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Gato de Schrödinger

El gato de Schrodinger

Cuando hablamos del «Gato de Schrödinger» nos estamos refiriendo a una paradoja bizarra que viene de un famoso experimento mental propuesto por Erwin Schrödinger en 1937, para ilustrar las diferencias entre interacción y medida en el campo de la mecánica cuántica. Erwin fue un físico austríaco premiado con el Nobel por sus aportaciones en el campo de la física.

En esta incongruencia el gato está vivo y está muerto de forma simultánea. El experimento consiste en imaginar a un gato atrapado en una caja que contiene un dispositivo curioso y peligroso. Este dispositivo se compone de una ampolla de vidrio frágil (que contiene un veneno altamente volátil) y un martillo suspendido sobre la ampolla de modo que, al caer, la ampolla se rompe, liberando gas venenoso con el que el gato morirá. El mecanismo de martillo está conectado a un detector de partículas alfa, que funciona así: si en este sensor llega una partícula alfa, él es activado, el martillo es liberado, la ampolla se parte, el gas escapa y el gato muere; por el contrario, si ninguna partícula llegase, nada sucedería y el gato seguiría vivo.

Cuando todo el dispositivo está listo, iniciamos el experimento. Junto con el detector colocamos un átomo radiactivo que presente las siguientes características: tiene 50% de probabilidad de emitir una partícula alfa cada hora. Por supuesto, después de una hora se ha producido sólo uno de los dos casos posibles: el átomo emitió una partícula alfa o no (la probabilidad de que uno u otro evento sucedan es la misma). Como resultado de la interacción dentro de la caja el gato estará vivo o estará muerto. Sin embargo, no se puede saber, a menos que se abra la caja para probar la hipótesis.

Si tratamos de describir lo que ocurrió dentro de la caja, sirviéndonos de las leyes de la mecánica cuántica, llegamos a una conclusión muy extraña. El gato se describe mediante una función de onda extremadamente compleja resultado de la superposición de dos estados, combinando 50% de «gato vivo» y 50% de «gato muerto». Es decir, aplicando el formalismo cuántico, el gato estaría a su vez «vivo» y «muerto»; correspondiente a dos estados indistinguibles.

La única manera de averiguar lo que «realmente» pasó con el gato será realizar una medida: abrir la caja y mirar dentro. En algunos casos nos encontramos con el gato vivo y en otros un gato muerto.

¿Por qué es eso?

Al realizar la medición, el observador interactúa con el sistema y provoca el cambio, rompiendo la superposición de los dos estados, con lo que el sistema se decanta en uno de los dos posibles estados.

El sentido común nos predispone a pensar que el gato no puede estar a la vez vivo y muerto. Pero la mecánica cuántica dice que si no hay una mirada dentro de la caja, el gato se encuentra en una superposición de dos estados posibles: vivo y muerto.

Esta superposición de estados es una consecuencia de la naturaleza ondulatoria de la materia y su aplicación a la descripción mecánico-cuántica de los sistemas físicos es que permite explicar el comportamiento de las partículas elementares y de los átomos. La aplicación de eso a los sistemas macroscópicos como el gato o, incluso, a cualquier profesor de física cuántica, nos llevaría a la paradoja propuesta por Schrödinger.

Curiosamente, algunos libros de física, para colaborar con la «ley de los derechos animales» reemplazan el dispositivo experimental (hipotético) la ampolla de veneno por una botella de leche que al romperse, permite al gato alimentarse. Los dos estados posibles ahora son «gato bien alimentado» o «gato hambriento». Lo que tampoco niega la crueldad hacia el animal.

Richard Feymann, Premio Nobel de Física, dijo una vez: «Quien no quedó pasmado con la física cuántica es porque no la comprendió».

Comentario

En lo que se refiere a la imagen del «gato de Schrödinger» ya sabemos que nos estamos refiriendo a uno de los aspectos más singulares y misteriosos de la mecánica cuántica, es decir, que tales fenómenos cuánticos necesitan, para ocurrir, de la consciencia de un observador. En otros términos técnicos, cuando se produce el colapso de la función de onda de una partícula (que posee consistencia ondulatoria y corpuscular indistintamente) esta puede resultar con un dato señal (para su «spin»), (+), u otro (-), sin embargo, mientras que alguien, un observador, no lo constate, ese resultado no existe.

No es que el resultado sea positivo o negativo (aún desconocida), es más extraño aún: el nuevo estado de la partícula en cuestión (y sus posibles consecuencias) no existe de ninguna manera hasta que se verifica mediante la observación.

Ese experimento hipotético mental tiene una versión alternativa: en el exterior de la caja existe una partícula cuya función de onda entra en colapso; si el resto del colapso resulta una partícula con spin positivo se dispararía el tapón de la cápsula, se liberaría el gas mortal y el gato moriría; si resultase con spin negativo no se dispararía y el gato viviría. Hasta que se observe el interior de la caja, el gato estará vivo y muerto.

La imagen de este «gato», en la física cuántica, por lo menos tiene una ventaja, la de evitar la repetición de explicaciones más complejas como el principio de incertidumbre, la simultaneidad de la naturaleza corpuscular y ondulatoria de las partículas y otros detalles técnicos de este campo particular de la física.

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