La serie The Big Bang Theory, además de provocar hilarantes situaciones cómicas, nos muestra de manera muy cercana una serie de lecciones científicas en las que conviene detenerse. La paradoja de Schrödinger es una de ellas. Y, aunque no lo parezca, la paradoja del gato de Schrödinger explicación sencilla
Origen e historia de la paradoja de Schrödinger
El experimento mental del gato de Schrödinger
En este fragmento, Sheldon invoca la paradoja de Schrödinger. ‘El gato de Schrödinger’ es una de las lecciones más famosas de la física cuántica, que ilustra su cualidad más característica y, a su vez, incomprensible y contradictoria: en 1935, Erwin Schrödinger intentó explicar la interpretación de esta característica de la física cuántica hecha por Copenhague: la dualidad onda-partícula, por la cual ésta puede existir en dos estados a la vez hasta que es observada.
Erwin Schrödinger y la interpretación de Copenhague
Erwin Schrödinger desarrolló su famoso experimento mental en un momento en que la mecánica cuántica estaba en pleno auge. La interpretación de Copenhague, formulada principalmente por Niels Bohr y Werner Heisenberg, sostenía que las partículas cuánticas no tienen propiedades definidas hasta que son medidas. Esta idea revolucionaria desafió las concepciones clásicas de la realidad y provocó intensos debates en la comunidad científica.
La paradoja del gato de Schrödinger fue una respuesta crítica a la interpretación de Copenhague. Schrödinger utilizó el experimento del felino para ilustrar las aparentes paradojas y contradicciones de la teoría cuántica cuando se aplica a objetos macroscópicos. Aunque Schrödinger no estaba de acuerdo con todas las implicaciones de la interpretación de Copenhague, su paradoja ayudó a destacar la necesidad de una comprensión más profunda de los principios de la mecánica cuántica .
El experimento del gato de Schrödinger explicado
La caja de Schrödinger y el mecanismo cuántico
El experimento imaginario del gato de Schrödinger consiste en introducir a un gato en una caja con una ampolla de gas tóxico en su interior que se podía romper en cualquier momento. Con la caja cerrada, nadie puede saber si la ampolla se ha roto o no. Transcurrida una hora desde la introducción del gato, habremos de considerar que el animal estaría, al mismo tiempo, vivo y muerto; y solo podremos conocer su estado en el momento en que abramos la caja y lo comprobemos. ¡Un cruel experimento!
Las implicaciones de la ampolla de gas tóxico
Para más detalles, la paradoja de Schrödinger enuncia una de las propiedades de la desintegración radiactiva: aunque somos capaces de saber si un átomo se va a desintegrar o no, no podemos predecir cuándo lo hará. Como mucho, podemos afirmar que, por ejemplo, transcurrida una hora, hay un 50 % de probabilidades de que un átomo se desintegre. Ahora, imaginemos que tomamos ese átomo y diseñamos un dispositivo de manera que, si se desintegra, se rompe una ampolla rellena de un gas venenoso. A continuación, metemos en una caja este dispositivo junto a un gato vivo. Pasada una hora, somos de nuevo incapaces de decir si el gato está vivo o muerto. Al igual que el átomo, tiene un 50 % de probabilidades de estar vivo, y otro tanto, de estar muerto. En este contexto es fundamental el concepto de superposición cuántica.
Superposición cuántica: el gato vivo y muerto
Según la teoría cuántica, el gato se encuentra, literalmente, vivo y muerto a la vez. Solo al abrir la caja, pasará a estar vivo o a estar muerto. Dicho de otro modo: lo que nos dice la física cuántica es que el gato ‘no existe’ hasta que lo observamos. Es en el momento de abrir la caja cuando su existencia, que hasta entonces era una especie de limbo entre vivo y muerto, se concreta.
Realmente se trata de una paradoja cuántica que desafía el sentido común. Sin embargo, no nos debemos engañar. Las características que tanto nos sorprenden del mundo cuántico no son extrapolables a nuestra experiencia cotidiana. Existe un límite en que la cuántica se acerca a la mecánica clásica.
