Entrelazamiento cuántico: pensar la no separabilidad

“La capacidad de percibir o pensar de manera diferente es más importante que el conocimiento adquirido” (David Bohm)

Si existe un misterio en física este es desde luego el entrelazamiento cuántico que en resumen viene a ser como la vinculación entre dos o más partículas que a pesar de que puedan estar muy alejadas entre sí a poco kilómetros o varios años luz, cualquier cosa que ocurra a una de ellas causa instantáneamente un cambio en la otra (el entrelazamiento no se disipa al aumentar la distancia). En los últimos años se ha demostrado experimentalmente la realidad de este fenómeno así como de algunas aplicaciones que se derivan del mismo: criptografía cuántica, teletransportación cuántica, computación cuántica…

Sin embargo si bien es cierto que la teoría cuántica nos permite predecir algunas propiedades como la superposición y el entrelazamiento, no nos proporciona una comprensión de la realidad subyacente: es como si estuviéramos ante la presencia de una caja misteriosa que nos permitiera predecir resultados, pero no entender lo que sucede realmente dentro de la caja. Es en este punto donde quiero profundizar sumergiéndome en la literatura que he estado revisando tiempo atrás (ver fuentes) para intentar comprender este fenómeno y fundamentalmente para vislumbrar las implicaciones que tiene en nuestra comprensión de lo que hay dentro de la caja.

Así, partiendo de la excelente introducción al fenómeno de la mano del matemático Amir D. Aczel con su amena obra “Entrelazamiento” como punto de origen, he repasado algunos de los autores más notables que han intentado profundizar este misterio cuántico y en sus implicaciones en la concepción del universo y de la mente humana en tanto que observadora y creadora de significado ante este fenómeno. Vamos allá.

¿Qué significa el entrelazamiento? ¿Qué nos dice acerca del mundo y acerca de la naturaleza del espacio y del tiempo?. Estas son probablemente las preguntas más difíciles de responder de toda la física.

Debemos partir del hecho fáctico de que el entrelazamiento destroza todas nuestras concepciones acerca del mundo desarrolladas a través de nuestra experiencia sensorial. Tales nociones de la realidad están tan arraigadas en nuestra mente que incluso el mayor físico del siglo XX, Albert Einstein, fue inducido por esas nociones cotidianas al error de creer que la mecánica cuántica era “incompleta” porque no incluía elementos (variables) que él estaba seguro de que habían de ser reales (teoría de las variables ocultas locales o paradoja Einstein-Podolsky-Rosen). Einstein creía que lo que sucede en un lugar no podía estar ligado directa e instantáneamente con lo que sucede en un lugar distante (a su entender el entrelazamiento violaba la teoría de la relatividad especial en un punto crucial: nada puede viajar más rápido que la luz) y hasta tal punto creía Einstein que esto no era posible que descalificaba el entrelazamiento cuántico como una “acción fantasmal a distancia”.

Pero antes de desafiar a Einstein, ampliemos la mirada: para entender el entrelazamiento y otros fenómenos cuánticos, debemos primero admitir que nuestras concepciones de la realidad en el universo son inadecuadas.

El entrelazamiento nos enseña que la experiencia cotidiana no nos equipa con la capacidad de comprender lo que sucede a escala microscópica, de la cual no tenemos experiencia directa. Por ejemplo: una pelota de tenis lanzada contra una pared con dos ventanas no puede salir de la habitación pasando por ambas ventanas a la vez. Esto es algo que cualquier niño sabe intuitivamente. Y, sin embargo, un fotón, un electrón, un neutrón e incluso un átomo, cuando encuentran una barrera con dos rendijas en ella pasará por ambas a la vez (experimento de Young, principio de complementariedad onda-partícula de Bohr). También cualquier niño sabe que la misma pelota lanzada contra la pared no atravesará la pared como si fuera un fantasma, sin embargo una partícula puede, bajo determinadas condiciones, violar los principios de la mecánica clásica y atravesar una barrera de potencial (efecto túnel). La teoría cuántica destruye la noción de causalidad así como la de imposibilidad de estar en varios sitios al mismo tiempo (el aquí y el allí). La idea de superposición, de “hallarse en dos lugares al mismo tiempo”, está relacionada con el fenómeno del entrelazamiento. Pero el entrelazamiento es incluso más espectacular, pues destruye nuestra noción de que la separación espacial tiene sentido. El entrelazamiento puede describirse como un principio de superposición que involucra a dos o más partículas: es una superposición de los estados de dos o más partículas, consideradas como un sistema. La separación espacial tal como la conocemos parece evaporarse ante un sistema así. Dos (o más) partículas que pueden estar separadas kilómetros, o años luz, pueden comportarse de manera coordinada: lo que le sucede a una de ellas le sucede instantáneamente a la otra, sin importar la distancia entre ambas (teorema de Bell, experimento de Aspect). Como diría John Archibald Wheeler: “Comenzaremos a entender lo simple que es el universo cuando admitamos lo extraño que es”.

