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| Albert Einstein: un pionero cuántico (relativamente) anónimo |
Albert Einstein puede ser el físico más famoso de todos los tiempos. La mayoría de la gente lo conoce como el creador de la relatividad general, una teoría revolucionaria que reformuló la fuerza de la gravedad como curvas en el espacio y el tiempo. También es conocido como un escéptico de la mecánica cuántica que buscó una alternativa a la extraña teoría de los átomos.
Esa es una explicación verdadera, pero aplanada, de la relación de Einstein con la teoría cuántica. En realidad, Einstein contribuyó con múltiples columnas de carga al edificio que se convertiría en mecánica cuántica y merece ser recordado como un pionero cuántico junto a Max Planck, Niels Bohr, Werner Heisenberg y Erwin Schrödinger. Einstein luchó por aceptar la mecánica cuántica, pero su resistencia no se debió a un rechazo frívolo o a una falta de comprensión. Por el contrario, Einstein contribuyó tanto a su desarrollo precisamente porque intuyó profundamente las implicaciones radicales de la teoría.
"He pensado cien veces más sobre los problemas cuánticos que sobre la teoría de la relatividad general", le dijo una vez al físico alemán Otto Stern.
Planck y Einstein iniciaron juntos la era cuántica. Primero, Planck propuso en 1900 que la materia absorbe energía en trozos. Cinco años después, Einstein lanzó dos artículos revolucionarios que promovían el caso de que el mundo está fundamentalmente "cuantizado". Un artículo estableció que la materia está hecha de átomos, poniendo fin a siglos de debate. El otro se basó en la idea de Planck, argumentando que la luz también transporta energía en trozos. Esta idea fue controvertida, pero Einstein finalmente fue reivindicado. Ganó su único Premio Nobel por establecer la naturaleza cuántica de la luz, en lugar de por su teoría más conocida de la relatividad general.
La incomodidad cuántica de Einstein comenzó en la década de 1920, cuando quedó claro que la teoría ponía límites nuevos e inoportunos a nuestro conocimiento. Una partícula no tiene una posición, por ejemplo; simplemente tiene probabilidades de ser observado en diferentes posiciones. Esto llevó a años de debate amistoso entre Einstein y Bohr mientras intercambiaban experimentos mentales cada vez más sofisticados que agudizaron la comprensión de la teoría por parte de los físicos.
Luego, en 1935, Einstein, junto con Boris Podolsky y Nathan Rosen (colectivamente, "EPR"), propuso un experimento mental cuántico con implicaciones aparentemente impensables. Si uno se tomara en serio la mecánica cuántica, este experimento crearía una conexión "espeluznante" en la que una sola propiedad residiría entre múltiples partículas. Este fenómeno, argumentó EPR, era claramente imposible, por lo que la mecánica cuántica solo debe ser un paso hacia una teoría más completa. "No hay duda de que la mecánica cuántica se ha apoderado de un hermoso elemento de verdad, y que será una piedra de prueba para cualquier base teórica futura", escribió Einstein en 1936.
Novedades y dignos de mención
En ese punto, Einstein estaba equivocado. Un refinado experimento mental desarrollado en la década de 1960 casi garantizaba que la espeluznante conexión que Einstein y sus colegas habían identificado, que llegó a llamarse "entrelazamiento", estaba programada en la naturaleza de la realidad. Ese experimento se ha llevado a cabo desde entonces, y bajo condiciones cada vez más estrictas. Los físicos incluso han medido las diferentes velocidades a las que el entrelazamiento puede propagarse a través de cadenas de partículas.
A través de su escepticismo, Einstein había descubierto un fenómeno físico profundo y potente. Schrödinger describió el entrelazamiento como "el rasgo característico de la mecánica cuántica". Parece dar a las computadoras cuánticas su poder, al menos en parte, y permite esquemas de cifrado robustos.
Si bien Einstein puede haber perdido la batalla sobre el entrelazamiento, algunos físicos tienen la esperanza de que su perspectiva aún pueda ganar la guerra por el alma de la mecánica cuántica. La teoría está aquí para quedarse, y bien puede ser una descripción completa del mundo. Pero existe una creencia creciente de que la versión de Bohr y Heisenberg de la teoría, conocida como la interpretación de Copenhague, deja algo que desear. En una conferencia celebrada este verano para celebrar el centenario de la mecánica cuántica, un tema candente fue la búsqueda en curso de una reinterpretación de la teoría que pudiera restaurar al menos parcialmente la imagen intuitiva y concreta de la realidad que Einstein anhelaba.
En un giro irónico, las dos grandes y aparentemente antagónicas contribuciones de Einstein a la física del siglo XX, la mecánica cuántica y la relatividad general, se han entrelazado cada vez más en el siglo XXI. Los físicos han descubierto cómo describir un tejido espacio-tiempo curvado negativamente como una colección de partículas cuánticas y viceversa. Esta traducción sugiere que las leyes físicas del espacio-tiempo y la gravedad pueden considerarse como versiones remezcladas de las leyes cuánticas de las partículas, y que los fenómenos cuánticos son imágenes especulares de los fenómenos gravitacionales.
En particular, el enredo que Einstein y sus coautores de EPR no pudieron aceptar puede ser un reflejo de una geometría teórica del espacio-tiempo que ayudó a descubrir (también con Nathan Rosen): un agujero de gusano, técnicamente conocido como puente Einstein-Rosen (ER). Tanto el entrelazamiento como los agujeros de gusano se refieren a una conexión enigmática entre lugares distantes. Algunos teóricos sospechan que la similitud es más que una metáfora: que "ER" puede ser igual a "EPR" en algún sentido literal que aún no han comprendido completamente. Y así, los físicos todavía están tratando de desenredar la red de ideas de Einstein, 120 años después de sus primeros artículos revolucionarios.
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