Física

Desmontando a Einstein, y montándolo de nuevo

Experimentos recientes apoyan la existencia de un extraño efecto cuántico que el físico alemán descartó y calificó de "truculento".

Un joven Einstein en 1921.

Un joven Einstein en 1921.

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Todo ser humano con uso de razón sabe que una manzana desprendida de un árbol caerá al suelo. Pero hasta que a Isaac Newton le dio por fijarse en ello (una anécdota cierta, según escribió en 1752 su amigo y biógrafo William Stukeley), la única ley que podía predecir la caída de la manzana era la de la experiencia. Newton formuló la Ley de la Gravitación Universal, y pese a ello se confesó incapaz de comprender cómo funcionaba: "Que un cuerpo pueda actuar sobre otro a distancia a través de un vacío, sin la mediación de nada más, [...] es para mí un absurdo tan grande que no creo que ningún hombre que tenga facultades mentales competentes en materia filosófica pueda jamás caer en ello", escribió.

La solución a la perplejidad de Newton vendría de la mente de otro genio, Albert Einstein. En la teoría general de la relatividad, de la que ahora se cumplen 100 años, el alemán vinculó las tres dimensiones espaciales y el tiempo a través de una especie de tejido invisible de la realidad. La masa deforma este lienzo del mismo modo que un peso crea una depresión en el centro de una cama elástica. Si colocamos una canica en el borde, rodará; no hay una acción a distancia instantánea, sino que el peso y la canica están unidos por algo, la cama elástica.

Sin embargo, la cuestión de la acción a distancia aún podría complicarse más. Fue el propio Einstein, junto a otros dos físicos, quien en 1935 planteó un problema que desde entonces se conoce como Paradoja Einstein-Podolsky-Rosen (EPR). Dos partículas, por ejemplo dos fotones, pueden comportarse como dos mitades de una misma cosa, de modo que cada una "sabe" instantáneamente lo que le sucede a la otra a pesar de encontrarse aparentemente separadas en el espacio.

Como Newton, Einstein se mostraba asombrado ante lo que calificó como "truculenta acción a distancia". El físico alemán y sus colegas proponían que la mecánica cuántica estaba incompleta, y que debían existir variables ocultas que mantenían el sistema como un todo en un entorno de "realismo local", según la visión aceptada por entonces. Esta idea equivalía a pensar que los fotones llevaban impresa una especie de programación previa que los obligaba a comportarse de aquel modo sin que existiera ninguna comunicación a distancia.

La emancipación de las partículas

Aunque la Paradoja EPR conmocionó la física de su tiempo, la auténtica bomba atómica para este realismo local llegaría en 1964 gracias a un físico norirlandés que, irónicamente, trabajaba en la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN). John Stewart Bell vino a decir que ninguna teoría de variables locales podía explicar el entrelazamiento cuántico, como se denominó el fenómeno de las partículas separadas pero unidas por sus propiedades. Así, el llamado teorema de Bell parecía emancipar a las partículas de esa prisión local. Para muchos físicos la conclusión era que, en efecto, tenía que existir una acción a distancia; y que por tanto el gran Einstein, a pesar de todo, también podía equivocarse.

El teorema de Bell no zanjó la cuestión, pero sí impulsó un vigoroso esfuerzo destinado a desentrañar la presunta acción a distancia. Desde entonces han sido muchos los físicos que han probado el entrelazamiento en experimentos cada vez más completos y precisos. ¿Y cuál es el veredicto? "Ha quedado claro que cualquier teoría del tipo que a Einstein le habría gustado fracasa al describir nuestros resultados experimentales", sentencia para EL ESPAÑOL Ronald Hanson, de la Universidad Tecnológica de Delft (Holanda).

Hanson dirige un equipo de investigación que ha trabajado intensamente en experimentos de entrelazamiento destinados a evaluar la llamada no-localidad. Para ello, qué mejor que separar las partículas de modo que sea imposible cualquier acción local; por ejemplo, poniendo entre ellas varios edificios de la universidad. El holandés ha ampliado esta distancia desde los 700 metros de experimentos anteriores hasta más de un kilómetro de separación.

El estudio de Hanson, publicado el pasado octubre en la revista Nature, ha tapado también otro de los resquicios o fisuras en los que algunos físicos se apoyaban para seguir defendiendo la postura de Einstein, y es un posible fallo en los aparatos de detección. El holandés lo ha resuelto empleando un sistema de alta eficiencia con el que asegura la fidelidad de las mediciones. "La premisa del realismo local parece ser falsa", concluye el investigador.

¿Todo está escrito?

