Erwin Schrödinger (1887/1961)

 

Los físicos y científicos no sólo hacen experimentos en el laboratorio, sino también en el interior de sus propias mentes. Uno de los experimentos mentales más famosos es el conocido como “El gato de Schrödinger”. Erwin Schrödinger  fue un físico austríaco que en las primeras décadas del siglo XX contribuyó de manera decisiva a establecer, junto a otros físicos como Niels Bohr o Werner Heisenberg, la física cuántica.

En el siglo XX se produjeron dos grandes revoluciones en la física, la teoría de la relatividad de Einstein y la física o mecánica cuántica. Mientras que la teoría de Einstein se ocupa, entre otras cosas, de qué sucede cuando los objetos o la luz se desplazan a altísimas velocidades, la cuántica se preocupa por lo que les sucede a las partículas subatómicas, es decir el mundo indescriptiblemente pequeño. A los cuánticos les interesa saber, por ejemplo, cómo se comportan los fotones, la partícula mínima de luz.

El problema era que, según algunas observaciones, los fotones o unidades mínimas de luz (en realidad de cualquier radiación electromagnética, desde los rayos X a la luz ultravioleta, las microondas o las ondas de radio) se comportaban de una extraña manera. Por un lado parecían comportarse como una partícula o corpúsculo; digamos, por poner un ejemplo, como una bala, que deja un impacto en el lugar en el que golpea. Pero en otros experimentos parecía que los fotones se comportaban como una onda, digamos como una ola, que produce un patrón de impacto difuso y extendido.

Dicho de otra manera: una partícula ocupa un lugar en el espacio y tiene masa, pero una onda se extiende en el espacio, no tiene masa y sí tiene una velocidad definida. El problema, simplificando de manera brutal, era que, al hacer experimentos lanzando fotones individuales (partículas) que atravesaban rendijas, el patrón de impacto que aparecía al otro lado era el propio de las ondas, no el de las partículas.

Que sucedieran ambas cosas era en principio imposible: o bien los fotones eran partículas o bien eran ondas. Pero los resultados de los experimentos eran claros, por lo que se acabó llegando a la conclusión de que cosas como los fotones o los electrones tienen una doble naturaleza onda-partícula.

La consecuencia más importante de la paradoja onda-partícula es que la interpretación clásica de la física, en la que se puede predecir con exactitud qué va a suceder en un experimento, se vino abajo: si el experimentador quiere conocer la posición del fotón en un momento concreto, entonces no puede conocer su momento (combinación de velocidad y masa).

Él célebre dilema del gato de Schrödinger sirve para ilustrar una de las más llamativas consecuencias paradójicas de la física o mecánica cuántica, el principio de incertidumbre de Heisenberg, que nos dice, explicado de manera apresurada, que el observador modifica lo observado. Sería muy largo explicar en qué sentido podemos o debemos entender esta consideración y en otra ocasión me detendré en ello, pero por ahora me limitaré a aclarar que no se está diciendo que el observador modifique lo observado debido a una intervención directa, sino a que el mero hecho de la observación cambia lo que es observado, al menos en el mundo cuántico, es decir subatómico.

Cuando se habla del “gato de Schrödinger” se está haciendo referencia a una paradoja que surge de un célebre experimento imaginario propuesto por Erwin Schrödinger en el año 1937 para ilustrar las diferencias entre interacción y medida en el campo de la mecánica cuántica.

Copio a partir de aquí la explicación que ofrece M.A.Gómez en El rincón de la ciencia, aunque en otro momento espero explicarlo con mis propias palabras.

El experimento mental consiste en imaginar a un gato metido dentro de una caja que también contiene un curioso y peligroso dispositivo. Este dispositivo está formado por una ampolla de vidrio que contiene un veneno muy volátil y por un martillo sujeto sobre la ampolla de forma que si cae sobre ella la rompe y se escapa el veneno con lo que el gato moriría. El martillo está conectado a un mecanismo detector de partículas alfa; si llega una partícula alfa el martillo cae rompiendo la ampolla con lo que el gato muere, por el contrario, si no llega no ocurre nada y el gato continua vivo. Cuando todo el dispositivo está preparado, se realiza el experimento. Al lado del detector se sitúa un átomo radiactivo con unas determinadas características: tiene un 50% de probabilidades de emitir una partícula alfa en una hora. Evidentemente, al cabo de una hora habrá ocurrido uno de los dos sucesos posibles: el átomo ha emitido una partícula alfa o no la ha emitido (la probabilidad de que ocurra una cosa o la otra es la misma). Como resultado de la interacción, en el interior de la caja, el gato está vivo o está muerto. Pero no podemos saberlo si no la abrimos para comprobarlo.

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Si lo que ocurre en el interior de la caja lo intentamos describir aplicando las leyes de la mecánica cuántica, llegamos a una conclusión muy extraña. El gato vendrá descrito por una función de onda extremadamente compleja resultado de la superposición de dos estados combinados al cincuenta por ciento: “gato vivo” y “gato muerto”. Es decir, aplicando el formalismo cuántico, el gato estaría a la vez vivo y muerto; se trataría de dos estados indistinguibles.

La única forma de averiguar qué ha ocurrido con el gato es realizar una medida: abrir la caja y mirar dentro. En unos casos nos encontraremos al gato vivo y en otros muerto. Pero, ¿qué ha ocurrido? Al realizar la medida, el observador interactúa con el sistema y lo altera, rompe la superposición de estados y el sistema se decanta por uno de sus dos estados posibles.

El sentido común nos indica que el gato no puede estar vivo y muerto a la vez. Pero la mecánica cuántica dice que mientras nadie mire en el interior de la caja el gato se encuentra en una superposición de los dos estados: vivo y muerto.

[Escrito por M.A.Gómez en El rincón de la ciencia]

Si quieres provocar un colapso cuántico, participa en esta aventura de Mosca y Caja, pero ten en cuenta que tú observación decidirá si el gato vive o muere. Para observar el interior de Caja, haz clic en Caja… a tu propio riesgo.


 

Si quieres repetir el experimento, tendrás que recargar el universo, es decir, cargar de nuevo la página.

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Una excelente y comprensible explicación de la cuántica, sencilla sin ser simplista, en Cuántica sin fórmulas.

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