Abner Shimony se ha referido al entrelazamiento como “pasión a distancia”, en un esfuerzo por evadir la trampa de suponer que el entrelazamiento puede usarse de alguna manera para enviar mensajes “supralumínicos” (más rápidos que la luz). Shimony cree que el entrelazamiento aún permite que la mecánica cuántica y la teoría de la relatividad especial gocen de una “coexistencia pacífica”, en el sentido de que el entrelazamiento no viola estrictamente la teoría de la relatividad especial (no pueden enviarse mensajes supralumínicos). Sin embargo, otros físicos creen que el “espíritu de la teoría de la relatividad” sí es violado por el entrelazamiento, porque “algo” (sea lo que sea) en efecto “viaja” entre dos (o más) partículas entrelazadas más rápidamente que la luz (de hecho, a velocidad infinita). El difunto John Bell era de esa opinión: “Puede ser que una síntesis real de la teoría cuántica y la relatividad requiera no sólo desarrollos técnicos sino una radical renovación conceptual”. O como dice Daniel Greenberger: “Einstein dijo que si la mecánica cuántica fuera cierta el mundo estaría loco. Einstein tenía razón: el mundo está loco”.

Un posible modo de entender el entrelazamiento es evitar la teoría de la relatividad, y no considerar los dos (o más) entes entrelazados como partículas “enviándose mensajes” entre sí. Algunos físicos en la línea marcada originalmente por Niels Bohr y secundada posteriormente por David Bohm argumentan que, como las dos partículas son (de alguna manera) “entes no separados”, no se da ninguna violación del principio de incertidumbre de Heisenberg, contrariamente a lo sugerido en la paradoja EPR (Einstein-Podolsky-Rosen). Así, las partículas entrelazadas transcienden el espacio. Los dos o más entes entrelazados son realmente partes de un sistema, y éste no es afectado por la distancia física entre sus componentes. El sistema actúa como un ente único.

Lo que resulta fascinante en la búsqueda del entrelazamiento es que una propiedad de un sistema cuántico llegara a detectarse por vez primera gracias a consideraciones matemáticas. Es sorprendente que una propiedad tan extraña y ajena al mundo cotidiano se encontrara matemáticamente, lo cual refuerza la creencia en el poder transcendente de las matemáticas y de la propia mente humana de la que emerge la matemática. Tras el descubrimiento matemático del entrelazamiento, físicos muy inteligentes usaron métodos y dispositivos ingeniosos para verificar la existencia real de este sorprendente fenómeno. Pero entender verdaderamente lo que es el entrelazamiento, y cómo opera, está por ahora fuera del alcance de la ciencia. Pues para entenderlo, nosotros, criaturas reales, dependemos de “elementos de realidad” como demandaba Einstein, pero, como el teorema de Bell y los experimentos de Aspect y otros posteriores nos han enseñado, tales elementos de realidad sencillamente no existen. La alternativa a esos elementos de realidad es la mecánica cuántica. Pero la teoría cuántica no nos dice por qué las cosas suceden de la forma en que suceden: por qué están las partículas entrelazadas. De ahí que parece que estemos condenados a no poder ver lo que hay “dentro de la caja”.

Uno de los pocos físicos de renombre que se han atrevido a “abrir la caja” e ir más allá en busca de una explicación plausible a ese misterio es sin duda David Bohm (fallecido en 1992). Hasta Albert Einstein afirmaba: “él (Bohm) es el único que puede ir más allá de la mecánica cuántica”. Pero entender a Bohm no es tarea fácil. Antes tal vez hay que pertrecharse con la idea de que para Bohm, como lo fue antes para Bohr y Heisenberg, la física cuántica se refiere, no a la realidad, sino al conocimiento que tenemos de la realidad (interpretación de Copenhague). En su singular obra “La Totalidad y el Orden Implicado” David Bohm nos sugiere atreverse a pensar la no separabilidad (no localidad, no fragmentación), cuestionando en última instancia las nociones convencionales de espacio y tiempo.

