sábado, 3 de noviembre de 2012

¿Está todo conectado? ¿Puede la información viajar más rápida que la luz? No, no y mil veces no

Recientemente ha salido un interesante artículo de una colaboración internacional, en la que se encuentra el español Antonio Acín, en la revista Nature Physics, titulado Quantum non-locality based on finite-speed causal influences leads to superluminal signalling. Como ya digo es un artículo muy interesante, pero también son interesantes las comunicaciones divulgativas que se han dado sobre él. 

En menéame no ha aparecido una, sino dos veces, el artículo. La primera vez llegó a portada con el título,  Una de dos: O la información es mas rápida que la luz, o todo el Universo está relacionado entre sí. ¡¡La leche!! Todo está relacionado entre sí. No se lo que significa, pero tiene que ser la pera. El segundo fue titulado Demuestran que las partículas cuánticas están vinculadas más allá del espacio-tiempo. ¡¡Toma maroma!! "Más allá del espacio tiempo". Vuelvo a no saber lo que es, pero suena a ciencia-ficción que tira para atrás. 

Por suerte o por desgracia todo es bastante más sencillo, y menos sensacionalista, que lo que esas portadas anuncias. Sin embargo, si quieres llegar a mucha gente en el mundillo de la divulgación mucho me temo que cuanto más sensacionalista mejor, como prueba la primera noticia en menéame, que está en portada a pesar de ser incorrecta en niveles extremos. 

¿Qué es lo que dice el artículo en sí? Pues para comprenderlo tendremos que repasar un poco nuestros conocimientos sobre unos viejos conocidos, como son la coherencia y el entanglement. Como ya sabemos un sistema cuántico puede estar en dos estados al mismo tiempo, lo que se llama coherencia. Por ejemplo un electrón puede tener spín arriba y abajo. 


$$\left| spin \right>=\frac{1}{\sqrt{2}}(\left|arriba\right>+\left|abajo\right>)$$


Esto quiere decir que en todos los aspectos, salvo uno, se comporta como si estuviera arriba o abajo. ¿Cuál es el aspecto que falla? Pues cuando lo midamos sólo podrá mostrar una de sus caras, arriba o abajo, y nunca las dos. A este fenómeno, el cambio de estar en varios estados a uno sólo cuando se mide, se le llama "decoherencia". 

Más interesante aún es el fenómeno del entanglement, o entrelazamiento. Básicamente viene a significar que si ese estado es posible, si tenemos dos electrones podemos también tener estados de este tipo. 


$$\left| spin \right>_{12}=\frac{1}{\sqrt{2}}(\left|arriba\right>_1\left|arriba\right>_2 +\left|abajo\right>_1 \left|abajo\right>_2)$$


En el que los subíndices indican los distintos electrones. Esto viene a decir que cada electrón está arriba y abajo al mismo tiempo, pero relacionados entre ellos. Si mido uno y me sale arriba, su compañero se pondrá inmediatamente abajo, aunque esté a años luz de distancia. ¿Cómo sabemos que se pone en ese momento y no lo estaba de antes? Un ejemplo muy típico sobre esto es el siguiente. Imaginemos que compro un par de zapatos, te doy uno y me llevo el otro. Nos separamos y en un determinado momento miro mi zapato: es el derecho. En ese mismo momento sabré que tu zapato es el izquierdo, igual que pasa con los electrones. ¿No es lo mismo entonces? Evidentemente no, si lo fuera no estaríamos tantos estudiando el tema del entrelazamiento. La diferencia es que las partículas entrelazadas cumplen una estadística diferente que prueba que su correlación es más fuerte que en el caso de los zapatos. Más técnicamente se puede decir que las partículas entrelazadas violan las desigualdades de Bell, y los zapatos no. 

Las consecuencias del teorema de Bell son muy importantes. Viene a decir que una de las tres afirmaciones siguientes es cierta: 

- Los estados cuánticos son intrínsecamente probabilistas. Esto viene a decir que si no podemos predecir si el electrón está arriba o abajo no es por falta de información, es porque no se puede predecir. 

- Se puede enviar información más rápido que la luz. Esto tiene un problema, si la información viaja más rápido que la luz podrá ir atrás en el tiempo, y se podrá romper la causalidad. 

