Por Canuto  

El teorema PBR no demuestra que la realidad no exista, pero sí estrecha las opciones para explicar cómo se relaciona con la mecánica cuántica. Su impacto revive el debate que Einstein inició y que John Bell volvió comprobable.

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  • El argumento EPR de Einstein sostenía que las partículas debían tener propiedades reales antes de ser medidas, aunque la función de onda no las describiera por completo.
  • El teorema de Bell mostró que las teorías de variables ocultas locales no pueden reproducir todas las predicciones cuánticas bajo las condiciones del argumento; no descarta por sí solo toda forma de realidad objetiva.
  • PBR descarta que el estado cuántico sea solo información incompleta bajo sus supuestos, incluida la independencia de preparación, pero no obliga a todos los físicos a aceptar una única interpretación de la realidad.

 

 

Una bola puede parecer roja, verde o simplemente incierta según la manera en que la mecánica cuántica describe lo que ocurre antes de medirla. Esa diferencia entre las propiedades que atribuimos a un objeto y las probabilidades de observarlas está en el centro de un debate que Albert Einstein intentó resolver hace casi un siglo, y que un teorema formulado por Matthew Pusey, Jonathan Barrett y Terry Rudolph volvió más difícil de esquivar.

El teorema PBR, publicado en 2012, no prueba que el mundo físico deje de existir cuando nadie lo mira. Su conclusión es más precisa: bajo ciertas premisas, el estado cuántico no puede interpretarse simplemente como información incompleta sobre una realidad subyacente, como un pronóstico que describe lo que todavía no sabemos. La discusión, por tanto, no ofrece una respuesta definitiva sobre qué existe, sino que reduce el espacio para reconciliar la intuición cotidiana con las predicciones de la teoría cuántica.

Einstein quería una realidad independiente de la observación

La intuición que guiaba a Einstein era familiar incluso fuera de la física: un objeto no desaparece cuando deja de estar a la vista, y sus propiedades no deberían depender de que alguien las mida. Una bola de billar, en ese marco, tiene un color aunque permanezca a oscuras; la medición revela una característica que ya estaba ahí, en lugar de crearla en el instante de observarla.

La mecánica cuántica, desarrollada en su forma moderna por Werner Heisenberg y Erwin Schrödinger a mediados de la década de 1920, describe los resultados posibles mediante un estado cuántico o función de onda. En el ejemplo que plantea la revista Quanta, ese estado puede asignar un 77% de probabilidad a que una bola sea roja y un 23% a que sea verde. La teoría permite calcular las probabilidades de una observación, pero deja abierta la cuestión de qué propiedades tenía el objeto antes de que alguien realizara la medición.

Einstein consideraba que esa descripción probabilística era incompleta, no que la realidad fuera necesariamente indeterminada. Para ilustrarlo, puede compararse la función de onda con un pronóstico meteorológico: una aplicación podría indicar que hay un 77% de probabilidad de lluvia, pero mirar por la ventana y encontrar gotas no transforma retrospectivamente el clima. La incertidumbre pertenece a lo que sabe quien consulta el pronóstico, mientras que la atmósfera existe por su cuenta.

En 1935, Einstein, Boris Podolsky y Nathan Rosen formularon el argumento conocido como EPR para defender esa postura. Su experimento mental vinculaba dos partículas que habían interactuado y luego se separaban: medir una permitía inferir información sobre la otra sin medirla directamente. EPR sostuvo que esas propiedades debían existir antes de la observación, y que la función de onda no podía ser una descripción completa de la realidad si no las representaba.

El razonamiento dependía de dos ideas centrales: que las partículas poseen estados reales y que una partícula distante no cambia de manera instantánea por una acción local sobre su compañera. Niels Bohr cuestionó la primera premisa y defendió una lectura de la teoría en la que no tiene sentido atribuir propiedades definidas a un sistema al margen del contexto de medición. Esa postura, asociada con la interpretación de Copenhague, ganó influencia entre los físicos, aunque críticos posteriores consideraron que la respuesta de Bohr no despejaba con claridad el problema planteado por EPR.

Bell convirtió el desacuerdo en una prueba

John Stewart Bell compartía la inquietud de Einstein ante una teoría que parecía desconectada de un mundo compuesto por propiedades objetivas. En 1952 encontró en la mecánica de David Bohm una manera de mantener partículas con posiciones definidas: la función de onda podía actuar como una onda piloto que guía su movimiento. La propuesta conservaba una realidad física, pero a cambio aceptaba una consecuencia incómoda, pues esa onda podía influir de forma instantánea en una partícula distante y, por ello, era no local.

La mecánica bohmiana le mostró a Bell que era posible formular una interpretación realista de la física cuántica, pero también lo impulsó a preguntar si la posición de Einstein podía mantenerse sin pagar ese costo. En 1964 propuso un experimento mental con dos partículas que se alejan y son medidas por dispositivos que eligen entre distintas configuraciones. Al repetir la prueba, se podían comparar las frecuencias con que ambos instrumentos obtenían resultados relacionados.

Bell calculó que una explicación basada a la vez en propiedades preexistentes y en la ausencia de influencias entre partículas distantes impondría límites a esas coincidencias. La mecánica cuántica, en cambio, predecía correlaciones más fuertes. Así, el debate dejó de ser solo una disputa filosófica: las dos maneras de describir el mundo producían resultados estadísticos distintos que, en principio, podían contrastarse mediante experimentos.

Los experimentos realizados durante la década de 1980 encontraron correlaciones que excedían los límites establecidos por las desigualdades de Bell para teorías de variables ocultas locales. El resultado no identificó por sí solo cuál interpretación de la mecánica cuántica es correcta, ni descartó toda forma de realidad objetiva. Mostró que no se pueden conservar simultáneamente las condiciones de localidad y las premisas de variables ocultas empleadas en esas explicaciones. Algo de esa imagen clásica del mundo tiene que ceder.

