miércoles, 17 de octubre de 2012

El Gato de Schrödinger. Verdades y mentiras.

Un buen amigo mío me propuso que explicara un experimento que siempre le ha llamado la atención pero nunca ha terminado de entender del todo. Se trata del experimento mental conocido como el gato de Schrödinger. Quizás lo primero que os preguntéis sea: ¿Qué es eso de un 'experimento mental'? Pues no es más que un recurso que se viene usando desde la Antigua Grecia en el que se propone una situación imaginaria para analizar o aclarar los límites de un razonamiento, normalmente esto se consigue conduciendo dicho razonamiento a una situación paradójica.

            
                                          Paradoja.                                           Erwin Schrödinger (1887-1961)


Ya que el problema es un poco complejo y ha dado lugar a disparatadas conclusiones erróneas como pensar que se trata de una máquina para crear gatos-zombi; mi objetivo va a ser intentar explicar este experimento de forma que cualquier persona, con o sin formación científica, pueda entender su verdadero significado. Espero vuestros comentarios contándome si lo he conseguido o no.

En 1935 el físico Erwin Schrödinger, uno de los padres de la mecánica cuántica, imaginó este curioso experimento para tratar de mostrar lo increíble que resulta extrapolar a nuestra realidad macroscópica algunos principios de la mecánica cuántica. Cuando hablamos de realidad macroscópica nos referimos al mundo observable, en contraposición con el mundo microscópico de las partículas elementales como electrones o fotones. 



          
                           Realidad macroscópica.                                                            Mundo microscópico.



Ese mundo microscópico obedece a otras reglas físicas difíciles de comprender en nuestra realidad cotidiana. Este es a grandes rasgos el objetivo de la mecánica cuántica: explicar las leyes que rigen ese mundo de lo infinitamente pequeño y el comportamiento de las partículas elementales que lo forman.

Existen varias versiones del experimento, yo voy a explicar una que creo que ilustra mejor esta paradoja. Imaginemos una caja cerrada y opaca en la que se introduce un gato y un frasco con gas venenoso. La caja dispone de un detector de electrones en un punto 'A' que activa un mecanismo que libera el gas del frasco matando al gato. Por otra parte, se coloca un emisor de electrones y un dispositivo capaz de de desviar con un 50% de probabilidad el electrón a otro punto 'B' alejado del detector. 





Imaginemos que el emisor lanza un electrón. Al pasar por el dispositivo habrá un 50% de probabilidad de que ese electrón alcance el detector en el punto 'A'  liberando el veneno y matando al gato. Pero también hay un 50% de probabilidad de que el electrón alcance ese otro punto 'B' y el gato sobreviva. Planteado de esta manera, la evolución del sistema y por tanto el destino del gato dependen de ese electrón, que actúa según las reglas de la mecánica cuántica. 

Ahora entra en juego una de las increíbles propiedades de las partículas elementales: la superposición cuántica. Esta propiedad dice que una partícula puede encontrarse en dos lugares distintos al mismo tiempo, y no se trata sólo de una predicción de la física teórica sino que se ha podido comprobar experimentalmente. El electrón, al ser una partícula elemental, posee esa propiedad por lo que se produce la paradoja: Si ese electrón manifiesta su propiedad de estar en dos lugares al mismo tiempo, ¿el gato estará vivo o muerto?


Interpretación artística de la superposición de estados.

Si analizamos el sistema desde el punto de vista clásico, la lógica nos dice que el gato se define como vivo o muerto antes de que abramos la caja para comprobarlo. Sin embargo si analizamos todo el sistema desde el punto de vista de la mecánica cuántica y aplicamos sus leyes, el gato se encontrará en una superposición de estados, es decir vivo y muerto a la vez. Es en el momento en que abrimos la caja cuando descubrimos cuál de los dos estados se ha manifestado. 


"La mecánica cuántica no puede predecir el estado final del sistema, tan solo puede darnos la probabilidad de obtener cada resultado."

Esta kafkiana incoherencia ha dado lugar a varias interpretaciones, de las cuales voy a seleccionar las dos más ilustrativas:

-Por un lado está la interpretación de Copenhague que asume como real esa situación de superposición de estados pero sin ser capaz de darle una explicación lógica. Mantiene que es en el momento de abrir la caja cuando el sistema se determina y el gato se define como vivo o muerto, o lo que es lo mismo: el observador provoca el colapso de uno de los estados manifestándose el otro.

-Por otro lado la interpretación relacional habla de la relatividad del tándem sistema-observador. Propone que cada observador describe el sistema de forma distinta: para el gato la descripción del sistema se define al instante mientras que para el científico el sistema permanece en una superposición de estados. Al abrir la caja y coincidir la información de lo ocurrido para ambos, las dos descripciones del sistema colapsan hacia el mismo resultado. 




Gato de Shrödinger.  Cuadros del artista argentino Norberto Conti.


Todas las distintas interpretaciones a este fenómeno han hecho enfrentarse a los científicos en una batalla por explicar qué es lo que ocurre realmente, y parece ser que la respuesta se encuentra en la teoría de la decoherencia. Esta teoría afirma que es la misma  interacción de los sistemas macroscópicos con su propio entorno la causante de reducir la superposición de estados consiguiendo concretar uno de ellos.

"Las partículas cuánticas se comportan con coherencia matemática pero con incoherencia lógica." 

Ahora comprenderéis por qué este experimento ha sido siempre un tema candente tanto en los círculos científicos como profanos llegando a exasperar a los investigadores. Tanto es así que al preguntarle al genial físico Stephen Hawking sobre este debate científico-filosófico llegó a afirmar: 
"Cada vez que escucho hablar de ese gato, empiezo a sacar mi pistola."

Stephen Hawking. 

Para terminar, una pequeña dosis de humor que nos deje buen sabor de boca después de tanto tecnicismo científico. Comentad libremente lo que os ha parecido esta entrada.






6 comentarios:

  1. El "experimento" lo conocía, pero no la dos interpretaciones que hay! La de Copenhague es demasiado antropocéntrica para mi gusto, así que me quedo con la segunda.

    Y la foto del gato buscando vendetta me ha echo mucha gracia! xD

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  2. Uy! esto ha ido por mi! jeje gracias por dedicarme el post ahora si k he entendido bien todo este rollo del gato!! un saludo!

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  3. Me encanto lo de "cada vez que oigo hablar de ese gato empiezo a sacar mi pistola" y lo del gato buscando vendetta

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  4. ¡Gracias a todos! me alegro de que os guste. :D

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  5. Ese Sthepen Hawking es muy gracioso! De verdad un tipo admirable.

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