- No existe la libertad de medir lo que uno quiera. Las medidas están trucadas siempre, de alguna manera, para engañar así a la estadística. 

¿Qué opción es más creíble? Pues el consenso actual es aceptar la primera. Un mundo sin causalidad, donde pueda uno asesinar a su tatarabuelo, evitando así su propio nacimiento, no es del agrado de nadie. La tercera parece también bastante surrealista, no sólo no podemos medir lo que queramos, sino que está todo trucado de manera que engañemos a la estadística. 

¿Qué pasa entonces con la decoherencia? ¿Es realmente instantánea? Pues todo parece indicar que sí. Sin embargo, eso no entra en contradicción con lo dicho anteriormente sobre que no se debe enviar información más rápida que la luz. Ocurre que el colapso de la función de onda no es información en si. No se puede utilizar de ninguna manera para enviar un mensaje al pasado, precisamente por la aleatoriedad que rige a los sistemas cuánticos. 

Volvamos entonces con el artículo en cuestión. ¿Qué ha añadido nuevo? Bueno, la violación de las desigualdades de Bell implican que el colapso de la función de onda se da a una velocidad supralumínica. Sin violar la causalidad, claro, porque no es información lo que viaja. Sin embargo, nadie determina esa velocidad. Precisamente este artículo lo que demuestra es que ese colapso de la función de onda debe ser infinito. Si no es infinito, solamente mucho mayor que la velocidad de la luz, sólo manipulando los aparatos de medición podríamos mandar mensajes a velocidad supralumínica, es decir, al pasado. 

Este es un resultado muy interesante. Precisamente para evitar que la información viaje a velocidad superior a la de la luz, se debe imponer que la decoherencia no es sólo más rápida que la luz, sino que tiene velocidad infinita. 

¿Quiere eso decir que todo está conectado? ¿O que las partículas cuánticas están vinculadas más allá del espacio tiempo? Pues ni lo uno ni lo otro. Eso son titulares sensacionalistas que te ayudan a vender la noticia. Lo triste es que la noticia en sí ya es suficientemente interesante, sin necesidad de decir cosas que no son ciertas.




21 comentarios:

  1. Lo que quiere decir esto es sencillamente que no "entendemos" este asunto al igual que entendemos otras cosas. El primer problema con ciertas partes de la Física Cuántica es que intentamos "entenderla" en los términos habituales y eso no es posible. El segundo problema es que la gente no entiende la frase anterior y da saltos lógicos que no se aplican, como eso que hace Punset de aplicar resultados del mundo "microscópico" (es menor que microscópico, pero bueno) al mundo macroscópico y a las relaciones entre las personas, por ejemplo.

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  2. A todo esto, este tema y el ejemplo de los zapatos me recuerda al de las "pijas cuánticas" ;D

    http://revista-quanto.com/2010/10/%C2%A1yo-sigo-siendo-bohmiano/

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  3. Es realmente seguro hablar con abolutos en cuestiones referentes a la fisica? No, no y mil veces no. :P

    Probablemente sea cierto que anda puede viajar mas rapido que la luz, el problema es que tenemos un conocimiento infinitesimal sobre el universo y todavia no sabemos que es lo que podemos descubrir mañana. Y realmente con cosas como la fisica cuantica, quien se atreve a decir que algo es imposible porque vulnera las leyes de la fisica? No sere yo.

    Saludos.

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  4. Si saltas de un rascacilo te caerás al suelo, sí, sí y mil veces sí. Si tanto crees en el relativismo puedes hacer la prueba.

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  5. INTERESANTE: La nota original (un pelín sensacionalista, pero intentando ser didáctica), el contenido del artículo de este blog (sesudo y ortodoxo) y los comentarios (de personas críticas y con argumentos).
    Me inclino por la tesis de @itxaka, tenemos muy poco conocimiento del universo como para pretender que nuestras leyes abarcan todos los modelos posibles existentes. Con nuestros axiomas dimensionales, está demostrado que nada viaja más rápido que la luz. Lo que no está demostrado es que el universo sea el único o que todo él sea uniforme (es decir que no haya nichos de comportamientos aberrantes)... no nos cerremos a cuestionar ¿Qué pasaría si...? Para muestra un botón: Aplicando la distancia más corta entre dos puntos en un plano, supongamos que la recta que los une mide X. Ahora coloca el plano en un universo 3D, si combas el plano puedes obtener otra distancia mínima (con muchos o casi todos sus puntos fuera del plano) que sea X/2 llegando inclusive a 0, si lo combas lo suficiente. ¿Qué es más rápido que la luz? La luz en un modelo hiperdimesional... ¿Existen hiper-dimensiones? No lo sé, pero me resisto a creer que no porque aún no se demuestra lo contrario, ni formal ni factualmente.

