Física cuántica y el gato de Schrödinger

by Darío Franco on 5 abril, 2010 · 0 comments

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La mecánica cuántica, la última de las grandes ramas de la física, se sustenta en una serie de hechos que van en contra de cualquier lógica “clásica”. Un ejemplo, es el hecho de que una partícula subatómica (un electrón) pueda tener varios estados simultáneos, o lo que es lo mismo, encontrarse en varios sitios al mismo tiempo gracias a la superposición cuántica. ¿Es esto posible? La respuesta es sí y lo demostró Thomas Young con el Experimento de la doble rendija, pero para que nos hagamos una idea, en 1935 el físico austríaco Erwin Schrödinger ideó un experimento imaginario para explicar este aspecto tan extraño de la mecánica cuántica. El experimento se conoce como La Paradoja de Schrödinger o El Gato de Schrödinger.

Imaginemos un sistema formado por una caja cerrada y opaca que contiene un gato, una botella de gas venenoso, una partícula radiactiva con un 50% de probabilidades de desintegrarse en una hora y un dispositivo tal que, si la partícula se desintegra, se rompe la botella y el gato muere. Por suerte para el gato, se trata de un experimento imaginario :-). Al depender todo el sistema del estado final de una única partícula que actúa según las leyes de la mecánica cuántica, tanto la partícula como la vida del gato estarán sometidos a ellas. Evidentemente, al cabo de una hora habrá ocurrido uno de los dos sucesos posibles: la partícula se habrá desintegrado o no (la probabilidad de que ocurra una cosa o la otra es la misma). Como consecuencia, en el interior de la caja, el gato está vivo o está muerto. Pero no podemos saberlo si no la abrimos para comprobarlo. 

Si lo que ocurre en el interior de la caja lo intentamos describir aplicando las leyes de la mecánica cuántica, llegamos a una conclusión muy extraña. El estado de la partícula y, por tanto, del gato vendrá descrito por una función de onda resultado de la superposición de dos estados combinados al cincuenta por ciento: “gato vivo” y “gato muerto”. Es decir, el gato estaría a la vez vivo y muerto; tratándose de dos estados indistinguibles.

La única forma de averiguar qué ha ocurrido con el gato es realizar una medida: abrir la caja y mirar dentro. En unos casos nos encontraremos al gato vivo y en otros muerto. Pero, ¿qué ha ocurrido para que ahora su estado sea uno concreto? Al realizar la medida, interactuamos con el sistema y lo alteramos, rompiendo la superposición de estados y forzando al sistema a decantarse uno de los dos estados posibles.

El sentido común nos indica que el gato no puede estar vivo y muerto a la vez. Pero la mecánica cuántica dice que, mientras nadie mire en el interior de la caja, nuestro preciado gato se encuentra en una superposición de los dos estados: vivo y muerto.

La superposición de estados, es exactamente lo que ocurre con la posición de un electrón alrededor del núcleo de un átomo. Si no se realiza medición alguna, sólo podemos hablar de su posición en términos probabilísticos. Por ejemplo, para un átomo de hidrógeno las áreas brillantes de la figura corresponden a densidades de probabilidad elevadas de encontrar el electrón en dicha posición en función de los niveles de energía (n=1, 2, 3) y momento angular (s, p, d).
El Gato de Schrödinger ha sido objeto de gran controversia (tanto científica como filosófica), al punto que Stephen Hawking ha dicho: «cada vez que escucho hablar de ese gato, empiezo a sacar mi pistola», aludiendo al suicidio cuántico, una variante del experimento de Schrödinger en la que, en lugar de ser un observador externo, nos ponemos en la piel del gato abriendo las puertas a la teoría de los universos múltiples.

Por último, ahí va un simpático diseño sobre el estado del gato más famoso de la física (visto en Espejo Lúdico):

Fuente: Wikipedia – Paradojas Físicas

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