En 1935, dos años después de ganar el Premio Nobel por sus contribuciones a la física cuántica, Austria El físico Erwin Schrödinger propuso el famoso experimento mental conocido como la paradoja del gato de Schrödinger.
¿Qué es la paradoja del gato de Schrödinger?
La paradoja es una de las cosas más conocidas sobre la mecánica cuántica en la cultura popular, pero no es meramente una idea surrealista y divertida. manera de describir cómo se comporta el mundo cuántico, en realidad ataca a una crítica clave de la interpretación dominante de la cuántica mecánica.
Dura porque propone la absurda idea de un gato vivo y muerto a la vez, pero tiene algunos peso filosófico porque, en cierto sentido, esto realmente es algo que la mecánica cuántica podría sugerir es posible.
Schrödinger ideó el experimento mental precisamente por esta razón. Como muchos otros físicos, no estaba completamente satisfecho con la interpretación de Copenhague de la mecánica cuántica, y estaba buscando una manera de transmitir lo que veía como la defecto central en él como una forma de describir la realidad.
La interpretación de Copenhague de la mecánica cuántica
La interpretación de Copenhague de la mecánica cuántica sigue siendo el intento más ampliamente aceptado de dar sentido a lo que realmente significa la física cuántica en un sentido físico.
Básicamente dice que la función de onda (que describe el estado de una partícula) y el Schrödinger ecuación (que utiliza para determinar la función de onda) le dice todo lo que puede saber sobre un cuanto Expresar. Esto puede parecer razonable al principio, pero implica muchas cosas sobre la naturaleza de la realidad que no le sientan bien a muchas personas.
Por ejemplo, la función de onda de una partícula se extiende por el espacio, por lo que la interpretación de Copenhague establece que una partícula no tiene una ubicación definitiva hasta que se realiza una medición.
Cuando realiza una medición, provoca el colapso de la función de onda y la partícula cae instantáneamente en uno de varios estados posibles, y esto solo se puede predecir en términos de una probabilidad.
La interpretación dice que las partículas cuánticas en realidad no tienen valores de observables como la posición, el momento o el giro. hasta que se haga una observación. Existen en una variedad de estados potenciales, en lo que se llama una "superposición" y esencialmente pueden ser pensados como todos a la vez, aunque ponderados para reconocer que algunos estados son más probables que otros.
Algunos toman esta interpretación más estrictamente que otros; por ejemplo, la función de onda podría verse simplemente como una construcción que permite a los científicos predecir los resultados de los experimentos, pero así es como la interpretación considera teoría.
El gato de Schrödinger
En el experimento mental, Schrödinger propuso colocar un gato en una caja, por lo que estaba oculto a los observadores (puedes imaginar que también es una caja insonorizada) junto con un frasco de veneno. El frasco de veneno está preparado para romper y matar al gato si se produce un determinado evento cuántico, que Schrödinger interpretó como la desintegración de un átomo radiactivo que es detectable con un contador Geiger.
Como un proceso cuántico, el momento de la desintegración radiactiva no se puede predecir en ningún caso específico, solo como un promedio de muchas mediciones. Entonces, sin forma de detectar realmente la descomposición y la rotura del frasco de veneno, literalmente no hay forma de saber si sucedió en el experimento.
De la misma manera que las partículas no se consideran en una ubicación particular antes de la medición en la teoría cuántica, sino un superposición cuántica de estados posibles, se puede considerar que el átomo radiactivo está en una superposición de "decaído" y "no decaido."
La probabilidad de cada uno podría predecirse a un nivel que sería preciso en muchas mediciones, pero no para un caso específico. Entonces, si el átomo radiactivo está en superposición, y la vida del gato depende completamente de este estado, ¿significa esto que el estado del gato también está en superposición de estados? En otras palabras, ¿está el gato en una superposición cuántica de vivo y muerto?
¿La superposición de estados solo ocurre a nivel cuántico, o el experimento mental muestra que también debería aplicarse lógicamente a los objetos macroscópicos? Si no se puede aplicar a objetos macroscópicos, ¿por qué no? Y sobre todo: ¿No es todo esto un poco ridículo?
¿Por qué es importante?
El experimento mental llega al corazón filosófico de la mecánica cuántica. En un escenario fácil de entender, los problemas potenciales con la interpretación de Copenhague quedan al descubierto y los defensores de la explicación quedan con algunas explicaciones por hacer. Una de las razones por las que se ha mantenido en la cultura popular es, sin duda, que muestra vívidamente la diferencia entre cómo la mecánica cuántica describe el estado de las partículas cuánticas y la forma en que usted describe macroscópico objetos.
Sin embargo, también aborda la noción de lo que se entiende por "medición" en mecánica cuántica. Este es un concepto importante, porque el proceso de colapso de la función de onda depende fundamentalmente de si se ha observado algo.
¿La gente necesita observar físicamente el resultado de un evento cuántico (por ejemplo, leer el contador Geiger), o simplemente necesita interactuar con algo macroscópico? En otras palabras, ¿es el gato un "dispositivo de medición" en este escenario? ¿Es así como se resuelve la paradoja?
En realidad, no existe una respuesta a estas preguntas que sea ampliamente aceptada. La paradoja capta perfectamente qué tiene la mecánica cuántica que es difícil de digerir para los humanos acostumbrados a experimentar la mundo macroscópico, y de hecho, cuyos cerebros finalmente evolucionaron para comprender el mundo en el que vives y no el mundo subatómico. partículas.
La paradoja de EPR
La paradoja EPR es otro experimento mental destinado a mostrar problemas con la mecánica cuántica, y recibió su nombre de Albert Einstein, Boris Podolsky y Nathan Rosen, quienes idearon la paradoja. Esto se relaciona con entrelazamiento cuántico, a la que Einstein se refirió como "acción espeluznante a distancia".
En la mecánica cuántica, dos partículas se pueden "entrelazar", de modo que no se puede describir ninguna del par sin hacer referencia a la otros: sus estados cuánticos se describen mediante una función de onda compartida que no se puede separar en una para una partícula y otra para otro.
Por ejemplo, se puede medir el "giro" de dos partículas en un estado entrelazado específico, y si se mide una como si tuviera giro "hacia arriba", el otro debe tener giro "hacia abajo" y viceversa, aunque esto no se determina de antemano.
Esto es un poco difícil de aceptar de todos modos, pero ¿y si, según propone la paradoja EPR, las dos partículas estuvieran separadas por una gran distancia? La primera medición se realiza y revela "girar hacia abajo", pero luego muy poco después (tan rápido que incluso una luz la señal no podría haber viajado de un lugar a otro en el tiempo) se realiza una medición en el segundo partícula.
¿Cómo "sabe" la segunda partícula el resultado de la primera medición si es imposible que una señal haya viajado entre las dos?
Einstein creía que esto era una prueba de que la mecánica cuántica era "incompleta" y que había "variables ocultas" en juego que explicarían resultados aparentemente ilógicos como estos. Sin embargo, en 1964, John Bell encontró una manera de probar la presencia de las variables ocultas que Einstein propuso y encontró una desigualdad que, si se rompe, probaría que el resultado no se podría obtener con una variable oculta teoría.
Los experimentos realizados sobre la base de esto han encontrado que la desigualdad de Bell está rota, por lo que la paradoja es solo otro aspecto de la mecánica cuántica que parece extraño, pero es simplemente la forma en que funciona la mecánica cuántica.