Principio de localidad

En física, el principio de localidad establece que un objeto está influenciado directamente sólo por su entorno inmediato. Una teoría que incluye el principio de localidad se dice que es una "teoría local". Esta es una alternativa al concepto de energía instantánea o "no local". acción a distancia. La localidad evolucionó a partir de las teorías de campo de la física clásica. La idea es que para que una causa en un punto tenga un efecto en otro, algo en el espacio entre esos puntos debe mediar la acción. Para ejercer una influencia, algo, como una onda o una partícula, debe viajar a través del espacio entre los dos puntos, llevando la influencia.

La teoría especial de la relatividad limita la velocidad a la que cualquier influencia puede viajar a la velocidad de la luz, c{displaystyle c}. Por lo tanto, el principio de la localidad implica que un evento en un momento no puede causar un resultado simultáneo en otro punto. Un evento en punto A{displaystyle A} no puede causar un resultado B{displaystyle B} en un tiempo menos que T=D/c{displaystyle T=D/c}, donde D{displaystyle D} es la distancia entre los puntos y c{displaystyle c} es la velocidad de la luz en vacío.

Los experimentos de prueba de Bell muestran que la mecánica cuántica viola ampliamente las desigualdades establecidas en el teorema de Bell. Según algunas interpretaciones de la mecánica cuántica, este resultado implica que algunos efectos cuánticos deben ser no locales.

Mecánica precuántica

During the 17th century Newton 's principle of universal gravitation was formulated in terms of "action at a distance ", thereby violating the principle of locality.

Es inconcebible que Matter inanimado debe, sin la Mediación de algo más, que no es material, operar y afectar a otra materia sin contacto mutuo... Que la gravedad debe ser innata, inherente y esencial para la materia, para que un cuerpo pueda actuar sobre otro a una distancia prosperando un Vacuo, sin la mediación de cualquier otra cosa, por y a través de la cual su Acción y Fuerza puede ser transportada de uno a otro, es para mí tan grande una Absurdidad que creo que ningún hombre que tiene en asuntos filosóficos una facultad de pensamiento competente puede caer en ella. La gravedad debe ser causada por un agente actuando constantemente de acuerdo a ciertas leyes; pero si este agente es material o inmaterial, he dejado a la consideración de mis lectores.

—Isaac Newton, Cartas a Bentley, 1692/3

La ley de las fuerzas eléctricas de Coulomb también se formuló inicialmente como acción instantánea a distancia, pero luego fue reemplazada por las ecuaciones de electromagnetismo de Maxwell, que obedecen a la localidad.

En 1905, la teoría especial de la relatividad de Albert Einstein postuló que ninguna materia o energía puede viajar más rápido que la velocidad de la luz, y Einstein trató de reformular la física de una manera que obedeciera el principio de localidad. Posteriormente logró producir una teoría alternativa de la gravitación, la relatividad general, que obedece al principio de localidad.

Sin embargo, posteriormente se desarrolló un desafío diferente al principio de localidad a partir de la teoría de la mecánica cuántica, que el propio Einstein había ayudado a crear.

Mecánica cuántica

Realismo local

En 1935, Albert Einstein, Boris Podolsky y Nathan Rosen en su paradoja EPR teorizaron que la mecánica cuántica podría no ser una teoría local, porque una medición realizada en una de un par de partículas separadas pero entrelazadas provoca un efecto simultáneo, el colapso de la función de onda, en la partícula remota (es decir, un efecto que excede la velocidad de la luz). En 1964, John Stewart Bell formuló la "desigualdad de Bell", que, si se viola en experimentos reales, implica que la mecánica cuántica viola el realismo local, es decir, la intersección de localidad y realismo. El realismo se refiere a otro principio, que se relaciona con el valor de cantidades no medidas antes de la medición (definición contrafactual).

Las pruebas experimentales de la desigualdad de Bell, comenzando con los experimentos de John Clauser y Alain Aspect en la década de 1980, demostraron que la mecánica cuántica viola la desigualdad, por lo que debe violar al menos uno de los supuestos del realismo local. Sin embargo, los críticos han señalado que estos experimentos incluían "lagunas" que impedían una respuesta definitiva a esta pregunta. Se considera que este problema se resolvió durante 2015 cuando tres proyectos "libres de lagunas legales" Los experimentos fueron llevados a cabo por grupos independientes de la Universidad Tecnológica de Delft, la Universidad de Viena y el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST), abordando múltiples lagunas al mismo tiempo. Sin embargo, es posible que persistan algunas lagunas, como el superdeterminismo, con el resultado de que la cuestión puede ser fundamentalmente imposible de comprobar.

Debido a la naturaleza probabilística del colapso de la función de onda, esta violación del realismo local no se puede utilizar para transmitir información más rápido que la luz, de acuerdo con el teorema de la no comunicación.

Mecánica cuántica relativista

La localidad es uno de los axiomas de la teoría cuántica de campos relativista, como se requiere para la causalidad. La formalización de la localidad en este caso es la siguiente: si hay dos observables, cada uno localizado dentro de dos regiones espacio-temporales distintas que se encuentran a una separación espacial entre sí, los observables deben conmutar. Alternativamente, una solución a las ecuaciones de campo es local si las ecuaciones subyacentes son invariantes de Lorentz o, más generalmente, covariantes o localmente invariantes de Lorentz.