Desde entonces, las respuestas han recorrido extremos distintos. La mecánica bohmiana mantiene una realidad objetiva, pero acepta la no localidad; la interpretación de Copenhague evita atribuir propiedades definidas antes de medirlas. Algunos físicos buscaron una posición intermedia: tratar el estado cuántico como conocimiento incompleto de características reales, una posibilidad que seguía pareciendo compatible con ciertos fenómenos descritos por la teoría.

PBR limita las salidas, pero no dicta una interpretación única

En 2004, Robert Spekkens desarrolló un modelo sencillo de un mundo donde cada partícula posee posición y velocidad objetivas, aunque las limitaciones experimentales impidan conocerlas ambas con precisión. Su propuesta reprodujo una lista de comportamientos que suelen asociarse con la física cuántica, entre ellos la teletransportación cuántica y la imposibilidad de copiar estados cuánticos. Ese trabajo sugería que parte de la extrañeza podía surgir de nuestra información limitada y no necesariamente de que la realidad careciera de propiedades.

Matthew Pusey, entonces estudiante de posgrado, conoció la propuesta de Spekkens en 2011 y exploró si podía ampliarse para sostener que la función de onda representa solo conocimiento. En vez de encontrar una forma de hacerlo, Pusey decidió demostrar que ese enfoque era imposible bajo ciertas condiciones. Con Jonathan Barrett y Terry Rudolph formuló el resultado que pasó a conocerse como teorema PBR, por las iniciales de sus autores.

La demostración puede entenderse mediante un juego con cartas: un repartidor elige cartas de montones que se superponen en algunas de sus opciones, y el jugador intenta identificar de qué combinación no pudieron proceder. En los casos en que las cartas pueden pertenecer a más de un montón, el conocimiento sobre su origen no está escrito en la carta misma. La analogía distingue entre un estado real del objeto y una descripción que solo resume lo que sabe quien lo observa.

PBR construye una versión cuántica de ese problema y pregunta si dos estados cuánticos distintos pueden corresponder a estados reales subyacentes que se superponen, tal como ocurre con la información de los montones de cartas. El teorema concluye que, bajo sus premisas y en particular la independencia de preparación de los sistemas, el estado cuántico no puede tratarse como una mera descripción de conocimiento que se superpone de la manera planteada. Por ello, los estados cuánticos no pueden ser simples estados de conocimiento en ese marco.

La conclusión depende de las premisas, y la independencia de preparación es una de ellas: el teorema supone que preparaciones independientes corresponden a estados subyacentes independientes. El alcance de ese supuesto ha sido objeto de análisis; por ejemplo, el trabajo Reflections on the PBR Theorem: Reality Criteria & Preparation Independence examina modelos que no cumplen esa condición. Esto no elimina por sí mismo el resultado, pero subraya que no se trata de una prueba sin supuestos sobre cualquier interpretación posible.

La consecuencia no es que el teorema obligue a declarar real la función de onda en cualquier interpretación imaginable. Como señaló Pusey en la entrevista citada por Quanta, si se acepta que algo es real en el marco de PBR, el estado cuántico también debe serlo; pero sigue abierta la posibilidad de rechazar o reformular la idea de realidad objetiva que el teorema toma como punto de partida. La conclusión depende de las premisas, y no equivale a una demostración de que la conciencia crea el mundo.

El artículo también recoge experimentos que han comprobado las predicciones relevantes del teorema. Uno de ellos, realizado por investigadores del Reino Unido con una computadora cuántica de IBM, amplió el juego a cinco cartas y confirmó que la máquina podía ejecutar la estrategia prevista; Crispin Barnes, de la Universidad de Cambridge y líder del experimento, explicó que el objetivo era explorar si un teorema de fundamentos podía servir como sonda experimental del comportamiento cuántico. La prueba funcionó, aunque la validez de la mecánica cuántica no era lo que los investigadores pretendían poner en duda.

Tras PBR, algunos físicos interpretan que la función de onda debe ser una propiedad objetiva de partículas, personas o planetas, lo que vuelve necesario explicar físicamente fenómenos como el colapso. Otros prefieren abandonar la idea de que la mecánica cuántica describa una realidad independiente: el QBismo, por ejemplo, entiende la teoría como una herramienta para expresar la relación y la experiencia de un agente frente al mundo, no como un inventario de propiedades externas.

La discusión tampoco está cerrada para quienes encuentran insuficientes esas dos opciones. Lucien Hardy, físico del Perimeter Institute, cuestiona que la realidad deba corresponder a un único estado objetivo en cada instante y contempla que los estados puedan extenderse a través de varios momentos, aunque todavía no presenta una propuesta completamente desarrollada. Esa búsqueda apunta a una definición más amplia que conserve algo reconocible de la realidad sin volver simplemente a la versión que Einstein defendía.

El recorrido desde EPR hasta PBR no elimina el mundo cotidiano ni demuestra que una bola cambie de color por la mirada de una persona. Lo que hace es poner presión sobre las explicaciones que intentan combinar una realidad objetiva, una función de onda meramente informativa y las restricciones impuestas por los resultados experimentales. Como plantea la historia de Quanta, la pregunta pendiente ya no es solo si existe una realidad, sino qué características debe tener para ser compatible con la mecánica cuántica.

Imagen original de DiarioBitcoin, creada con inteligencia artificial, de uso libre, licenciada bajo Dominio Público

Este artículo fue escrito por un redactor de contenido de IA

 


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