Schrödinger y su gato

Hace ya bastante tiempo que no publico nada en este blog y se me ha ocurrido tratar sobre un tema que, a quien más y a quien menos, seguro que le suena por ser una de las explicaciones más conocidas de la mecánica cuántica (nombre de la física a escala microscópica) o por que ha sido mencionada en infinidad de películas o series que están tan de moda ahora (como pueda ser The Big Bang Theory o Futurama). Me estoy refiriendo al Gato de Schrödinger. También aprovecharé este post para hacer una breve presentación de Schrödinger.

Erwin Schrödinger

Erwin Schrödinger fue un físico austríaco, nacido en 1877 y muerto en 1961 en Viena, Premio Nóbel de Física en 1933 por haber desarrollado la ecuación que lleva su nombre y que tiene un papel en mecánica cuántica equivalente a la Segunda Ley de Newton en física clásica.

La ecuación que lleva su nombre nos permite determinar la energía de cualquier sistema cuántico conociendo la función de onda del mismo, aunque solo se puede resolver de manera exacta para el átomo de hidrógeno (para otros sistemas, como pueda ser el átomo de helio, se puede resolver de forma muy aproximada empleando métodos complejos)

Schrödinger, a parte de por su famosa ecuación, es hoy en día recordado por su famosa explicación de la mecánica cuántica según la interpretación de Copenhague. Dicha explicación recibió el nombre de "El gato de Schrödinger".

¿Qué es el Gato de Schrödinger?

El Gato de Schrödinger es una explicación imagiaria propuesta por el físico Erwin Schrödinger en 1935 con el fin de explicar la interpretación de Copenhague (nombre dado a la interpretación de la mecánica cuántica, formulada en 1927 por científicos de la talla de Bohr o Heisenberg), en la que se introdujeron ideas físicas (que no se podían explicar mediante la física clásica) como "El principio de incertidumbre de Heisenberg", que dice que no se puede conocer de forma absoluta la posición y la velocidad de una partícula, ya que si tratamos de medir la velocidad de un electrón, el impacto de fotones con éste nos lo desviaría, impidiendo que determinemos su posición inicial. Algo similar sucede si tratamos de determinar su posición y luego su velocidad. Esto quiere decir que podemos medir la posición o la velocidad de un electrón en un determinado momento, pero no las dos cosas a la vez.

Como se ve en la imagen, el choque al determinar la velocidad del electrón, nos lo desvía, haciendo que cometamos un error muy grande al determinar su posición.

¿En qué consiste ese experimento?

El experimento imaginario que propuso Schrödinger para explicar e ilustrar todas estas nuevas ideas consiste en introducir un gato en una caja aislada, de tal modo que no podemos ver al gato. Junto con el gato, hay una ampolla con un gas venenoso que tiene una probabilidad de romperse, matando al gato, del 50%. También tiene un mecanismo que rompería la ampolla en caso de abrir la caja, matando nuevamente al gato.

La pregunta es, si dejamos al gato un rato (digamos una hora) dentro de la caja, ¿pasado ese tiempo, el gato está vivo (1) o muerto (2)?

Evidentemente, no se puede abrir la caja para ver el resultado,puesto que según lo explicado antes sobre la interpretación de Copenhague, la simple acción de observar, nos modifica el resultado (en este caso, tendríamos al gato muerto siempre, ya que se rompería la ampolla de gas bien por si sola o lo haríamos nosotros al modificar nuestro sistema de estudio al abrir la caja).

La solución que toma la mecánica cuántica conste en, como no podemos saber si el gato está vivo o muerto, se supone que el gato está a la vez vivo y muerto. Es decir, se superponen dos estados.

Esta es la forma que empleó Schrödinger para intentar de hacer un poco más comprensible al público en general la mecánica cuántica.

Por muy extraño que pueda sonar, la superposición de estados es algo muy frecuente dentro de la mecánica cuántica. Al resolver la ecuación de Schrödinger para un sistema, si se obtiene más de una solución, será otra solución posible una combinación (en la que cada solución originaria tiene un peso relativo) de ambas soluciones.

Con este post confío en haber podido acercar muy por encima el trabajo de Schrödinger y presentar la mecánica cuántica, así como explicar de una forma comprensible el expermimento del gato de Schrödinger.