El primer principio de la teoría es el de “superposición”. El mundo en esta teoría se describe mediante “estados”, pero rara vez se definen o describen esos “estados”.
A nivel atómico e inferior, de protones y electrones, las energías de interacción son del mismo orden de magnitud que las propias energías de las partículas. La radiación electromagnética que es lo que realmente mueve a esas partículas y átomos, interactúa con ellas de manera resonante, de forma discreta, como las notas de las cuerdas de un violín.
El que las energías de interacción sean del mismo orden de magnitud que las del movimiento de las partículas produce efectos que se entienden mejor si consideramos una autovía con vehículos que reciben impactos aleatorios de bolas de goma de su misma energía. Los vehículos acaban llevando un movimiento con una enorme componente aleatoria, y el resultado es un principio de incertidumbre: Si mediante el choque de una bola de goma (cuando retorna) podemos conocer la posición del vehículo, el choque de la bola le ha cambiado aleatoriamente la trayectoria y el módulo de su velocidad: A nivel atómico el producto de las incertidumbres en la posición y en la velocidad es mayor que cero.
El movimiento a nivel atómico, de trillones y cuatrillones de cuerpos en interacción electromagnética es aleatorio. La única descripción posible es mediante funciones de probabilidad y, puesto que las interacciones se realizan mediante ondas (senos y cosenos), deben ser funciones complejas (que incluyen el símbolo “i”, definido de forma que i2 = -1).
Los “estados” de un sistema atómico son, pues, funciones de probabilidad. Una vez aceptado esto, el resto de las paradojas y complicaciones de la teoría cuántica se resuelven de manera sencilla y sin problemas, salvo el giro del electrón en su movimiento.
La superposición de los estados se entiende inmediatamente si pensamos en que, de manera probabilística, en cuanto nacemos y hasta que morimos, vivimos en una superposición de vivo y muerto: La probabilidad de estar vivo después de los primeros 5 años de vida alcanza el 99%, pero siempre hay una probabilidad del 1% de estar muerto. Esto cambia con la edad. Hacia los90 años las probabilidades se invierten, y tenemos un 1% de probabilidad de seguir vivos y un 99% de probabilidad de morirnos.
Podemos decir que nuestra vida es una superposición de probabilidades, y que en cualquier momento nuestro estado es una suma de probabilidades, pero también podemos decir que no necesitamos esto y que en cualquier momento estamos vivos o muertos.
Es la diferencia entre las dos partículas y u o.
En cuanto a la dualidad onda-partícula, es sencilla de entender. La radiación electromagnética es siempre una onda, que se propaga hacia fuera de la fuente a una velocidad de 300.000 km/s y nunca vuelve a la fuente salvo si choca con un espejo que actúa de nuevo como una fuente. Pero esta radiación continua interacciona en cuantos de energía con las partículas atómicas: Exactamente como una onda de sonido que solo interacciona de manera resonante, es decir, de forma discreta, con las cuerdas de un violín. La interacción es cuántica, discreta, pero de esto no se concluye que la radiación sea un conjunto de partículas sin masa.
De forma análoga, los electrones se comportan siempre como partículas, con masa. Ahora bien, cuando los electrones atraviesan una red atómica, su camino se convierte en discreto, pues la interacción con los átomos de la red es discreta porque esos átomos están colocados de manera discreta en la red. La interacción tipo ondulatoria de los electrones no ocurre entre ellos mismos, sino entre ellos y la red atómica.
En cuanto al entrelazamiento y la interacción a distancia más rápido que la luz, el teorema de Bell, es esencialmente un teorema de la estadística, y si se hace correctamente es cierto tanto en las dimensiones atómicas como en las dimensiones del orden de magnitud humano.
El experimento de enviar dos fotones (radiación de muy baja intensidad energética) con spines opuestos en dos direcciones opuestas también, y decir que cuando detectamos que uno de ellos tiene spin hacia arriba el otro, que estaba en una mezcla de spin hacia arriba y hacia abajo, cambia, instantáneamente su spin y lo coloca hacia abajo es una falta de entendimiento de lo que es un estado como mezcla de probabilidades.
El estado de ambos fotones está determinado de antemano, pero el resto del Universo no lo conoce hasta que mide uno de ellos. Instantáneamente las probabilidades se convierten en certezas.
Si yo llevo dos billetes de lotería, el estado del conjunto de los billetes es un entrelazamiento de probabilidades, hasta que salen las bolas del bombo. Si uno de los billetes tiene el premio gordo, instantáneamente la probabilidad de que el otro lo tenga baja de 1/70.000 a 0.
El teorema de Bell, el entrelazamiento de estados, y en general toda la teoría atómica es una teoría estadística, y la entendemos mal porque los seres humanos no estamos preparados para vivir con estadística. No sabemos hacerlo. Testigo: Las colas de personas en las oficinas de lotería, las fortunas que hacen los dueños de los casinos y la película Molly Bloom.
Es lo mismo que el principio de incertidumbre. Vivimos nuestras vidas rodeados de energías minúsculas. No podemos entender fácilmente como sería un mundo en el cual para “ver” un coche le tuviésemos que mandar una pelota de goma de su misma energía que nos volvería rebotada. Así es el mundo atómico.
Hay un problema que aún no he resuelto. Si pensamos que un electrón es una bola (no lo es, pero…) con cara y coronilla, cuando da una vuelta a una mesa, si empieza con la cara hacia la mesa, al dar una vuelta tiene la coronilla hacia esa mesa, y solo cuando da dos vueltas vuelve a tener la cara hacia la mesa. Esto lo escribimos como que el electrón tiene un “spin” igual a ½. Cada uno de nosotros tenemos un spin igual a uno, es decir cuando damos la vuelta no giramos sobre nosotros mismos. La radiación electromagnética también tiene spin igual a 1. ¿Por qué?
Es el misterio que queda en la física atómica.