La teoría cuántica no puede explicarse solo con términos matemáticos
Un equipo internacional de investigadores ha demostrado a través de un experimento teórico que las predicciones de la teoría cuántica estándar no pueden explicarse sin la ayuda de los números complejos.
El planteamiento y la demostración del resultado del
experimento, obtenidas por investigadores del ICFO, la Universidad de Ginebra y
el Instituto de Tecnología de Schaffhausen, la Universidad de Tecnología de
Viena y el IQOQI de la Academia de Ciencias de Austria, se han publicado este
miércoles en la revista Nature.
Las teorías físicas se expresan en términos de
objetos matemáticos, como ecuaciones, integrales o derivadas, unos conceptos
que han evolucionado para poder explicar fenómenos físicos cada vez más
complicados.
Describir la naturaleza a través de teorías es como
usar un mapa para ir a la montaña: el mapa es una representación de la montaña,
las casas, los ríos y los senderos, pero no es la montaña, sino la teoría que
se emplea para representar la realidad de la montaña.
Pero la llegada de la teoría cuántica, pensada para
representar el mundo microscópico, fue un punto de inflexión para la física, ya
que era la primera teoría que se formulaba en términos de números complejos.
¿Y qué son estos números complejos? Son números
constituidos por una parte real y una “imaginaria”, como la denominó el
filósofo Descartes.
El uso de números complejos es una de las
propiedades anti-intuitivas de la física cuántica y, de hecho, algunos de los
padres fundadores de esta teoría, como Schrödinger, expresaron sus reservas.
Sin embargo, varios resultados posteriores
demostraron que era posible explicar muchos fenómenos cuánticos a través de una
teoría formulada con números reales y, de esta manera, se aceptó la idea de que
los números complejos en la teoría cuántica eran solo una herramienta
conveniente.
Ahora, el estudio publicado en Nature demuestra que,
si los postulados cuánticos se expresan en términos de números reales en lugar
de números complejos, entonces algunas predicciones sobre las redes cuánticas
diferirían de manera necesaria.
De hecho, el equipo de investigadores presentó una
propuesta experimental concreta, en la cual incluía a tres partes conectadas
entre sí y dos fuentes de partículas entrelazadas, donde la predicción de la
teoría cuántica compleja estándar no puede ser expresada por su contraparte
real.
El posterior experimento, realizado en colaboración
la Universidad de Ciencia y Tecnología del Sur y la Universidad de Ciencia y
Tecnología Electrónica, se ha publicado en Physical Review Letters, en paralelo
al artículo de Nature.
Los resultados aparecidos en Nature pueden verse
como una generalización del teorema de Bell, que proporciona un experimento
cuántico que no puede ser explicado por ningún formalismo local cuántico.
El estudio también muestra lo sobresalientes que
pueden ser las predicciones de la teoría cuando se combina el concepto de una
red cuántica con las ideas de Bell.
Sin duda, las herramientas desarrolladas y
utilizadas para obtener este primer resultado son tales que permitirán a los
físicos lograr una mejor comprensión de la teoría cuántica y un día desencadenarán
la realización y materialización de aplicaciones hasta ahora impensables para
el Internet cuántico.
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