experimento mental o un experimento gedanke.

Varios años después, el físico David Bohm modificó el ejemplo de la paradoja EPR para que las cosas fueran un poco más claras. (La forma original en que se presentó la paradoja fue algo confusa, incluso para los físicos profesionales). En el Bohm más popular formulación, una partícula de giro 0 inestable se desintegra en dos partículas diferentes, Partícula A y Partícula B, en dirección opuesta direcciones. Debido a que la partícula inicial tenía un giro 0, la suma de los dos nuevos giros de partículas debe ser igual a cero. Si la Partícula A tiene spin +1/2, entonces la Partícula B debe tener spin -1/2 (y viceversa).

De nuevo, según la interpretación de Copenhague de la mecánica cuántica, hasta que se realice una medición, ninguna de las partículas tiene un estado definido. Ambos están en una superposición de posibles estados, con la misma probabilidad (en este caso) de tener un giro positivo o negativo.

Aquí hay dos puntos clave en el trabajo que hacen que esto sea problemático:

1. La física cuántica dice que, hasta el momento de la medición, las partículas no haga tener un giro cuántico definitivo pero están en una superposición de posibles estados.
2. Tan pronto como medimos el giro de la Partícula A, sabemos con certeza el valor que obtendremos al medir el giro de la Partícula B.

Si mide la Partícula A, parece que el espín cuántico de la Partícula A se "ajusta" por la medición, pero de alguna manera la Partícula B también instantáneamente "sabe" qué espín se supone que debe tomar. Para Einstein, esto fue una clara violación de la teoría de la relatividad.

Nadie realmente cuestionó el segundo punto; La controversia yacía enteramente en el primer punto. Bohm y Einstein apoyaron un enfoque alternativo llamado teoría de variables ocultas, que sugería que la mecánica cuántica estaba incompleta. Desde este punto de vista, tenía que haber algún aspecto de la mecánica cuántica que no era inmediatamente obvio pero que debía agregarse a la teoría para explicar este tipo de efecto no local.

Como analogía, considere que tiene dos sobres que contienen dinero. Le han dicho que uno de ellos contiene una factura de $ 5 y el otro contiene una factura de $ 10. Si abre un sobre y contiene una factura de $ 5, entonces está seguro de que el otro sobre contiene la factura de $ 10.

El problema con esta analogía es que la mecánica cuántica definitivamente no parece funcionar de esta manera. En el caso del dinero, cada sobre contiene una factura específica, incluso si nunca llego a buscarlos.

La incertidumbre en la mecánica cuántica no solo representa una falta de nuestro conocimiento, sino una falta fundamental de realidad definida. Hasta que se realice la medición, según la interpretación de Copenhague, las partículas están realmente en una superposición de todos los estados posibles (como en el caso del gato muerto / vivo en el Gato de Schroedinger experimento mental). Si bien la mayoría de los físicos hubiera preferido tener un universo con reglas más claras, nadie podría entender exactamente cuáles eran estas variables ocultas o cómo podrían incorporarse a la teoría de manera significativa camino.

Bohr y otros defendieron la interpretación estándar de Copenhague de la mecánica cuántica, que continuó respaldada por la evidencia experimental. La explicación es que la función de onda, que describe la superposición de posibles estados cuánticos, existe en todos los puntos simultáneamente. El giro de la Partícula A y el giro de la Partícula B no son cantidades independientes, sino que están representados por el mismo término dentro de física cuántica ecuaciones En el instante en que se realiza la medición en la Partícula A, el función de onda completa se derrumba en un solo estado. De esta manera, no hay comunicación distante que tenga lugar.

El clavo principal en el ataúd de la teoría de las variables ocultas provino del físico John Stewart Bell, en lo que se conoce como Teorema de Bell. Desarrolló una serie de desigualdades (llamadas desigualdades de Bell), que representan cómo se distribuirían las mediciones del giro de la Partícula A y la Partícula B si no se enredaran. En un experimento tras otro, se violan las desigualdades de Bell, lo que significa que el enredo cuántico parece tener lugar.

A pesar de esta evidencia de lo contrario, todavía hay algunos defensores de la teoría de las variables ocultas, aunque esto es principalmente entre físicos aficionados más que entre profesionales.

Editado por Anne Marie Helmenstine, Ph. D.