Cada persona que usa Internet ha conocido a la misteriosa frase «Schrödinger’s Cat». Este término es el nombre de un famoso experimento mental propuesto por el físico austriaco Erwin Schrödinger. Este científico es conocido por ser uno de los creadores de una sección tan importante de la física como la mecánica cuántica. Hablemos de lo que es el gato de Schrödinger en palabras simples y descubramos cuál es la esencia del experimento.
¿Cuál es la esencia del experimento?
Imagine una caja de metal con paredes gruesas insonorizadas. Dentro hay un gato. Mientras la caja esté cerrada, un observador externo no puede saber qué le está sucediendo al gato. En la misma caja hay un mecanismo inteligente que el autor llamó la «máquina infernal». Contiene una cápsula con un veneno mortal y un núcleo de un elemento radiactivo ficticio con una vida media de 1 hora.
Ahora cierre la caja durante exactamente una hora. Si durante el experimento, el átomo decae, el mecanismo se activará y el gato morirá. La probabilidad de tal resultado es exactamente el 50%. La única forma de conocer el resultado del experimento es abrir el contenedor. Pero, ¿en qué estado se encuentra el gato justo antes de abrirlo? Según la lógica formal, el estado del gato corresponde al estado del núcleo. El núcleo está intacto, el gato de Schrodinger está vivo, el núcleo se ha desintegrado, el gato está muerto. Y aquí es donde se pone interesante.
La mecánica cuántica establece que un núcleo inestable está en superposición: está completo y desintegrado al mismo tiempo. Pero entonces resulta que el gato también está vivo y muerto al mismo tiempo. Y el científico que abre la caja una hora después del comienzo del experimento lo saca del estado de incertidumbre.
Existe una idea errónea común de que Erwin Schrödinger inventó este experimento para explicar en palabras simples los conceptos básicos de la mecánica cuántica. Pero el científico fue un crítico bien conocido de la interpretación generalmente aceptada de QM y con su experimento trató de mostrar sus obvias deficiencias.
Para Schrödinger, era importante demostrar que uno de los principios clave de la interpretación generalmente aceptada de la mecánica cuántica pierde su significado cuando el mundo cuántico interactúa con los macroobjetos. Es por eso que el experimento involucra un núcleo atómico no estable. El científico conectó demostrativamente los estados del objeto subatómico, que se encuentra en un estado de incertidumbre cuántica, y el objeto del macrocosmos, familiar y familiar para cada uno de nosotros.
Explicación del experimento de Schrödinger
Un núcleo atómico inestable puede considerarse como un objeto del mundo cuántico porque puede permanecer en uno de los dos estados definidos: descompuesto o no descompuesto. Ante eso, antes del hecho de la observación, se encuentra simultáneamente en ambos estados (tal estado mixto se llama «superposición»).
El significado del experimento de Schrödinger puede explicarse en palabras simples de la siguiente manera:
- El estado del gato está directamente relacionado con el estado del núcleo atómico (la vida cesa en el momento de la descomposición);
- Si decimos que el núcleo existe simultáneamente en dos estados opuestos, lo mismo puede decirse sobre el gato (ambos vivos y muertos al mismo tiempo);
- Podemos juzgar inequívocamente el estado del gato (y el átomo) solo después de que se haya abierto la caja (es decir, cuando hay la interacción de un observador con un sistema que estaba previamente aislado);
- Desde el punto de vista del sentido común, no se puede decir que el gato de Schrödinger esté vivo y muerto al mismo tiempo, y su estado se determina en el momento en que el investigador abre el contenedor;
- Pero la mecánica cuántica dice exactamente eso.
Por lo tanto, el propósito del experimento de Schrödinger fue demostrar la contradicción de uno de los principios clave de la mecánica cuántica a la lógica y el sentido común. El autor insistió en que la interpretación de Copenhague generalmente aceptada de QM está incompleta, porque no describe criterios claros en los que ocurre el llamado colapso de la función de onda (el momento en que la superposición se reemplaza por uno de los posibles estados).
Lo que Schrödinger quería mostrar
Erwin Schrödinger dedicó una parte importante de su vida a la investigación teórica en el campo de la mecánica cuántica, por lo que definitivamente no era su oponente o crítico. El científico no estaba satisfecho con la interpretación de Copenhague, que sus colegas aceptaron como los más razonables. Llevando una de las tesis clave de la mecánica cuántica al absurdo, no intentó refutarlo, sino que solo llamó la atención sobre la incompletitud de la interpretación generalmente aceptada.
Él creía que, para la integridad, es necesario definir con precisión las condiciones bajo las cuales se produce el colapso de la función de onda (es decir, el sistema pasa de la superposición a un estado cuántico definido). De las formulaciones adoptadas en ese momento, se podría concluir que el hombre puede influir en el estado de la materia literalmente con una sola mirada. Y aparentemente exactamente en el momento de la observación, el sistema pasa de la superposición a un estado definido.
En palabras simples, si consideramos el experimento de Schrödinger en el marco de la interpretación de Copenhague, el gato se vuelve vivo o muerto solo cuando el científico abre la caja, y en absoluto en este momento cuando se activa la «máquina infernal». El científico no disputó la existencia de superposición y el principio de incertidumbre en el mundo cuántico. Discutió la llamada «paradoja del observador», según la cual es el observador quien en el momento de la observación elimina el sistema del estado de superposición.
Conclusión
Hay una broma famosa de Albert Einstein sobre la paradoja del observador: «¿Crees que la luna existe solo cuando lo miras?». Al mismo tiempo, no era un oponente de la mecánica cuántica, sino que simplemente señaló a sus colegas una brecha grave en este campo fundamental de conocimiento.
Schrödinger se propuso el mismo desafío. Se propuso demostrar a todos que no es el observador quien determina el estado del sistema, y el destino del gato no se determina en el momento en que se abre la caja.
En conclusión, solo queda agregar que el experimento considerado hoy es un experimento mental. Significa que ningún gato resultó dañado durante el experimento.
