Gato de Schrödinger para niños
El gato de Schrödinger es un experimento mental, a veces descrito como una paradoja, que fue creado por el físico austriaco-irlandés Erwin Schrödinger en 1935. Lo ideó mientras hablaba con Albert Einstein. Este experimento busca mostrar un problema que Schrödinger veía en la interpretación de Copenhague de la mecánica cuántica.
En este experimento, se imagina un gato que podría estar vivo y muerto al mismo tiempo. Este estado se llama superposición cuántica. Esto ocurre porque la vida o muerte del gato está conectada a un evento muy pequeño (subatómico) que puede pasar o no.
El experimento del gato de Schrödinger se usa mucho para hablar sobre las diferentes formas de entender la mecánica cuántica, especialmente cuando se discute el "problema de la medición". Schrödinger también inventó la palabra Verschränkung (que significa entrelazamiento cuántico) mientras desarrollaba este experimento mental.
Contenido
¿Por qué se creó el experimento del gato de Schrödinger?
El origen de una idea compleja
Schrödinger creó este experimento para discutir la paradoja EPR. Esta paradoja fue nombrada por sus creadores: Albert Einstein, Borís Podolski y Nathan Rosen en 1935. La paradoja EPR señalaba lo extraño que son las superposiciones cuánticas. En ellas, un sistema muy pequeño, como un átomo o un fotón, puede existir en varios estados a la vez, como si estuviera en muchos lugares al mismo tiempo.
La interpretación de Copenhague y sus desafíos
La teoría más aceptada en ese momento, llamada interpretación de Copenhague, dice que un sistema cuántico permanece en superposición hasta que alguien lo observa o interactúa con él. Cuando esto sucede, el sistema "elige" uno de los estados posibles. La paradoja EPR mostraba que un sistema con varias partículas separadas por grandes distancias podía estar en superposición.
Schrödinger y Einstein hablaron mucho sobre el artículo de Einstein sobre la paradoja EPR. En esas conversaciones, Einstein mencionó que un barril de pólvora inestable, después de un tiempo, estaría en una superposición de estados: explotado y sin explotar.
El gato como ejemplo extremo
Para explicarlo mejor, Schrödinger describió cómo se podría crear una superposición en un sistema grande, haciendo que dependiera de una partícula cuántica que ya estaba en superposición. Propuso un escenario con un gato dentro de una caja de acero cerrada. La vida o muerte del gato dependería del estado de un átomo radiactivo: si se había descompuesto y emitido radiación o no.
Según Schrödinger, la interpretación de Copenhague implicaría que el gato permanece vivo y muerto hasta que alguien abre la caja y lo observa. Schrödinger no quería decir que los gatos pudieran estar vivos y muertos a la vez de verdad. Al contrario, su intención era mostrar lo absurdo que le parecía la forma en que se entendía la mecánica cuántica en ese momento.
Sin embargo, desde la época de Schrödinger, los físicos han propuesto otras interpretaciones de la mecánica cuántica. Algunas de ellas consideran que la superposición del gato "vivo y muerto" es bastante real. Aunque fue creado como una crítica, el experimento mental del gato de Schrödinger sigue siendo muy importante para entender las interpretaciones modernas de la mecánica cuántica y comparar sus puntos fuertes y débiles.
¿Cómo se aplica y se prueba el concepto del gato de Schrödinger?
Experimentos teóricos y reales
El experimento del gato de Schrödinger es puramente teórico. No se ha construido la máquina que propuso. Sin embargo, se han hecho experimentos exitosos que usan principios similares. Por ejemplo, se han logrado superposiciones con objetos relativamente grandes, según los estándares de la física cuántica.
Estos experimentos no demuestran que un objeto del tamaño de un gato pueda estar en superposición, pero el límite máximo conocido de los "estados felinos" se ha nombrado en honor a este experimento. En muchos casos, este estado dura muy poco tiempo, incluso cuando se enfría casi al cero absoluto.
Ejemplos de "estados de gato" en la ciencia
- Se ha logrado un "estado de gato" con fotones (partículas de luz).
- Se ha atrapado un ion de berilio en un estado de superposición.
- Un experimento con un dispositivo superconductor de interferencia cuántica (llamado "SQUID") se ha relacionado con este experimento mental. En este caso, los electrones superconductores se mueven en masa en ambas direcciones a la vez cuando están en el estado de gato de Schrödinger.
- Se ha construido un "diapasón" piezoeléctrico que puede estar en una superposición de estados: vibrando y no vibrando. Este resonador tiene aproximadamente 10 billones de átomos.
- Se ha propuesto un experimento con un virus de la gripe.
- También se ha propuesto un experimento con una bacteria y un oscilador electromecánico.
El "estado de gato" en la computación cuántica
En la computación cuántica, la frase "estado de gato" a veces se refiere al estado GHZ (Greenberger–Horne–Zeilinger). En este estado, varios qubits (los bits de la computación cuántica) están en una superposición igual de todos 0 y todos 1. Por ejemplo:
Según algunas ideas, podría ser posible saber el estado del gato antes de observarlo.
¿Qué otras ideas surgen del gato de Schrödinger?
El amigo de Wigner: ¿cuándo ocurre la observación?
El amigo de Wigner es una variación del experimento que incluye a dos personas observando. La primera persona observa si ve un destello de luz y luego le cuenta lo que vio a la segunda persona. La pregunta aquí es: ¿la función de onda "colapsa" cuando la primera persona mira el experimento, o solo cuando la segunda persona se entera de lo que vio la primera?
El gato de Schrödinger y el universo
En otra extensión, algunos físicos importantes han sugerido que los astrónomos que observaron la energía oscura en el universo en 1998 podrían haber "reducido su esperanza de vida" a través de un escenario similar al gato de Schrödinger. Sin embargo, esta es una idea que genera mucha discusión.
En agosto de 2020, los físicos presentaron estudios sobre las interpretaciones de la mecánica cuántica que están relacionadas con las paradojas del gato de Schrödinger y del amigo de Wigner. Estos estudios llevaron a conclusiones que ponen en duda algunas ideas que parecían muy establecidas sobre la realidad.
Galería de imágenes
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Una figura de gato de tamaño natural y móvil en el jardín de Huttenstrasse 9, Zúrich, donde Erwin Schrödinger vivió entre 1921 y 1926. Un visitante de la casa no puede saber de antemano dónde estará el gato.
Véase también
En inglés: Schrödinger's cat Facts for Kids
