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El gato de Schrödinger [Inteligencia Colectiva]










El gato de Schrödinger



Cualquiera que siga The Big Bang Theory u otra serie por el estilo habrá oído hablar del gato de Schrödinger. Si no os ha interesado el tema en su momento, tal vez os suene algo sobre un gato que está encerrado en una caja, vivo y muerto al mismo tiempo. Hoy explicamos a qué se debe esta analogía exactamente y de paso tenemos la excusa para colgar fotos de gatos, que sabemos que les encantan.


“Esta historia me la conozco. Rápido, ayúdame a salir de aquí.”



Ante nada, hay que aclarar la diferencia entre las dos maneras que tenemos de enfocar el estudio de la realidad que nos rodea: la física clásica y la física cuántica.

La física clásica se encarga de describir y predecir cómo se comportan las cosas a gran escala, como una bola que cae desde lo alto de una torre o el movimiento de los planetas, pero no es capaz de explicar, por ejemplo, cómo la luz puede ser convertida en electricidad.Esto se debe a que los mismos principios que rigen el universo a nivel macroscópico no funcionan cuando intentamos aplicarlos a escalas subatómicas (cosas más pequeñas que los propios átomos). Agotado este recurso, si de verdad estamos muy interesados en estudiar el mundo
subatómico, podríamos intentarlo mediante la medición directa, pero resulta que eso tampoco funciona muy  bien. Explicamos por qué. Si queremos observar una partícula cualquiera que está paseando tranquilamente en línea recta y medir sus propiedades, tenemos que mandarle un rayo de luz para que interaccione con ella y nos devuelva algún tipo de información al respecto. Pero, a escalas tan pequeñas, incluso propia la luz empuja nuestra partícula, alterando su dirección.

Es decir que, aunque podamos saber dónde estaba la partícula en el instante justo en el que la luz impacta contra ella (en la siguiente imagen), no sabremos dónde estaba hace un momento ni dónde estará después, así que no podremos calcular su velocidad. Para intentar remediarlo, podríamos mandar un rayo de luz con una longitud de onda mayor (menos energética y, por tanto, “empuja menos” a nuestra partícula) y así poder registrar la posición de la partícula en varios puntos de su trayectoria. De este modo podríamos calcular su velocidad, pero una vez terminada la medición la posición de la partícula se habrá perdido.

Esto es lo que enuncia el principio de incertidumbre de Heisenbergno podemos conocer la velocidad y la posición de una partícula al mismo tiempo y la medición de una de las propiedades conlleva la pérdida de información sobre la otra.

Para resolver este quebradero de cabeza surge la física cuántica, que trata de predecir cómo se va a comportar el mundo a nivel subatómico sin necesidad de observarlo. Para ello, se estiman una serie de situaciones en las que podría encontrarse la partícula que queremos estudiar y la probabilidad de que esté teniendo lugar cada una de ellas. Así, con los datos estadísticos podemos representar como si fueran una onda las posibles situaciones en las que la partícula se encuentra.

 Para nosotros, mientras esta partícula no sea observada estará existiendo en todas esas situaciones al mismo tiempo y no será hasta que observemos esa onda probabilística que la obligaremos a adoptar una forma concreta y veremos el sistema en uno de los múltiples estados posibles.

A lo que íbamos.El gato de Schrödinger es un experimento mental propuesto por el físico austriaco Erwin Schrödinger en 1935 para ejemplificar cómo funciona este efecto a nivel subatómico y el poco sentido que tiene si intentas aplicarlo en el mundo macroscópico, donde podemos estar seguros de la situación de las cosas en cada instante y no nos hace falta hacer estimaciones estadísticas (excepto cuando buscamos el mando de la tele). El experimento propuesto es el siguiente:

entro de una caja hay un gato y un dispositivo que tiene exactamente un 50% de probabilidades de liberar un veneno mortal. Es decir que, transcurrido un periodo de tiempo cualquiera, el gato tendrá un 50% de probabilidades de haber sobrevivido y otro 50% de estar muerto. Pero, mientras no abramos la caja para ver qué tal le va al animal, el estará en un estado intermedio, ni vivo ni muerto, y no será hasta que echemos un vistazo que el universo decidirá si lo ha matado o dejado vivir.