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  6. Es muy aventurero decir que no todo está conectado de alguna manera , en otro nivel o dimensión ; ese es el argumento más o menos de la no localidad . Lo mismo que es también muy arriesgado decir tajantemente que la información no puede viajar más rápido que la luz . Yo veo menos reproblable los titulares sensacionalistas que las afirmaciones categóricas que se hacen aquí arriba .

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  7. Perdonen mi ignorancia y no es cinismo.
    ¿pueden explicarme de una manera sencilla por que viajar a más velocidad de la luz implica viajar atrás en el tiempo?
    En el texto se da más de una vez por hecho,o como si fuera una demostración trivial,sin embargo no consigo verlo...

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  8. Aplicando el razonamiento de que ir a mayor velocidad que la luz es viajar al pasado, no es del todo preciso.
    Viajariamos al pasado tambien en velocidades cercanas a la de la luz sin llegar a ella, e incluso ahora mismo estamos viajando al pasado con cualquier pequeño moviento que hagamos en nuestra vida cotidiana, obviamente en una cuantia infinitesimal.

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  9. Por si nadie se ha dado cuenta, sin superar la velocidad de la luz se puede invertir el orden de dos sucesos y con eso la causalidad.

    Imaginad que estáis en una habitación (trasparente) y observáis dos sucesos A y B con una diferencia temporal Dt.
    Fuera, otra persona que se mueve a velocidad v también los observa.

    Según la relatividad especial y sus transformaciones, podéis saber que diferencia temporal existe entre ambos sucesos para la persona que se mueve respecto a vosotros sin mas que usar la expresión:

    Dt'=dt/sqrt(1-v²/c²)

    Claro, que matemáticamente la raíz cuadrada tiene dos soluciones una positiva y otra negativa. Si nos quedamos con la negativa lo que nos dice es a parte de aumentar el intervalo temporal entre A yB estos se invierten.

    ¿No es curioso?

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  10. Hola a todos/as. Perdonad que no os responda con mucho detalle, pero ando muy liado.

    Mencionar un par de cosas.

    1º La Relatividad especial afirma que se puede viajar al pasado si, y sólo si, si se supera la velocidad de la luz. Aquí algunos enlaces divulgativos muy buenos al respecto.

    http://eltamiz.com/2007/05/13/relatividad-sin-formulas-preludio/
    http://es.wikipedia.org/wiki/Taquión
    http://www.ugr.es/~jillana/SR/trans5.pdf

    2º Yo no afirmo ni dejo de afirmar nada categóricamente. Hoy en día hya dos teorías aceptadas y con fuerte base experimental. La física cuántica y la relatividad especial. Los otros post sobre este artículo afirmaban cosas que eran totalmente falsas. No es que usaran un lenguaje cercano, o una metáfora, es que mienten.

    Yo en el post explico lo que dice el artículo original, que no deja de ser una conclusión sacada de la relatividad y la cuántica. Por supuesto a veces ha habido consenso sobre cuestiones que luego se han demostrado incorrectas, pero de ahí a creernos cualquier chorrada hay un trecho. Einstein, Darwin, Newton e incluso Galileo, tuvieron reconocimiento en vida porque lo que decían tenia sentido y era correcto. No nos cremos que todos los científicos han sido rechazados por la comunidad porque no es cierto.

