❦ The Vamp Cave: ˚₊· ͟͟͞͞➳❥ El gato de Schrödinger

˚₊· ͟͟͞͞➳❥ El gato de Schrödinger

Este fue un ensayo para un proyecto de Ciencias, las fuentes de la información se citaran al final.

Introducción

El gato de Schrödinger es un experimento mental, a veces descrito como una paradoja, ideado por el físico austriaco-irlandés Erwin Schrödinger en 1935, durante el curso de discusiones con Albert Einstein. Ilustra lo que él vio como el problema de la interpretación de Copenhague de la mecánica cuántica.

El escenario presenta un gato hipotético que puede estar simultáneamente vivo y muerto, un estado conocido como superposición cuántica, como resultado de estar vinculado a un evento subatómico aleatorio que puede ocurrir o no.

Un gato, junto a un matraz con veneno y un dispositivo con una partícula radiactiva, dentro de una caja sellada. Si el dispositivo detecta radiación rompe el frasco, liberando el veneno que mata al gato. Según la interpretación de Copenhague, después de un tiempo, el gato está al mismo tiempo vivo y muerto.

¿Quién fue Erwin Schrödinger?

Erwin Schrödinger fue un reconocido físico que nació en Austria, el 12 de agosto de 1887 y que logró recibir el Premio Nobel de Física en el año 1933. Realizó importantes contribuciones en los campos de la mecánica cuántica y la termodinámica.

Origen y motivación

Schrödinger pretendía que su experimento para matar al gato fuera una discusión de la paradoja EPR, llamada así por sus autores Einstein, Podolsky y Rosen en 1935. La paradoja EPR destacó la naturaleza contraintuitiva de las superposiciones cuánticas, en las que un sistema cuántico como un átomo o el fotón puede existir como una combinación de múltiples estados correspondientes a diferentes resultados posibles.

La teoría predominante, llamada interpretación de Copenhague dice que un sistema cuántico permanece en superposición hasta que interactúa con el mundo externo o es observado por él. Cuando esto sucede, la superposición colapsa en uno u otro de los posibles estados definidos. El experimento EPR muestra que un sistema con múltiples partículas separadas por grandes distancias puede estar en tal superposición. Schrödinger y Einstein intercambiaron cartas sobre el artículo EPR de Einstein, en el curso del cual Einstein señaló que el estado de un barril inestable de pólvora, después de un tiempo, contendrá una superposición de estados explotados y sin explotar.

Para ilustrar mejor, Schrödinger describió cómo se podría, en principio, crear una superposición en un sistema a gran escala haciéndolo dependiente de una partícula cuántica que estaba en una superposición. Propuso un escenario con un gato en una cámara de acero cerrada, en el que la vida o la muerte del gato dependía del estado de un átomo radiactivo, si se había descompuesto y emitido radiación o no. Según Schrödinger, la interpretación de Copenhague implica que el gato permanece vivo y muerto hasta que se observa el estado. Schrödinger no deseaba promover la idea de gatos muertos y vivos como una posibilidad seria; por el contrario, pretendía que el ejemplo ilustrara el absurdo de la visión existente de la mecánica cuántica.

¿Qué es la interpretación de Copenhague?

Con el nombre de interpretación de Copenhague se hace referencia a la interpretación de la mecánica cuántica considerada tradicional u ortodoxa. Fue formulada en 1927 por el físico danés Niels Bohr, con ayuda de Max Born y Werner Heisenberg, entre otros, durante una conferencia realizada en Como, Italia. Se conoce así debido al nombre de la ciudad en la que residía Bohr.

La interpretación de Copenhague intenta reconciliar el dualismo material de "onda" y "partícula", una concepción contraria a la intuición, de un modo consistente y comprensible.
Es fundamental para la interpretación de Copenhague que los resultados de los experimentos sean descritos en el lenguaje ordinario, sin depender de la terminología arcana o palabras que se refieren solamente a los grupos de símbolos matemáticos.

El axioma fundamental de la interpretación de Copenhague es el "postulado de la cuántica", que dice que los acontecimientos subatómicos son solamente perceptibles como transiciones indeterministas físicamente discontinuas entre estados estacionarios discretos. Varias consecuencias se deducen de este postulado de la discontinuidad física impredecible.
Una de las principales razones por las cuales es necesaria la interpretación del formalismo de la mecánica cuántica es que tal interpretación proporciona una visión general no separable en el tiempo y el espacio, ya que los dominios de la función de onda (el formalismo matemático de la mecánica cuántica) son el espacio de configuración (una descripción esquemática), no el espacio-tiempo físico "real" familiar a la mente humana.

En pocas palabras, la interpretación de Copenhague considera dos reinos: está el reino clásico macroscópico de nuestros instrumentos de medición gobernado por las leyes de Newton; y está el reino cuántico microscópico de átomos y otras cosas pequeñas gobernadas por la ecuación de Schrödinger.

El gato de Schrödinger

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.

¿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. Einstein expresaba así su desconcierto: "¿quiere esto decir que la Luna no está ahí cuando nadie la mira?”

Aplicaciones y pruebas

El experimento descrito es puramente teórico y no se sabe que la máquina propuesta haya sido construida. Sin embargo, se han realizado experimentos exitosos que involucran principios similares, por ejemplo, superposiciones de objetos relativamente grandes (según los estándares de la física cuántica). Estos experimentos no muestran que un objeto del tamaño de un gato pueda superponerse, pero el límite superior conocido de los «estados felinos» ha sido nombrado así en su honor. En muchos casos, el estado es de corta duración, incluso cuando se enfría casi al cero absoluto.

Según al menos una propuesta, puede ser posible determinar el estado del gato antes de observarlo.

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.