El mes de octubre es especial para quienes nos dedicamos a la ciencia. Al inicio del mes se anuncian los ganadores de los premios Nobel y eso causa emoción en la comunidad, gustosa por saber si el premio caerá en el área en la que uno trabaja, lo cual nos alegra pues nos hace sentir parte de esta noble empresa colectiva que llamamos ciencia. Siempre es una noticia que nos gusta compartir con los colegas y alumnos, o incluso con los conocidos y familiares; en mi caso me gusta comentar algo sobre los premiados en Física. Leemos también la noticia sobre los galardonados en las otras áreas, Medicina o Química, y nos gustaría saber si tenemos una mínima idea de lo que tratan esos premios, o bien en el caso del premio en Literatura nos preguntamos si ya habremos leído algo del autor.

Este año el Premio Nobel de Física recayó en los científicos John Clauser (USA), Alain Aspect (Francia) y Anton Zeilinger (Austria), por su trabajo sobre las pruebas experimentales de los fundamentos de la mecánica cuántica y sus inminentes aplicaciones tecnológicas. Esta vez el premio se concedió a un trabajo de mucha profundidad, que incluso toca los linderos de la filosofía y la interpretación de la realidad.

Algunas veces se encuentran artículos en revistas o periódicos que tratan de llamar la atención del público hacia la ciencia, y en ellos leemos enunciados espectaculares que no siempre son ciertos. Por ejemplo, suele decirse que la mecánica cuántica implica que la realidad no existe y esas son palabras mayores que ameritan una buena discusión. De hecho, desde su nacimiento la mecánica cuántica ha sido acompañada de un fuerte debate sobre el hecho de que en dicha ciencia se abandonan algunos principios de la física clásica (incluida la mecánica de Newton), por ejemplo, el determinismo, así como los límites de lo que podemos saber de eso que llamamos “realidad”.

¿Y por qué esa resistencia de los físicos de inicios del siglo XX para aceptar las ideas de la mecánica cuántica? Bueno, pues obviamente toda esa generación se educó en la llamada física clásica, en la cual nos interesa conocer la evolución temporal de un sistema de una manera determinista. Eso quiere decir que si repetimos un experimento de manera idéntica, se debería obtener el mismo resultado.  Es el caso, por ejemplo, si golpeamos una pelota con una raqueta y la lanzamos contra una pared, esperamos que si le pagamos igualito (idealmente) muchas veces, entonces la pelota rebotaría de la misma manera.

Bueno, eso funciona cuando usamos pelotas de tenis o de squash, pero cuando se trata de hacer ese experimento con electrones en lugar de pelotas, no importa si preparamos de manera idéntica el experimento, puede suceder que al rebotar el electrón algunas veces salga en cierto ángulo, y otras veces saldría en otro ángulo. De hecho, no podemos predecir con certeza en que ángulo se dispersará el electrón; lo más que podemos conocer es la probabilidad de qué el electrón se comporte de cierta manera.

“Dios no juega a los dados”, argumentó Einstein para oponerse a esa interpretación estadística. Él era partidario de que la física debería ser determinista, y se enfrascó en duros debates con Bohr, Heisenberg, Pauli, Schrodinger, los fundadores de esa nueva física cuántica que tantos dolores de cabeza les daba. Cabe decir que Einstein no era un necio, era un gran físico que trataba de entender las implicaciones de admitir la interpretación probabilística. Para él, debería ser posible hablar de una realidad objetiva, de la cual se podría saber todo lo relevante.

Así, en 1935 Einstein, junto con sus colegas Podolsky y Rosen, idearon un argumento para probar que la mecánica cuántica era inconsistente. Según ellos, de ser válida y correcta la mecánica cuántica, entonces estaría en duda la existencia de la realidad. Pues sería como decir que la luna no existe, a menos que se la esté mirando. Por lo tanto, la mecánica cuántica, que funcionaba tan bien para describir el mundo subatómico, debía ser incompleta.

Por muchos años se aceptó la interpretación ortodoxa de la MC y esos trabajos pasaron desapercibidos. Eso cambió en los años sesenta, cuando un genial físico nor-irlandes de nombre John S. Bell, comenzó a interesarse en el tema. Bell trabajaba en el CERN, dedicando la mayor parte de su tiempo a estudiar las propiedades de las partículas elementales. Era en sus ratos libres que se dedica a reflexionar sobre esos temas tan esotéricos, según nos contaba Martin Veltman (Premio Nobel de Física en 1999), a sus alumnos en la U de Michigan.