En efecto, para Bohm el hecho de que las partículas entrelazadas estén correlacionadas entre sí instantáneamente e independientemente de la distancia, supone un reto a nuestra comprensión de la realidad. Sin embargo, para Bohm esto no es indicativo de que dichas correlaciones entre partículas se debieran a algún proceso misterioso de transmisión de señales supralumínicas. Bohm concluye en cambio que estas correlaciones sugieren la existencia de un nivel de realidad no local que está más allá del cuanto (teoría de variables ocultas no locales). O sea, lo que percibimos como partículas separadas en un sistema cuántico no están en realidad separadas, sino que en un nivel más profundo de la realidad son meramente extensiones del mismo “algo” fundamental. El nivel de la realidad en que las partículas aparecen estar separadas (el nivel en que vivimos), Bohm lo denominó el orden explicado o desplegado, mientras que el sustrato más profundo de la realidad, el nivel en el cual la separación se desvanece y todas las cosas parecen convertirse en parte de una totalidad sin discontinuidades, Bohm lo llama el orden implicado o plegado.

Para ilustrar cómo un nivel de totalidad continua puede aclarar esas correlaciones cuánticas sin apelar a procesos de transmisión de señales más veloces que la luz, Bohm ofrece el siguiente ejemplo: imagínate una pecera donde nada un pez. Imagínate que hay dos cámaras de televisión dirigidas a la pecera. Una de las cámaras, que llamaremos A, está dirigida al frente de la pecera. La otra cámara, que llamaremos B, está dirigida a un costado de la pecera, y cada cámara está conectada con un receptor de televisión. Imagínate finalmente que no puedes ver la pecera ni el pez directamente y que tienes conocimiento de ellos sólo por las dos imágenes que se ven en las respectivas pantallas de televisión.

Como subraya Bohm, cuando miramos las pantallas, podemos suponer que son realmente dos peces distintos y ubicados en lugares diferentes. Sin embargo, a medida que sigues mirando, adviertes que cuando el pez de la pantalla A se mueve, el pez de la pantalla B también lo hace. Si seguimos pensando que se trata de dos peces separados, podemos suponer incorrectamente que entre ambos opera alguna especie de comunicación o correlación instantánea (ahora se mueven, ahora está quietos, etc.) y sin embargo no es el caso. Las correlaciones instantáneas entre los movimientos de los dos peces se deben en cambio al hecho de que en un nivel más profundo de la realidad (que es la realidad de una única pecera con un único pez) los dos peces no son en modo alguno dos entidades separadas: son la misma entidad proyectada desde ángulos distintos.

De acuerdo con la forma de pensar de Bohm, esto es aproximadamente análogo a lo que sucede cuando medimos las correlaciones entre dos partículas en el experimento propuesto originalmente por Einstein-Podolsky-Rosen (EPR) en 1935, que posteriormente simplificó David Bohm en 1952 y formalizó matemáticamente John Bell en 1964 y finalmente llevó a la práctica con éxito Alain Aspect en 1982. Según este criterio, las dos pantallas de televisión corresponden al mundo tal como lo conocemos, es decir, el orden explicado. En cambio, el pez tal como realmente existe en el acuario corresponde al nivel de realidad, más profundo, que existe más allá del cuanto, es decir, al orden implicado. Dicho de otro modo, las imágenes que ofrecen las pantallas de televisión son realmente proyecciones bidimensionales de una realidad tridimensional. En vista de que dos entidades tridimensionales, como las partículas del experimento EPR, pueden comportarse como si fueran parte de una totalidad continua no menos sorpredendente, de ello se sigue, dice Bohm, que nuestro propio mundo tridimensional es por tanto la proyección de una realidad multidimensional más alta. Otra metáfora sugerida por Bohm para comprender el concepto de orden implicado es el universo entendido como un holograma. Así, si cortamos en pedazos una fotografía normal, cada parte contendrá únicamente una fracción de la fotografía original. En cambio, si se corta un holograma en trozos, cada porción individual contendrá una versión borrosa (cuanto más pequeña, más borrosa) pero completa de la imagen completa del holograma original.

Por tanto, si en ese nivel más profundo de la realidad, en ese orden implicado, holográfico, el universo es realmente no local (el espacio y el tiempo no son relevantes), las ecuaciones del orden implicado sugieren que debemos esperar que el mundo cuántico nos parezca borroso, como así demuestra la mecánica cuántica (formalmente probabilista, no determinista). La razón de ello residiría en que en un universo no local no tendría sentido hablar de algún grupo arbitrario de partículas sin tomar en cuenta sus multitudinarios enlaces con las más de 2,2x10⁷⁹ partículas que hay en el universo conocido. En otras palabras, al acercarnos al nivel de la no localidad se torna cada vez más ineficaz tratar de dividir esa totalidad no discontinua en lo que consideramos (erróneamente) que son sus partes constitutivas (espacio, tiempo, masa, energía) cuando lo que percibimos son sus proyecciones (como sucede en la conocida “alegoría de la caverna” propuesta por Platón, o más recientemente con la sugerente trilogía Matrix de los hermanos Wachowski).

