Experiments on polarizers, a new step towards a possible interpretation of quantum mechanics
Este artículo extiende un modelo de realismo local previamente propuesto para experimentos EPR numéricos mediante la introducción de un segundo supuesto relativo a la modificación de objetos inducida por la medición, reproduciendo así con éxito los resultados de la mecánica cuántica para experimentos de tres polarizadores al tiempo que reconoce la necesidad de un mayor desarrollo para incorporar las características de onda.
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En el extraño mundo de lo muy pequeño, la física se comporta de formas que a menudo parecen desafiar el sentido común. Durante casi un siglo, los científicos han lidiado con una teoría llamada mecánica cuántica, que describe cómo interactúan partículas como la luz y los electrones. Esta teoría es increíblemente exitosa al predecir lo que sucede en los experimentos, pero sugiere que la realidad misma es difusa hasta que es observada. Uno de los enigmas más famosos en este campo involucra a las partículas entrelazadas, donde dos objetos parecen influirse instantáneamente a través de vastas distancias, un fenómeno que parece romper la regla de que nada puede viajar más rápido que la luz. Otro enigma es cómo el hecho de medir una partícula parece cambiarla, como si el acto de mirar obligara al universo a tomar una decisión. Durante décadas, muchos físicos se han preguntado si existe una explicación más simple y lógica para estas peculiaridades, una que encaje con nuestra comprensión cotidiana de cómo los objetos existen y se mueven, sin necesidad de abandonar las reglas básicas de la realidad y la localidad.
Un investigador de la Escuela Politécnica Federal de Lausana ha dado un nuevo enfoque a estos problemas utilizando una nueva forma de pensar sobre la luz. En lugar de tratar a un fotón, una partícula de luz, como un punto único e infinitamente diminuto como un punto en un mapa, el investigador imaginó que era una pequeña porción extendida de un círculo, como un trozo de un pastel. Este simple cambio de perspectiva permitió una simulación por computadora de la luz pasando a través de polarizadores, que son filtros que solo dejan pasar ondas de luz que vibran en una dirección específica. En el mundo real, si tomas dos polarizadores y los colocas en ángulos rectos entre sí, no pasa luz. Pero si deslizas un tercer polarizador entre ellos en un ángulo diferente, de repente aparece algo de luz. Este resultado contraintuitivo es una prueba clásica de la mecánica cuántica. El investigador construyó un modelo donde las partículas de luz son estos pequeños sectores y donde los filtros clasifican a las partículas basándose en qué parte del sector caen.
La simulación reveló que este modelo, que se basa en la idea de que las partículas de luz tienen un tamaño pequeño pero definido, puede reproducir exactamente los mismos resultados que predice la mecánica cuántica. Cuando el investigador ejecutó los números para la luz pasando a través de uno, dos o tres polarizadores, el patrón de luz que emergió coincidió perfectamente con la teoría estándar. Crucialmente, este modelo logró esto sin romper las reglas de la física. No requirió que las partículas se comunicaran instantáneamente a través del espacio, ni sugirió que la realidad se crea solo cuando miramos. En cambio, mostró que los extraños resultados provienen de cómo el dispositivo de medición interactúa con la forma extendida de la partícula. Cuando una partícula golpea un filtro, si encaja enteramente dentro de una zona de "paso", pasa. Si queda entre una zona de paso y una zona de bloqueo, es absorbida y desaparece. Esta absorción no es un error o un fallo en el equipo; es una parte necesaria del proceso en este modelo.
El estudio va más allá al mostrar que el acto de la medición en este modelo realmente cambia la partícula, aunque el resultado final de la medición sea el mismo. A medida que una partícula pasa a través de un filtro, es empujada o rotada ligeramente, asentándose en una nueva posición dentro de la zona permitida. Esto imita la idea cuántica de que la medición altera el objeto que está siendo medido. El investigador descubrió que al utilizar una curva matemática específica para describir cómo estas partículas se asientan, la simulación podía coincñar perfectamente con las probabilidades observadas en experimentos del mundo real. Esto sugiere que la "extrañeza" de la mecánica cuántica podría no ser un misterio fundamental del universo, sino una consecuencia de cómo definimos nuestras herramientas de medición y las partículas que miden. El modelo implica que la mecánica cuántica es esencialmente una teoría de lo que podemos medir, más que una descripción completa de todo lo que existe. Funciona tan bien porque ignora las partículas que son absorbidas, centrándose solo en las que llegan al detector.
Este enfoque desafía la suposición largamente sostenida de que las partículas deben tratarse como puntos de tamaño cero para que las matemáticas funcionen. El investigador argumenta que si las partículas son en realidad objetos extendidos y diminutos, entonces las extrañas violaciones de la realidad local que suelen plagar las explicaciones cuánticas desaparecen. El modelo sugiere que existen estados de las partículas que simplemente no pueden ser medidos porque caen en una "tierra de nadie" entre categorías, y debido a que no pueden ser medidos, no aparecen en las estadísticas finales. Esto explica por qué la teoría parece funcionar tan bien sin necesidad de invocar mundos paralelos o comunicación instantánea. El investigador es cuidadoso al señalar que esto es una simulación y una propuesta de una nueva forma de mirar los datos, no una prueba final de que esto es exactamente cómo funciona la naturaleza. Sin embargo, los resultados son robustos y consistentes con las leyes conocidas de la física. El trabajo abre la puerta a un futuro donde los comportamientos ondulatorios y de partícula de la luz podrían entenderse a través de la geometría de estos objetos extendidos, tendiendo potencialmente un puente entre el extraño mundo cuántico y la realidad sólida y predecible que experimentamos cada día.
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