"Tras cada hombre viviente se encuentran treinta fantasmas, pues tal es la proporción numérica con que los muertos superan a los vivos. Desde el alba de los tiempos, aproximadamente cien mil millones de seres humanos han transitado por el planeta Tierra. Y es en verdad un número interesante, pues por curiosa coincidencia hay aproximadamente cien mil millones de estrellas en nuestro universo local, la Vía Láctea. Así, por cada hombre que jamás ha vivido, luce una estrella en ese Universo." Arthur C. Clarke

jueves, 31 de enero de 2008

El gato de Schrödinger

Posiblemente este sea el tema más complicado de explicar desde que abrí el blog. Se han realizado miles de intentos de hacer entendible esta paradoja de la física cuántica, con mayor o menor acierto. Hoy intentaré poner yo mi granito de arena. No voy a explicar nada nuevo, simplemente voy a emplear los argumentos que más claros me parecen de todos los que alguna vez he leído sobre el tema.

La paradoja de Schrödinger es un experimento imaginario, diseñado por Erwin Schrödinger para exponer uno de los aspectos más extraños, a priori, de la mecánica cuántica. Imaginemos que tenemos un gato metido dentro de una caja cerrada y opaca. Nada exterior interfiere en el interior de la caja. Dentro colocamos un frasquito con un potente veneno conectado a un mecanismo. Este mecanismo rompería el frasco, matando inmediatamente al gato, dependiendo de si un determinado átomo emite o no una partícula alfa en el plazo de una hora (este hecho tiene una probabilidad del 50%). Si no emite la partícula, el frasco no se rompe y el gato sobrevive. Si emite la partícula, el frasco se rompe y el gato muere. El átomo se comportará según las normas de la física cuántica, por lo que la probabilidad de cada estado es exactamente de un 50%. Ya tenemos nuestra ruleta rusa.

Ahora solo nos queda esperar una hora y ver cómo está el gato. El sentido común nos dice que el gato debe estar o vivo o muerto. Pero la mecánica cuántica poco entiende del sentido común. Nosotros, mientras no abramos la caja, desconocemos el estado del gato, pero su suerte ya está echada, estará vivo o muerto. Según la mecánica cuántica, mientras no abramos la caja, el gato se encontrará en un estado vivo y muerto superpuesto, vivo y muerto a la vez, con una amplitud de ½ para cada estado. No es que tenga una probabilidad del 50% de sobrevivir, es que está a la vez en ambos estados. Esto es algo muy raro. Pero todo se acaba cuando abrimos la caja. No nos encontraremos a un gato medio vivo medio muerto. Al observar el sistema interferimos en él, provocando que el sistema colapse hacia uno de los dos estados. Abrimos la caja y el átomo “decide” si en la última hora ha emitido o no esa partícula alfa. Esto es todavía más raro.

Para entender mejor el concepto, vamos a llevar el experimento un poquito más allá. Imaginemos ahora que hacemos dos agujeritos en la caja antes de abrirla. Por uno vamos introduciendo ratones y por el otro salen los ratones. Imaginemos también que nuestro gato es el mejor depredador que ha pisado la tierra y que absolutamente todos los ratones que entran en la caja son matados por éste. Si el gato está vivo, claro. Antes de abrir la caja vamos introduciendo uno a uno 100 ratones por el primer agujerito. Y contamos los que salen. En principio, si el gato está vivo no saldrá ningún ratón (recordemos que nuestro gato es el terminator de los gatos, no deja ratón con cabeza), y si el gato está muerto, saldrán todos los ratones. Es decir, saldrían o todos o ninguno. La mecánica cuántica nos dice que no. El gato no está vivo o muerto. El gato está vivo y muerto con una amplitud de ½ para cada estado, por lo que saldrán de la caja exactamente 50 ratones. Ni 49 ni 51, exactamente 50, sin desviación típica. El ½ gato vivo matará 50 ratones y el ½ gato muerto los dejará escapar. Definitivamente esto es rarísimo. Pero así es la mecánica cuántica, el fin del determinismo científico. Esto parecerá una estupidez, pero las cosas en cuántica funcionan así, y de hecho algo tan importante como la estabilidad de las moléculas de las que estamos formados, o la de los mismos átomos, se basa en estas propiedades cuánticas

El sistema no colapsa hacia un estado hasta que no es observado. Pero en esta paradoja hay un error. Los sistemas no están formados por un único átomo, sino por miles de millones, cuyas probabilidades combinadas hacen que el sistema colapse hacia un estado determinado. Estas características del mundo subatómico han motivado interesantísimos debates científico-filosóficos sobre el determinismo, sobre el libre albedrío, sobre la mano de Dios y sus dados. Sin la participación de la probabilidad la física es absolutamente determinista. Es decir, conociendo los parámetros actuales de un sistema, podremos deducir su estado en cualquier momento, pasado o futuro. Si ese sistema es el universo, conociendo el presente podríamos deducir toda la historia pasada y futura de cada partícula del universo. La física no dejaba hueco para el libre albedrío, con lo que no seríamos más que espectadores de la vida, sin control ninguno sobre nuestros actos. Cualquier acción, consciente o no, no sería más que el resultado de la combinación del estado actual de todos y cada uno de mis átomos.

La física cuántica termina con ese determinismo. Pero nos introduce en un universo puramente probabilístico en el que esas acciones están determinadas por probabilidades, lo cual tampoco deja mucho espacio al libre albedrío. ¿Somos nosotros los que hacemos colapsar un sistema hacia el estado que decidimos? No creo que tengamos ese poder sobre las partículas subatómicas. Pero entonces nuestra conciencia queda reducida a una mera interacción de partículas regidas por unas leyes inamovibles. Algo falla en todas estas teorías, algo falla cuando las aplicamos a la conciencia. Falla algo en la base, en los cimientos de nuestras teorías, o en la aplicación de éstas a la existencia. Quizá haya algo más allá de las teorías físicas que se nos escapa.

3 comentarios:

incorrecto dijo...

Esto mismo me lo contaba un amigo hace un par de meses pero con un experimento de unas partículas que pasaban por unas rendijas como las ondas de la luz o algo así y me dejaba alucinado.
¿Cómo es posible?
Demasiado complicado

Butzer dijo...

Vaya lección la de hoy...Si no abrismo la caja el gato estará medio vivo y medio muerto...

Pero acudiendo a la "lógica"...Si no la abrimos nunca la parte viva al menos morirá de hambre-digo yo-.xd

Lino dijo...

Estimado adivagar, la Mecánica cuántica no acaba con el determinismo precisamente.

Es más, el propio Schrödinger calculó la ecuación con la que se obtiene función de onda que determina la probabilidad de los estados cuánticos.

Esta es la diferencia, que se determina con una probablidad. Que dicho sea de paso, es exacta, como tu mismo nos indicas.

Saludos

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