    Tampoco es correcto el razonamiento en plan "antes la ciencia decía que tal y cual y era erróneo por lo que todo es erróneo". De eso ya hablé hace tiempo.

    http://entangledapples.blogspot.co.at/2010/12/la-relatividad-de-los-errores-las.html

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  11. PS: Se me olvidaba. No hay que confundir nunca "no localidad" con "todo está conectado". No tienen nada que ver. Para más información leer la entrada sobre el entrelazamiento.

    http://entangledapples.blogspot.co.at/2010/12/efectos-cuanticos-ii-el-entanglement.html

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  12. Estimado Daniel, hace tiempo colaboré en un artículo publicado en Physics Essays acerca de la no retrocausalidad al superar la velocidad de la luz. Puedes consultarlo aquí: http://physicsessays.org/doi/abs/10.4006/1.3461009?prevSearch=dominguez+montes&searchHistoryKey=&

    La versión en español está aquí: http://www.dominguez-montes.com/images/docs/RelatividadEspecialSinRetrocausalidad-Espanol-16-10-10.pdf

    Se insiste en el asunto del "viaje al pasado" de manera habitual cuando se habla de velocidades superlumínicas, pero la cuestión no es tal. No hemos encontrado ninguna referencia del propio Einstein donde lo afirmara y, tal y como se indica en muchos medios de comunicación.

    Las velocidades superlumínicas serán o no posibles, pero su inexistencia no se debería a la violación de la retrocausalidad.

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  13. Hola Emilio.

    Lo siento, pero no puedo acceder a esa revista. Ninguna de mis dos universidades está suscrita a ella. Si me puedes mandar el paper te lo agradecería. Podéis incluso subirlo a arXiv, donde estará accesible a todo el mundo.

    Por otro lado no te discuto hasta leer tu paper, pero hay bastante consenso sobre el tema. Te dejo unos apuntes de un profesor mío, que son muy ilustrativos. Ahí se plantea un experimento mental, el de San Jorge y el Dragón. En ese experimento, si supones que hay un sólido rígido, la lanza de San Jorge, que por lo tanto puede transmitir información de manera instantánea o supralumínica, te da una paradoja bastante clara.

    http://www.ugr.es/~jillana/SR/trans5.pdf

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    1. Hola Daniel,

      En el comentario anterior te pongo el enlace a la publicación original en inglés y la versión española. Lo cierto es que el enlace en español se ve mal, corto y pego de nuevo:

      http://www.dominguez-montes.com/images/docs/RelatividadEspecialSinRetrocausalidad-Espanol-16-10-10.pdf

      No está formateado como aparece en la publicación, pero es la traducción directa.

      Sigo sin ver una publicación en la que se muestre el supuesto viaje al pasado al superar la velocidad de la luz. Todo el mundo lo da por hecho, pero nadie acaba por demostrarlo.

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    2. Gracias, Emilio.

      Ya lo tengo impreso. En una primera ojeada me ha llamado la atención una cosa. Trabajáis con "ciclos cerrados", es decir que el los dos eventos se dan en la misma posición en un determinado sistema de referencia. ¿No es así? Lo que no termino de ver es si el observador también sigue un ciclo cerrado, como una trayectoria circular o algo así.

      Lo miraré con más detalle cuando tenga más tiempo.

      Saludos.

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  14. Que yo recuerde (y corregidme si me equivoco, que mi memoria ya no es lo que era), en el marco de la Relatividad Especial las velocidades superluminicas son condicion necesaria, pero no suficiente, para viajar atras en el tiempo. A ver si me da tiempo luego a buscar las cuentas/explicaciones formales y lo pongo por aqui (o me refuto a mi mismo xDD).

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  15. El teléfono taquionico es un invento que mandaría mensajes atrás en el tiempo gracias a partículas que superasen la velocidad de la luz.

    http://en.wikipedia.org/wiki/Tachyonic_antitelephone

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    1. Estimado Daniel, a partir del apartado 3 del artículo citado puedes ver una explicación de por qué este teléfono no violaría el principio de causalidad si es que llegara alguna vez a construirse.

      El caso importante se da en el caso de un ciclo causal cerrado recorrido por una señal superlumínica, correspondientes a los apartados 3.3.3 y 3.3.4.

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    2. Hola de nuevo Emilio.

      He leído vuestro paper, pero sólo por encima, y creo que tenéis un fallo. Lo leeré con más cuidado y si es así os mandaré un comment más detallado a los mails que tenéis en él.

      Un saludo y gracias.

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  16. No sabes que lo significa? Comienza por entender la "Mecanica Cuantica"

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    1. ¡Conectad el "Láser"!

      http://www.youtube.com/watch?v=E-PIidaqCyU

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