Un experimento cuántico sugiere que no existe la realidad objetiva

Investigación de IBM | Flickr

En 1961, el físico ganador del Premio Nobel Eugene Wigner describió un experimento mental que demostraba una de las paradojas menos conocidas de la mecánica cuántica. El experimento muestra cómo la extraña naturaleza del universo permite que dos observadores, digamos, Wigner y el amigo de Wigner, experimenten realidades diferentes.

Desde entonces, los físicos han utilizado el experimento mental de Wigner's Friend para explorar la naturaleza de la medición y discutir si pueden existir hechos objetivos. Eso es importante porque los científicos llevan a cabo experimentos para establecer hechos objetivos. Pero si experimentan realidades diferentes, continúa el argumento, ¿cómo pueden ponerse de acuerdo sobre cuáles podrían ser estos hechos?

Eso proporcionó un forraje entretenido para la conversación después de la cena, pero el experimento mental de Wigner nunca ha sido más que eso, solo un experimento mental.

El año pasado, sin embargo, los físicos notaron que los avances recientes en las tecnologías cuánticas han hecho posible reproducir la prueba de Wigner's Friend en un experimento real. En otras palabras, debería ser posible crear diferentes realidades y compararlas en el laboratorio para averiguar si se pueden reconciliar.

Y hoy, Massimiliano Proietti de la Universidad Heriot-Watt de Edimburgo y algunos colegas dicen que han realizado este experimento por primera vez: han creado diferentes realidades y las han comparado. Su conclusión es que Wigner tenía razón: estas realidades pueden volverse irreconciliables de modo que sea imposible ponerse de acuerdo sobre hechos objetivos sobre un experimento.

El experimento mental original de Wigner es sencillo en principio. Comienza con un solo fotón polarizado que, cuando se mide, puede tener una polarización horizontal o una polarización vertical. Pero antes de la medición, de acuerdo con las leyes de la mecánica cuántica, el fotón existe en ambos estados de polarización al mismo tiempo, lo que se denomina superposición.

Wigner imaginó a un amigo en un laboratorio diferente midiendo el estado de este fotón y almacenando el resultado, mientras Wigner observaba desde lejos. Wigner no tiene información sobre la medida de su amigo y, por lo tanto, se ve obligado a suponer que el fotón y su medida están en una superposición de todos los resultados posibles del experimento.

Wigner puede incluso realizar un experimento para determinar si esta superposición existe o no. Este es un tipo de experimento de interferencia que muestra que el fotón y la medida están realmente en una superposición.

Desde el punto de vista de Wigner, esto es un hecho: la superposición existe. Y este hecho sugiere que no puede haber tenido lugar una medición.

Pero esto está en marcado contraste con el punto de vista del amigo, quien de hecho midió la polarización del fotón y la registró. El amigo puede incluso llamar a Wigner y decirle que se ha realizado la medición (siempre que no se revele el resultado).

Así que las dos realidades están en desacuerdo entre sí. Esto pone en duda el estado objetivo de los hechos establecidos por los dos observadores, dicen Proietti y compañía.

Esa es la teoría, pero el año pasado Caslav Brukner, de la Universidad de Viena en Austria, ideó una forma de recrear el experimento del Amigo de Wigner en el laboratorio mediante técnicas que involucran el entrelazamiento de muchas partículas al mismo tiempo.

El gran avance que han hecho Proietti y compañía es llevarlo a cabo. En un experimento de 6 fotones de última generación, nos damos cuenta de este escenario extendido del amigo de Wigner, dicen.

Utilizan estos seis fotones entrelazados para crear dos realidades alternativas: una que representa a Wigner y otra que representa al amigo de Wigner. El amigo de Wigner mide la polarización de un fotón y almacena el resultado. Wigner luego realiza una medición de interferencia para determinar si la medición y el fotón están en una superposición.

El experimento produce un resultado inequívoco. Resulta que ambas realidades pueden coexistir aunque produzcan resultados irreconciliables, tal como predijo Wigner.

Eso plantea algunas preguntas fascinantes que obligan a los físicos a reconsiderar la naturaleza de la realidad.

La idea de que los observadores pueden, en última instancia, reconciliar sus mediciones de algún tipo de realidad fundamental se basa en varias suposiciones. La primera es que los hechos universales realmente existen y que los observadores pueden ponerse de acuerdo sobre ellos.

Pero también hay otras suposiciones. Una es que los observadores tienen la libertad de hacer las observaciones que quieran. Y otra es que las elecciones que hace un observador no influyen en las elecciones que hacen otros observadores, una suposición que los físicos llaman localidad.

Si hay una realidad objetiva en la que todos pueden estar de acuerdo, entonces todas estas suposiciones se mantienen.

Pero el resultado de Proietti y compañía sugiere que la realidad objetiva no existe. En otras palabras, el experimento sugiere que uno o más de los supuestos (la idea de que existe una realidad en la que podemos estar de acuerdo, la idea de que tenemos libertad de elección o la idea de localidad) debe ser incorrecta.

Por supuesto, hay otra salida para aquellos que se aferran a la visión convencional de la realidad. Esto es que hay alguna otra escapatoria que los experimentadores han pasado por alto. De hecho, los físicos han intentado cerrar lagunas en experimentos similares durante años, aunque admiten que tal vez nunca sea posible cerrarlas todas.

Sin embargo, el trabajo tiene implicaciones importantes para el trabajo de los científicos. El método científico se basa en hechos, establecidos a través de mediciones repetidas y acordados universalmente, independientemente de quién los haya observado, dicen Proietti y compañía. Y sin embargo, en el mismo documento, socavan esta idea, quizás fatalmente.

El siguiente paso es ir más allá: construir experimentos que creen realidades alternativas cada vez más extrañas que no se pueden reconciliar. A dónde nos llevará esto es una incógnita. Pero Wigner y su amigo seguramente no se sorprenderían.

Ref: arxiv.org/abs/1902.05080 : Rechazo experimental de la independencia del observador en el mundo cuántico

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