Interpretaciones y debates sobre la paradoja
Realidad objetiva en la mecánica cuántica
La paradoja del gato de Schrödinger ha generado intensos debates sobre la existencia de una realidad objetiva en la mecánica cuántica. Según la interpretación de Copenhague, las partículas cuánticas no tienen propiedades definidas hasta que son observadas, lo que sugiere que la realidad es, en cierto sentido, dependiente del observador. Esta idea desafía nuestra comprensión tradicional de la realidad como algo independiente y objetivo.
El experimento del gato de Schrödinger plantea cuestiones profundas sobre la naturaleza de la realidad y el papel del observador en la mecánica cuántica. Si un sistema cuántico puede existir en una superposición de estados hasta que se observa, ¿qué implica esto para nuestra comprensión del mundo que nos rodea?
A pesar de las numerosas interpretaciones y debates, la paradoja del gato de Schrödinger sigue siendo un símbolo poderoso de las complejidades y contradicciones de la mecánica cuántica. Aunque no se ha llegado a un consenso definitivo sobre la naturaleza de la realidad cuántica, el experimento del gato continúa inspirando a científicos y filósofos a explorar y cuestionar nuestra comprensión del universo.
La paradoja de Schrödinger y la interpretación de los muchos mundos
La hipótesis de los muchos mundos es una de las interpretaciones más intrigantes y controvertidas de la mecánica cuántica. Propuesta por Hugh Everett III en 1957, esta interpretación sugiere que cada vez que se realiza una observación cuántica, el universo se divide en múltiples ramas, cada una correspondiente a uno de los posibles resultados del experimento. En el contexto del gato de Schrödinger, esto implicaría que hay un universo en el que el gato está vivo y otro en el que está muerto.
La interpretación de los muchos mundos elimina la necesidad de un colapso de la función de onda, ya que todos los posibles estados cuánticos se realizan en universos paralelos. Esta idea ha sido objeto de numerosos debates y ha inspirado a muchos científicos y filósofos a reconsiderar la naturaleza del universo y la realidad. Aunque la interpretación de los muchos mundos es atractiva por su simplicidad, también plantea preguntas profundas sobre la naturaleza de la realidad y nuestra percepción del tiempo y el espacio.
A pesar de su carácter especulativo, la interpretación de los muchos mundos ha tenido un impacto significativo en la física y la filosofía. Ha inspirado a numerosos investigadores a explorar nuevas formas de entender la mecánica cuántica y sus implicaciones para nuestra comprensión del universo. Y, de paso, también ha dejado su huella en la cultura popular. Lo testimonia, por ejemplo, el episodio "A Rickle in Time" de la serie de animación Rick & Morty.
Límites entre la mecánica cuántica y clásica
La paradoja del gato de Schrödinger destaca las tensiones entre la mecánica cuántica y la mecánica clásica, dos marcos teóricos que describen el comportamiento de la materia en diferentes escalas. Mientras que la mecánica cuántica se aplica a las partículas subatómicas y los fenómenos a nivel microscópico, la mecánica clásica describe el comportamiento de los objetos macroscópicos que experimentamos en nuestra vida cotidiana. La paradoja del gato plantea preguntas sobre cómo y cuándo las reglas cuánticas se convierten en las reglas clásicas.
Uno de los desafíos más grandes de la física es entender la transición entre la mecánica cuántica y clásica. La decoherencia cuántica es uno de los procesos que se cree que desempeñan un papel en esta transición. Explicaría cómo un sistema cuántico en superposición puede interactuar con su entorno y colapsar en un estado clásico definido. Sin embargo, la naturaleza exacta de esta transición sigue siendo objeto de investigación y debate.
La paradoja del gato de Schrödinger ha sido fundamental para resaltar la necesidad de una comprensión más profunda de los límites entre la mecánica cuántica y clásica. A través de estudios y experimentos continuos, los científicos esperan desentrañar las complejidades de esta transición y ampliar nuestra comprensión del universo, desde el mundo cuántico hasta el macroscópico.
Referencias
- Carroll, Sean. 2024. Las ideas fundamentales del Universo II. Física cuántica, cuantos y campos. Barcelona: Arpa.