Como ya hemos dicho, en el mundo “real” esto no tiene ningún sentido
, pero este modelo es el más aceptado para explicar y estudiar el mundo subatómico (porque las predicciones hechas con él funcionan y se están volviendo muy útiles a medida que los circuitos electrónicos se hacen cada vez más pequeños), aunque todo tiene sus detractores. El propio Einstein fue uno de ellos, diciendo cosas como””estoy convencido de que Dios no juega a los dados” a lo que Niels Bohr, otro célebre físico que impulsó esta rama de la ciencia, respondió “Einstein, deja de decirle a Dios lo que tiene que hacer”.



Bohr y Einstein debatiendo en casa de Paul

Ehrenfest.


 
En definitiva, no podemos predecir exactamente qué están haciendo las cosas más pequeñas que los átomos, pero gracias a la física cuántica sabemos una serie de cosas que podrían estar haciendo y la probabilidad de cada una de ellas en concreto, por lo que somos capaces de predecir el comportamiento del sistema.

Pero… ¿Qué estaría pasando entonces desde el punto de vista del gato?

 La respuesta está en dos conceptos que suenan muy molones: la inmortalidad cuántica y la posibilidad de que existan realidades paralelas. Para esto también existe un experimento mental,  llamado el suicidio cuántico.

Sacamos al gato y el dispositivo venenoso y metemos al investigador en la caja (porque tiene pulgares prensiles, no por venganza) junto con una pistola que tiene un 50% de probabilidades de ser disparada cuando se aprieta el gatillo. Supongamos que el investigador quiere suicidarse y se coloca la pistola contra la sien.

En el momento en el que apriete el gatillo, sufrirá dos posibles destinos:

morir al instante o escuchar un click mecánico, señal de que la pistola no se ha disparado.Si la interpretación de Copenhage (la teoría que hemos estado comentando hasta ahora, no hemos mencionado el nombre para no liar la perdiz) de la mecánica cuántica es correcta, si el cañón se dispara matará al experimentador y ahí acabará la historia.

Pero el asunto podría tener algo más de chicha. Otra manera de explicar la situación recurre a la teoría de los muchos mundos o de los universos múltiples, que supone que cada vez que tiene lugar un suceso aleatorio el universo se ramifica en varias realidades. Por ejemplo, al lanzar un dado el universo se estaría ramificando en otros 6 diferentes en los que sale uno de los números posibles. Cada realidad, entonces, se desarrollaría teniendo en cuenta las consecuencias de que haya salido un número u otro.


 


Total, que cuando decimos que una partícula existe en todos sus estados posibles, estaría haciéndolo en realidades distintas y, al observarla, estarías entrando en una de estas realidades.

Recordemos al investigador atrapado en una caja con la pistola apoyada contra la sien. Al disparar, tiene un 50% de probabilidades de morir y otro 50% de seguir vivo. Cada vez que apriete el gatillo, el universo se bifurcará en dos realidades distintas: una en la que el investigador muere (y, por tanto, no puede seguir disparando) y otra en la que vive. Es decir, que por muchas veces que el rifle se dispare, el hombre siempre sobrevivirá en uno de los dos universos generados y, como no puede experimentar las realidades en las que muere, su conciencia se mantendrá siempre en el universo en el que él permanece vivo.
La secuencia sería la esta:




Por tanto, aunque la probabilidad de que el rifle se dispare y lo mate sea del 50%, el investigador siempre sobreviviría por mucho que apretara el gatillo, aunque el experimento se alargara un periodo infinito de tiempo.

Eso sí, no os toméis la inmortalidad cuántica al pie de la letra, porque es un experimento mental y no hay nada demostrado, que os conocemos. No nos hacemos responsables de un incremento en el número de partidas de ruleta rusa que pueda experimentarse después de este post.



Resumen taringuero lvl 5: El gato esta vivo, muerto y a la vez no existe








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