No se me escapa la importancia que tiene la conexión de este modo de “pensar la no separabilidad” (una propiedad matemática vinculada al concepto más amplio de la dependencia estadística que he tratado en otras ocasiones) con la forma de ver el mundo en el pensamiento sistémico, aunque, como ocurrió con otra “idea peligrosa” (el cero en matemáticas), la idea de “la no separabilidad” es tal vez más difícil de imaginar que el cero (una abstracción matemática sin correlato en la naturaleza), al menos en nuestra cultura occidental, pues el propio David Bohm sugiere que en la cultura oriental esta idea de totalidad (no fragmentación) es más fácil de entender y asumir en la tradición oriental que en la occidental, pues, como advierte David Bohm, el peso de la fragmentación (el descomponer el todo en partes) en nuestra cultura se ha convertido en un obstáculo muy serio para entender el significado y las profundas implicaciones que tienen estos fenómenos cuánticos en nuestra concepción del mundo: “La tendencia predominante de la ciencia, la de pensar y percibir según una idea fragmentaria del mundo, forma parte de un movimiento más amplio que se ha ido desarrollando a lo largo de las épocas y que hoy abarca casi toda nuestra sociedad, pero, a su vez, esta manera de pensar y de observar en la investigación científica tiende a reforzar el concepto fragmentario en general, porque ofrece al hombre una representación del mundo entero no constituido por nada más que un conjunto de “ladrillos atómicos” existentes por separado, y le proporciona la evidencia experimental que le lleva a concluir que esta idea del mundo es necesaria e inevitable. Así, la gente llega a sentir que esta fragmentación no es más que una expresión del “modo en que es realmente todo”, y que cualquier otra cosa es imposible. Hay poca disposición para buscar evidencias de lo contrario, incluso cuando surge esta evidencia (como en el entrelazamiento) la tendencia general es la de minimizar su significado, o incluso ignorarla por completo. En efecto, se puede llegar a decir que, en el actual estado de nuestra sociedad, y con el modo actual de enseñar la ciencia en general, se apoya y se transmite una especie de prejuicio favorable a una concepción fragmentaria del propio mundo. Algunos lo propagan explícitamente y conscientemente, pero la mayoría lo hace de una manera implícita e inconsciente”.

En suma, si las partículas cuánticas son todas, por igual, proyecciones de una realidad más profunda, no local, tal situación nos obliga a reconsiderar muchas de nuestras ideas sobre el mundo físico, pues durante siglos hemos vivido con la ilusión de que el universo es una máquina gigantesca, que podemos comprender desarmándola. Estamos pues cerca de un nuevo y revolucionario concepto de orden, un concepto según el cual el universo ya no debe ser entendido como una máquina, sino como un campo unificado, un holograma multidimensional. En vista de que todos los objetos conocidos están hechos de cuantos, desde una gota de agua hasta las galaxias, si la teoría de Bohm es correcta significa que todas las cosas del universo están infinitamente interconectadas. O, como diría Bohm: “Todo interpenetra en todo”.

Fuentes: “Cero. La biografía de una idea peligrosa” de Charles Seife (Editorial Ellago-2009). “Entrelazamiento” de Amir D. Aczel (Editorial Planeta-2004). “El canto de la cuántica” de Sven Ortoli y Jean-Pierre Pharabod (Editorial Gedisa-2001). “El Quark y el Jaguar” de Murray Gell-Mann (Tusquets Editores-1995). “La nueva mente del emperador” de Roger Penrose (Editorial Mondadori-1991). “Lo decible y lo indecible en mecánica cuántica” de John Bell (Alianza Editorial-1990). “La conciencia cuántica” de Dana Zohar (Plaza y Janés-1990). “Más allá de la teoría cuántica” de Michael Talbot (Editorial Gedisa-1988). “La totalidad y el orden implicado” de David Bohm (Editorial Kairós-1987). “El Tao de la física” de Fritjof Capra (Editorial Luis Cárcamo-1984). “Cerebro, mente y holograma” de Karl H. Pribram (Editorial Alhambra-1980).