Como fruto de su trabajo Bell dedujo unas desigualdades, que de ser ciertas implicarían que a la MC le faltaba algo (que se les llamaba “variables ocultas”).

En su libro Speakable and Unspeakable in Quantum Mechanics, Bell usa el ejemplo de una persona que se pone calcetines de dos colores diferentes fijos, digamos rojo y azul. Así, cuando vemos que va dando la vuelta a la esquina, si nos deja ver un pie entonces podemos saber de qué color es ese calcetín, luego con esa información podemos deducir cuál sería el color del otro calcetín.

En el caso de la mecánica cuántica, se usa la propiedad de spin, que es una especie de giro intrínseco de una partícula puntual. Para el electrón el spin en una cierta dirección (digamos z) toma valores +1/2 o -1/2. En algunas situaciones se producen dos electrones que deben tener valores opuestos de spin, entonces se dice que los electrones están entrelazados. Así, si medimos el spin-z de uno de los electrones y obtenemos +1/2, entonces sabemos inmediatamente que el otro debe tener -1/2. ¿Pero cómo le hace el otro electrón para enterarse cuál debe ser su estado? Pareciera como si hubiera una señal que se propaga instantáneamente, y eso violaría las leyes de la física clásica. 

Luego de publicarse, el trabajo de Bell pasó casi desapercibido entre la comunidad de físicos. Sin embargo, llamó la atención de algunos físicos experimentales, entre ellos John Clauser, quien ideó un método para probar las desigualdades de Bell. Ese trabajo lo hizo como postdoc en la Universidad de California (Berkeley), aunque tuvo que luchar para que se le permitiera hacerlo, pues habría sido contratado para trabajar en Astrofísica, que era su especialidad. El resultado del experimento fue que las desigualdades se violaban y por lo tanto,  la mecánica cuántica está bien.

Estos días la prensa preguntó a Clauser, que le diría a Einstein de sus resultados. “Lo siento Albert, pero Bohr tenía razón”, fue la respuesta.

Sin embargo, había algunos detalles del experimento de Clauser que dejaban dudas. Es ahí donde entra Alain Aspect, otro de los premiados, quien repitió el experimento, con mejoras técnicas, pero la conclusión fue la misma. Todavía más, el otro premiado, Anton Zeilinger, mejoró el experimento para que se realizara a una distancia adecuada entre sus componentes, tal que no se pudieran propagar señales entre ellos. Un resultado adicional de Zeilinger fue la demostración de la teleportación de señales cuánticas. Los resultados indican no solo que todo parece funcionar bien con la mecánica cuántica, sino que es posible utilizarla para más aplicaciones tecnológicas.

¿Pero entonces ya no queda ndudas sobre la mecánica cuántica? Para algunos ya no, dicen que no hay nada incorrecto con la interpretación probabilística, que así es el mundo sub-atómico y simplemente hay que aceptarlo. Otros físicos han batallado por décadas para encontrar una alternativa a la teoría cuántica, pero hasta ahora todos esos intentos han fallado. Eso no quiere decir que no habrá por ahí en las aulas de alguna universidad, un estudiante curioso que está pensando en el problema y que tal vez en unos años nos sorprenderá con una solución a estos dilemas. O bien, que habrá nuevos y más precisos experimentos que seguirán confirmando la validez de la mecánica cuántica; no obstante, su enigmática interpretación de la realidad, con un comportamiento que sugiere que la realidad depende de la medición de los elementos de la misma, tanto que algunos lo interpretan como si esa misma realidad se estuviera creando al proceso de medirla.

Por otra parte, y más allá del debate filosófico, es posible que los avances logrados con estos experimentos, que permiten o hacen posible la tele-portación cuántica, van a revolucionar todavía más la tecnología. Por ejemplo, con la computación cuántica, o  haciendo posible el uso de sistemas más eficientes para la criptografía, con lo cual se podrán hacer transacciones bancarias más seguras. Para ello es necesario que los sistemas de seguridad vayan un paso adelante de los hackers y otros delincuentes cibernéticos.

Y como siempre, los avances científicos son como una navaja de doble filo, pero depende de la sociedad que obligue a los gobiernos y poderes económicos para poner el bienestar de la sociedad como la prioridad de nuestro sistema de convivencia, a nivel local y mundial. Todo lo cual hace necesario que la sociedad se eduque, que entienda lo que se está logrando, siendo los científicos responsables de hacer que el conocimiento especializado sea compartido por todos los seres humanos.