Científicos chilenos buscan unir la mecánica cuántica y la relatividad

Cualquiera que haya visto la película “Interstellar” recordará que los astronautas del Endurance, durante sus viajes por el universo, vivieron su aventura como si fueran meses; en cambio, en la Tierra, transcurrieron décadas. Lo anterior se denomina «Retraso temporal gravitacional», originado de la Teoría de la Relatividad de Einstein, un concepto clave para la investigación chilena.

Aldo Delgado, Director del Instituto Milenio de Investigación en Óptica (MIRO) y uno de los autores de esta publicación, explicó que “Interstellar” muestra una idea clave. “Más allá de la libertad creativa exhibida en la película, el efecto relativista sí ha sido experimentalmente comprobado”, pero señala que esto es solo uno de los elementos de su investigación, puesto que “por medio de interferómetros de gran escala, un instrumento astronómico de gran sofisticación, hemos logrado vincular efectos de las dos principales teorías de la física: la Teoría de la Relatividad y la Mecánica Cuántica”.

El estudio además trabaja en una segunda vertiente, la seguridad. “Nuestro trabajo establece las bases para una red de señales cuánticas de alta seguridad, que permitiría establecer comunicación satelital con claves casi imposibles de descifrar, así como la realización de mediciones más precisas desde satélites”, explicó el también académico de la Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas de la Universidad de Concepción.

Dos grandes que chocan

Delgado señaló que “descubrimos que el entrelazamiento cuántico es creado como consecuencia de este efecto de la Relatividad General, el retraso temporal gravitacional”. Lo anterior puede parecer trivial pero no lo es, ya que desde principios del siglo XX las dos grandes teorías han estado en permanente conflicto, sin llegar a generarse una teoría unificada.

La relatividad general explica la naturaleza en términos de espacio y tiempo, el Doctor Delgado utiliza una metáfora para graficarlo: “Una manzana no cae al piso porque sea atraída por la masa de la Tierra, lo hace debido a la existencia del espacio-tiempo, el cual se curva alrededor de un objeto de enorme masa, como lo es la Tierra ”.

Por su parte, la mecánica cuántica nos dice que el Universo obedece a leyes de incerteza, y que por lo tanto solo pueden ser descritas empleando probabilidades. “No podemos conocer la posición exacta de un átomo, solo predecir dicha posición matemáticamente”, indicó Delgado. 

De esta manera, es que surge el entrelazamiento, una propiedad de los sistemas cuánticos que hasta hoy deja perplejos a muchos científicos. Según indica esta teoría, “los sistemas físicos pueden llegar a estar tan entremezclados entre ellos que pierden su individualidad característica, su realidad individual, y comienzan a estar regidos por leyes que gobiernan el todo”, agregó el investigador. 

Nuevos rumbos

La investigación se logró tras la ejecución de una gran cantidad de simulaciones numéricas de enorme complejidad considerando posibles experimentos en condiciones realistas, ahí fue cuando “nos llevamos la agradable sorpresa que todos los números indican que sí es posible realizar una demostración experimental de nuestros resultados con la tecnología actual”, señaló Aldo Delgado. 

Tras conseguir sus resultados, los físicos se dieron cuenta de que eran los primeros en considerar la influencia del campo gravitacional débil en la generación de entrelazamiento. “Nuestro próximo desafío es realizar una fase experimental en interferómetros de gran escala”, mencionó Delgado.

El artículo es un trabajo conjunto de tres investigadores, partiendo por el propio Delgado, junto con Marco Rivera, estudiante del Doctorado en Ciencias Físicas de la Universidad de Concepción, y el doctor Guillermo Rubilar, también académico del Departamento de Física de la Universidad de Concepción.

El artículo se titula “Weak Gravitational Field Effects On Large-Scale Optical Interferometric Bell Tests” (“Efectos del campo gravitacional débil en Tests de Bell por medio de interferómetros de grandes dimensiones”), el cual será publicado en la revista “Classical and Quantum Gravity”.