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Comprender el experimento mental del "gato de Schrodinger"

Comprender el experimento mental del "gato de Schrodinger"

Erwin Schrodinger fue una de las figuras clave de la física cuántica, incluso antes de su famoso experimento mental "Gato de Schrodinger". Había creado la función de onda cuántica, que ahora era la ecuación definitoria del movimiento en el universo, pero el problema es que expresaba todo el movimiento en forma de una serie de probabilidades, algo que viola directamente la forma en que la mayoría de los científicos del mundo día (y posiblemente incluso hoy) le gusta creer acerca de cómo opera la realidad física.

Schrodinger mismo fue uno de esos científicos y se le ocurrió el concepto del gato de Schrodinger para ilustrar los problemas con la física cuántica. Consideremos los problemas, entonces, y veamos cómo Schrodinger intentó ilustrarlos por analogía.

Indeterminación Cuántica

La función de onda cuántica retrata todas las cantidades físicas como una serie de estados cuánticos junto con una probabilidad de que un sistema se encuentre en un estado dado. Considere un solo átomo radiactivo con una vida media de una hora.

De acuerdo con la función de onda de la física cuántica, después de una hora, el átomo radiactivo estará en un estado en el que está decaído y no decaído. Una vez que se realiza una medición del átomo, la función de onda colapsará en un estado, pero hasta entonces, permanecerá como una superposición de los dos estados cuánticos.

Este es un aspecto clave de la interpretación de Copenhague de la física cuántica: no es solo que el científico no sepa en qué estado se encuentra, sino que la realidad física no se determina hasta que se produce el acto de medición. De alguna manera desconocida, el mismo acto de observación es lo que solidifica la situación en un estado u otro. Hasta que tenga lugar esa observación, la realidad física se divide entre todas las posibilidades.

En el gato

Schrodinger amplió esto al proponer que un gato hipotético se coloque en una caja hipotética. En la caja con el gato colocaríamos un vial de gas venenoso, que al instante mataría al gato. El vial está conectado a un aparato que está conectado a un contador Geiger, un dispositivo utilizado para detectar radiación. El átomo radiactivo antes mencionado se coloca cerca del contador Geiger y se deja allí durante exactamente una hora.

Si el átomo se descompone, entonces el contador Geiger detectará la radiación, romperá el vial y matará al gato. Si el átomo no se descompone, el vial estará intacto y el gato estará vivo.

Después del período de una hora, el átomo se encuentra en un estado en el que se descompone y no se descompone. Sin embargo, dada la forma en que hemos construido la situación, esto significa que el vial está roto y no roto y, en última instancia, según la interpretación de Copenhague de la física cuántica. el gato está vivo y muerto.

Interpretaciones del gato de Schrodinger

Se dice que Stephen Hawking dijo: "Cuando escucho sobre el gato de Schrodinger, alcanzo mi arma". Esto representa los pensamientos de muchos físicos, porque hay varios aspectos sobre el experimento mental que plantean problemas. El mayor problema con la analogía es que la física cuántica generalmente solo opera en la escala microscópica de átomos y partículas subatómicas, no en la escala macroscópica de gatos y viales de veneno.

La interpretación de Copenhague afirma que el acto de medir algo hace que la función de onda cuántica colapse. En esta analogía, realmente, el acto de medición se lleva a cabo por el contador Geiger. Hay decenas de interacciones a lo largo de la cadena de eventos: es imposible aislar al gato o las porciones separadas del sistema para que sea realmente de naturaleza cuántica.

Para el momento en que el gato ingresa a la ecuación, la medición ya se ha realizado ... mil veces, las mediciones se han realizado por los átomos del contador Geiger, el aparato para romper el vial, el vial, el gas venenoso y el gato en sí. Incluso los átomos de la caja están haciendo "mediciones" cuando consideras que si el gato se cae muerto, entrará en contacto con átomos diferentes que si se pasea ansiosamente por la caja.

Si el científico abre o no la caja es irrelevante, el gato está vivo o muerto, no es una superposición de los dos estados.

Aún así, en algunos puntos de vista estrictos de la interpretación de Copenhague, en realidad es una observación de una entidad consciente lo que se requiere. Esta forma estricta de interpretación es generalmente la opinión minoritaria entre los físicos de hoy, aunque sigue habiendo un argumento intrigante de que el colapso de las funciones de onda cuánticas puede estar relacionado con la conciencia. (Para una discusión más exhaustiva del papel de la conciencia en la física cuántica, sugiero Enigma cuántico: la física se encuentra con la conciencia por Bruce Rosenblum y Fred Kuttner.)

Otra interpretación más es la Interpretación de muchos mundos (MWI) de la física cuántica, que propone que la situación realmente se ramifica en muchos mundos. En algunos de estos mundos, el gato estará muerto al abrir la caja, en otros el gato estará vivo. Aunque fascinante para el público, y ciertamente para los autores de ciencia ficción, la Interpretación de Muchos Mundos también es una visión minoritaria entre los físicos, aunque no hay evidencia específica a favor o en contra.

Editado por Anne Marie Helmenstine, Ph.D.