¿Significa esto que la discusión sobre la acción a distancia está resuelta y que los científicos se han rendido a la evidencia de que la naturaleza es, como decía Einstein, "truculenta"? Ni mucho menos. Históricamente, físicos y filósofos han debatido si el comportamiento de las partículas está previamente escrito; es más, si la realidad se limita a seguir un guión prestablecido en el que incluso las acciones del experimentador están programadas. Este llamado "superdeterminismo" no goza de muchos adeptos, pero algunos físicos postulan que no es necesario llegar a tal extremo: las partículas generadas para un experimento aún podrían "recordar" que hace sólo unos cuantos nanosegundos estaban unidas, y retener una cierta programación coordinada entre ellas que explique los resultados experimentales.

Para eliminar esta objeción, el investigador del Instituto Tecnológico de Massachusetts David Kaiser se propone llevar a cabo un experimento de proporciones épicas: testar el entrelazamiento cuántico con fotones recogidos de fuentes cósmicas muy distantes, como cuásares en regiones opuestas del universo. De este modo se analizarán partículas que han estado separadas durante miles de millones de años; imposible pensar que una programación previa pueda durar tanto tiempo.

Pero si el determinismo parece contrario a la intuición, es sólo porque el mundo de lo infinitamente pequeño sigue sus propias reglas. Otro ejemplo: ¿Qué hay de la posibilidad de que causas futuras puedan provocar efectos en el pasado? Esta es la crítica que plantean el filósofo australiano Huw Price, del Trinity College de Cambridge (Reino Unido), y el físico Ken Wharton, de la Universidad Estatal de San José en California (EEUU). Ambos han elaborado un estudio teórico, aún sin publicar, en el que defienden la "retrocausalidad" como solución al experimento de Hanson.

"La 'retrocausalidad' evita la acción a distancia utilizando el hecho de que X [la medición de una partícula] e Y [el efecto sobre la otra] están conectados por un camino continuo a través del pasado", resume Price a EL ESPAÑOL. El filósofo ilustra el fenómeno como una trayectoria espacio-temporal en forma de V, cuyo vértice es el momento en que esas partículas estaban juntas antes de separarse. Es decir, que no hay acción a distancia, sino un vínculo a través de la historia común de ambas. La hipótesis, aclara Price, no crea las típicas paradojas temporales porque "solo afecta a detalles previos que nadie pudo medir entonces". Y concluye: "Si la fisura de la retrocausalidad resulta ser correcta, ¡Einstein gana!".

Más rápido que la luz

Otros expertos, como el físico Víctor Romero-Rochín, de la Universidad Nacional Autónoma de México, o Michael Hall, de la Universidad Griffith en Brisbane (Australia), oponen a la acción a distancia la regla de que no basta con observar las cosas; el papel debe soportarlas. Y la mera separación física no demuestra técnicamente que un fenómeno sea no local. Romero-Rochín arguye que la mecánica cuántica explica los experimentos de entrelazamiento sin necesidad de recurrir a la no-localidad. "Pero sé que estoy cuestionando un paradigma", reconoce a este diario. Hall advierte además de que no se puede descartar una dependencia de las mediciones, es decir, un sesgo de los aparatos. "Sólo se requiere una pequeña influencia para explicar los resultados de Hanson sin necesitar la no-localidad", señala Hall a EL ESPAÑOL.

Esta argumentación de Hall se traduce en algo que justifica por qué todo esto va más allá de un debate entre académicos. La criptografía cuántica, una técnica de gran futuro en el campo de la seguridad informática, se basa en el entrelazamiento. Si existiera alguna dependencia mutua entre las medidas, apunta Hall, "un intruso podría romper el código", o "un proveedor no confiable podría incorporar un efecto pequeño y sutil para seleccionar mediciones en la generación de números aleatorios". En resumen, el determinismo podría ofrecer una ganzúa a los hackers de la computación cuántica.

Pero además de sus aplicaciones reales, la acción a distancia tiene una jugosa implicación en la ciencia popular: si dos partículas pueden comunicarse al instante, ¿dónde queda el más famoso y universal de los límites de velocidad, el de la luz? Es inevitable fantasear con la idea de recorrer el universo a velocidades impensables o, como mínimo, conectarnos con civilizaciones alienígenas dispersas por el cosmos. Por desgracia, en este caso la unanimidad de los físicos nos desinfla la fantasía: acción a distancia o no, la comunicación más rápida que la luz (superluminal) sigue siendo tan inviable como lo ha sido siempre.

La clave está, una vez más, en que el mundo cuántico se rige por normas diferentes a las de nuestra experiencia cotidiana. Aunque exista lo que Hanson llama "influencias causales superluminales", esto "no implica una comunicación más rápida que la luz", aclara el investigador. Una cosa es que una partícula "sepa" cuándo se está actuando sobre su gemela; otra muy diferente es que el experimentador pueda también saberlo para convertir esa información en un mensaje. Para que este observador conozca exactamente cuándo se produce el fenómeno, debería ser informado del momento preciso por otro medio más clásico; digamos, el teléfono. Y es bien sabido que una llamada telefónica no viaja más rápido que la luz. Al menos en este aspecto, Einstein sigue teniendo razón.