Pobre gatito

Un gato y la superposición cuántica, lo primero lo hemos visto todos seguro alguna vez en la vida, lo otro ya no tanto; ¿Qué pueden tener en común? Pues normalmente no tendrían nada, de hecho no lo tuvieron hasta 1935. En ese año el físico austriaco Erwin Schrödinger ideó un experimento imaginario con el fin de explicar dicha superposición, incluida en la “revolucionaria” mecánica cuántica. Al contrario que la mecánica clásica, fácilmente observable en la naturaleza, la mecánica cuántica es muy difícil de comprender usando exclusivamente el sentido común por lo que se recurría a explicaciones de este estilo con al intención de hacerlas comprensibles y acercar la materia al mundo real.

Antes de meternos de lleno con el experimento, explicaremos brevemente en qué consiste la superposición de una forma que sea comprensible para todo el mundo:

Citando a la  Wikipedia: “Superposición cuántica es la aplicación del principio de superposición a la mecánica cuántica. Ocurre cuando un objeto “posee simultáneamente” dos o más valores de una cantidad observable (ejem. la posición o la energía de una partícula). La superposición cuántica es un principio fundamental de la mecánica cuántica que sostiene que un sistema físico tal como un electrón, existe en parte en todos sus teóricamente posibles estados de forma simultánea, pero, cuando se mide, da un resultado que corresponde a sólo una de las posibles configuraciones (como se describe en la interpretación de la mecánica cuántica).”

De forma simple quiere decir que una partícula, en este caso un electrón, puede estar en varios “sitios”  con diferentes cantidades de energía al mismo tiempo y, hasta que no lo observamos, no sabemos en cuál de ellos está. Además, sólo por el hecho de observarlo estaremos alterando uno de sus estados; por ejemplo, si medimos su energía no sabremos donde está pero si localizamos su posición, no podremos saber su energía; todo esto viene explicado en el Principio de Indeterminación de Heinsemberg, y se resume muy bien en un chiste de físicos muy clásico: un electrón va por la autopista y le para un policía y le dice “¿sabe usted a qué velocidad iba?, pasaba de los 150km/h” a lo que el electrón responde “maldición, ahora me he perdido!”

Esto nos muestra que sólo por el mero hecho de medir algo lo estamos alterando, un ejemplo aplicado al mundo real: si llenamos una bañera de agua y metemos un termómetro para medir la temperatura veremos que obtenemos un valor, un valor que es la media de toda el agua y el termómetro (también de  la bañera y el aire pero vamos a despreciar eso); este valor no será muy diferente del valor real de la temperatura del agua porque 50 litros de agua contra un termómetro, poca variación puede suponer. Ahora bien, si en vez de una bañera es una gota de agua seguro que el valor que obtendremos da ya no será el de la gota de agua antes de que le pusiéramos el termómetro; si aplicamos este mismo principio a un electrón aún será mayor la diferencia.

Combinando estos dos principios parece que no tenemos ni idea de cómo medir las magnitudes de las partículas atómicas, pero no es así, que no cunda el pánico. Cada día se avanza más en este campo.

Volviendo el tema del artículo, explicaremos el experimento de Schrödinger:

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Erwin Schrödinger plantea un sistema que se encuentra formado por una caja cerrada y opaca que contiene un gato en su interior, una botella de gas venenoso y un dispositivo, el cual contiene una partícula radiactiva con una probabilidad del 50% de desintegrarse en un tiempo dado, de manera que si la partícula se desintegra, el veneno se libera y el gato muere.

Al terminar el tiempo establecido, hay una probabilidad del 50% de que el dispositivo se haya activado y el gato esté muerto, y la misma probabilidad de que el dispositivo no se haya activado y el gato esté vivo. Según los principios de la mecánica cuántica, la descripción correcta del sistema en ese momento será el resultado de la superposición de los estados “vivo” y “muerto”.

Sucede que existe una propiedad que poseen los electrones de poder estar en dos lugares distintos al mismo tiempo, pudiendo ser detectados por los dos receptores y dándonos a sospechar que el gato está vivo y muerto a la vez, lo que se llama Superposición. Sin embargo, cuando abramos la caja y queramos comprobar si el gato sigue vivo o no, perturbaremos este estado y veremos si el gato todavía sigue con vida.

Ahí radica la paradoja. Mientras que en la descripción clásica del sistema el gato estará vivo o muerto antes de que abramos la caja y comprobemos su estado, en la mecánica cuántica el sistema se encuentra en una superposición de los estados posibles hasta que interviene el observador. El paso de una superposición de estados a un estado definido se produce como consecuencia del proceso de medida, y no puede predecirse el estado final del sistema: sólo la probabilidad de obtener cada resultado. La naturaleza del proceso sigue siendo una incógnita, que ha dado lugar a distintas interpretaciones de carácter especulativo.

Este vídeo nos los explica el experimento de una forma más visual, aunque entrando en algunos conceptos un poco más “complejos”

A partir de ahora cuando lleguéis tarde y os llamen podréis decir que sabéis donde estáis pero no cuanto vais a tardar.

 

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Antonio De Ron

Me pierdo entre pantallas, teclados, cámaras y cables. Cuando no estoy enfrascado entre bits lo estoy entre píxeles. Dentro de mi hay un pequeño científico gritando cada día ¡sé curioso!

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