mar. May 21st, 2019

La paradoja del gato de Schrödinger

El gato de Schrödinger es la paradoja más popular de la física cuántica. Tiene distintas variantes; aquí exponemos la más sencilla. Es un experimento mental que muestra lo desconcertante del mundo cuántico.

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Erwin Schrödinger fue un físico y filósofo austriaco conocido por sus importantes aportaciones a los campos de la mecánica cuántica, que estudia la forma de describir la naturaleza a escalas espaciales pequeñas, y en la termodinámica, la rama de la física que estudia los estados del equilibrio termodinámico a nivel macroscópico. Recibió el Premio Nobel de Física por haber desarrollado la ecuación que lleva su nombre. Además, tras haber intercambiado opiniones en carta con Albert Einstein por un tiempo, diseñó un experimento imaginario conocido como la paradoja del gato de Schröringer.

El gato de Schrödinger es la paradoja más popular de la física cuántica. Tiene distintas variantes; aquí exponemos la más sencilla. Es un experimento mental que muestra lo desconcertante del mundo cuántico.

Imaginemos un gato dentro de una caja completamente opaca. En su interior se instala un mecanismo que une un detector de electrones a un martillo. Y, justo debajo del martillo, un frasco de cristal con una dosis de veneno letal para el gato. Si el detector capta un electrón activará el mecanismo, haciendo que el martillo caiga y rompa el frasco.

Se dispara un electrón. Por lógica, pueden suceder dos cosas. Puede que el detector capte el electrón y active el mecanismo. En ese caso, el martillo cae, rompe el frasco y el veneno se expande por el interior de la caja. El gato lo inhala y muere. Al abrir la caja, encontraremos al gato muerto. O puede que el electrón tome otro camino y el detector no lo capte, con lo que el mecanismo nunca se activará, el frasco no se romperá, y el gato seguirá vivo. En este caso, al abrir la caja el gato aparecerá sano y salvo.

Hasta aquí todo es lógico. Al finalizar el experimento veremos al gato vivo o muerto. Y hay un 50% de probabilidades de que suceda una cosa o la otra. Pero la cuántica desafía nuestro sentido común.

El electrón es al mismo tiempo onda y partícula. Para entenderlo, sale disparado como una bala, pero también, y al mismo tiempo, como una ola o como las ondas que se forman en un charco cuando tiramos una piedra. Es decir, toma distintos caminos a la vez. Y además no se excluyen, sino que se superponen, como se superpondrían las ondas de agua en el charco. De modo que toma el camino del detector y, al mismo tiempo, el contrario.

El electrón será detectado y el gato morirá. Y, al mismo tiempo, no será detectado y el gato seguirá vivo. A escala atómica, ambas probabilidades se cumplen de forma simultánea. En el mundo cuántico, el gato acaba vivo y muerto a la vez, y ambos estados son igual de reales. Pero, al abrir la caja, nosotros sólo lo vemos vivo o muerto.

Piénsalo, es como esas veces que te preguntan que, si un árbol se cae en medio de un bosque, pero nadie lo escucha, ¿en realidad suena el golpe del árbol al caer? Y es que el espectador al no ver dentro de la caja no sabe el resultado, por lo que el gato está vivo y muerto, y tan sólo la observación es lo que cambiaría el resultado.

Entonces… ¿Qué ha ocurrido? Si ambas posibilidades se cumplen y son reales, ¿por qué sólo vemos una? La explicación es que el experimento aplica las leyes cuánticas, pero el gato no es un sistema cuántico. La cuántica actúa a escala subatómica y sólo bajo determinadas condiciones. Sólo es válida en partículas aisladas. Cualquier interacción con el entorno hace que las leyes cuánticas dejen de aplicarse.

Muchas partículas juntas interactúan entre sí, por eso la cuántica no vale en el mundo de lo grande, como el gato. Tampoco cuando hay calor, pues el calor es el movimiento de los átomos interactuando. Y el gato es materia caliente. Pero lo más sorprendente es que incluso nosotros, al abrir la caja y observar el resultado del experimento, interactuamos y lo contaminamos.

Así es. Una curiosa característica de la cuántica es que el mero hecho de observar contamina el experimento y define una realidad frente a las demás, Esta acción de mirar para determinar el estado se denomina colapso. Einstein expresaba así su desconcierto: «¿quiere esto decir que la Luna no está ahí cuando nadie la mira?«

Conclusión: cuando el sistema cuántico se rompe, la realidad se define por una de las opciones. Sólo veremos al gato vivo o muerto, nunca ambas. Este proceso de tránsito de la realidad cuántica a nuestra realidad clásica se llama decoherencia, y es la responsable de que veamos el mundo tal y como lo conocemos. Es decir, una única realidad.

Esta paradoja, difícil de comprender a primera vista, expresa un concepto básico en física cuántica: la dualidad onda-partícula, que explica el comportamiento del electrón como partícula y onda, produciéndose una superposición de estados hasta que es observado. Por ejemplo: la luz. La luz, como los electrones, tienen una naturaleza de onda, pero también tiene características de partícula. Pero no puedes coger la luz con las manos, esta se mantiene en dos estados simultáneos.

Con el tiempo, han surgido nuevas interpretaciones para el experimento de Schrödinger e incluso teorías que se sostienen en sus mismos principios. Una de las líneas de pensamiento científico a las que la paradoja del austriaco ha afectado es la interpretación de los muchos mundos, en la cual existen dos realidades paralelas en las que el gato está muerto en una y vivo en la otra. Ambas realidades están ocurriendo al mismo tiempo y, por lo tanto, ambas son reales, pero no existe la posibilidad de que interactúen entre ellas o interfieran la una en la otra.

El experimento de Schrödinger es, probablemente, una de las ejemplificaciones científicas más conocidas y difundidas en el mundo, a pesar de que resulte difícil de comprender por el sinsentido que la superposición de ‘vivo’ y ‘muerto’ supone en sí misma.

Fuentes: astronomía.com, news.culturacolectiva.com y muyinteresante.es

Temática sugerida por: Eduardo Hernandez

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