Gato de Schrödinger: la explicación

Gracias a Ant-Man y a los Vengadores, la mecánica cuántica se ha vuelto más popular que nunca. Por las películas hemos aprendido que, en el reino cuántico, las cosas muy pero muy pequeñas se comportan de maneras extrañas. Por ejemplo, una cosa puede estar en dos lugares al mismo tiempo, o puede estar a la vez en estados opuestos.

Gato de Schrödinger - Ant-man en el reino cuántico
Ant-man en el reino subatómico

Esto se debe a que, en el reino de los objetos más pequeños que el átomo (por ejemplo los electrones), las leyes de la física son diferentes de las que rigen todo aquello que podemos ver y tocar. Si buscamos explicaciones de cómo actúan las leyes de lo subatómico, inevitablemente nos topamos con un experimento llamado el gato de Schrödinger. Ante todo, hay que aclarar que es un experimento imaginario; de lo contrario, Schrödinger podría haberse metido en problemas por maltrato de animales.

En pocas palabras, lo que demuestra el experimento del gato de Schrödinger es que las extrañas leyes que gobiernan al reino subatómico podrían trasladarse al mundo físico que conocemos, generando una paradoja algo difícil de entender. Pero haremos lo posible por explicarla de la manera más sencilla posible.

Un gato en una caja

El experimento imaginario del gato de Schrödinger consiste en encerrar a un gato en una caja cuyo interior no podemos observar de ninguna forma; ni siquiera con cámaras de video ni de fotos. En la caja, junto con el gato, hay un dispositivo capaz de liberar un veneno que podría matar al pobre animalito. El dispositivo se acciona cuando se desintegra una determinada partícula subatómica que también está dentro de la caja, y que, obviamente, tampoco podemos ver, ni medir, ni nada.

Es igualmente probable que la partícula se desintegre o que no se desintegre (hay un 50 por ciento de probabilidades de que suceda una u otra cosa). Según las leyes de la física cuántica, la partícula subatómica está al mismo tiempo en los dos estados posibles, es decir, íntegra o desintegrada.

Gato de Schrödinger en el interior de la caja
El gato y el dispositivo asesino

Hasta aquí, no hay grandes misterios, puesto que lo que ocurre a nivel subatómico no nos concierne demasiado (como sí puede concernirle a un ser diminuto como Ant-man, pero a nosotros no). La paradoja surge cuando encontramos una forma de que lo que ocurre con la partícula subatómica afecte a un objeto del mundo tangible. Como por ejemplo, a un gato.

¿Cómo sabemos lo que le pasa al gato de Schrödinger?

Resulta que el dispositivo que está dentro de la caja y libera el veneno, se acciona cuando la partícula se desintegra. Entonces, como la partícula está al mismo tiempo integrada y desintegrada, el veneno se libera y, a la vez, no se libera. Por consiguiente, el gato está vivo y muerto al mismo tiempo. Algo que no tiene ningún sentido en el mundo que podemos ver, tocar y oír.

Claro, para ver qué pasó con el gato, basta con abrir la caja. Si hacemos eso, veremos si el gato está vivo o muerto. Pero no lo veremos en los dos estados al mismo tiempo. ¿Por qué? Por que, al observar, estaremos «invadiendo» el experimento, por más que hagamos todo lo posible por no interferir. Podríamos decir que, al observar, estamos eligiendo uno de los dos resultados posibles.

No parece muy creíble, ¿verdad? Bueno, los científicos también dudaron, y buscaron la forma de demostrar lo que (en la teoría) pasaba con el gato de Schrödinger, pero sin poner en riesgo la vida de ningún gato.

Experimentando sin el gato de Schrödinger

Quién sabe por qué pensaron en un gato para el experimento de Schrödinger. Por suerte para los mininos, a la hora de hacer una experimentación que demostrara esta particular característica de la física cuántica no fue necesario poner en riesgo la vida de ningún animalito.

Experimento de Young
El haz de luz atraviesa dos rendijas y establece un patrón de interferencia.

La demostración de que, en el mundo subatómico, las cosas están en distintos lugares a la vez se llevó a cabo con el experimento de Young o de la doble rendija. Este experimento consiste en dejar pasar un haz de luz a través de una rendija estrecha. La luz llega a una pared intermedia con dos rendijas. Más allá de esa pared, se encuentra una pantalla de proyección o una placa fotográfica. Si se tapa una de las rendijas de la pared intermedia, en la pantalla posterior se forma un único trazo, causado por la luz que atraviesa la rendija abierta.

En este caso, el haz de luz se comporta como si estuviera formado por cuerpos o partículas (electrones, para más detalles). Igual que si fuera un torrente de objetos sólidos, tales como los perdigones lanzados por una escopeta. Pero si se dejan las dos rendijas abiertas, en la pantalla no se forman dos marcas, como cualquiera supondría. En cambio, se forman muchos trazos que crean un patrón de interferencia parecido a un código de barras.

Interferencias luminosas

¿Cómo se explica la formación de ese patrón? Los que saben dicen que el haz de luz, cuando atraviesa las dos rendijas a la vez, se comporta como si estuviera formado por ondas, similares a las que se crean en un estanque tranquilo al dejar caer dos piedras al mismo tiempo. Es decir, deja de actuar como un disparo de perdigones, como hacía cuando había una sola rendija. En el caso de las dos rendijas, las ondas de luz se expanden y chocan entre sí, y al llegar a la pantalla, crean un curioso patrón de rayas paralelas.

Pero lo más curioso es que, si se colocara un detector de escala microscópica, capaz de determinar por cuál de las dos rendijas pasa cada uno de los electrones que forman el haz de luz, en la pantalla no se formaría un patrón de interferencia. En cambio, quedarían sólo dos trazos, tal como si la luz volviera a actuar como si estuviera formada por partículas sólidas. Es como si la luz «supiera» que la estamos observando y alterara su comportamiento para dejarnos contentos.

¿Qué tienen en común el experimento de la doble rendija y el del gato de Schrödinger? En que las partículas subatómicas demuestran que, cuando no las vemos, están en dos lugares a la vez o que están en dos estados opuestos al mismo tiempo. Y que, apenas las observamos, comienzan a comportarse como objetos normales que podemos ver, tocar u oír. Una locura.

Para terminar, un poco de filosofía

¿Qué pasa si un árbol cae en un bosque y no hay nadie cerca para oírlo? ¿El árbol cae realmente? Esa es una pregunta que se hacen muchos filósofos cuando tratan temas como la observación y el conocimiento de la realidad.

Árbol caído en el bosque
Un árbol cayó en el bosque. ¿Alguien lo escuchó?

Si nos basamos en los resultados de los experimentos del gato de Schrödinger y de la doble rendija de Young, entonces deberíamos suponer que ocurren ambas posibilidades. Que el árbol cae, pero a la vez, no cae. O sea que todas las cosas que no son observadas, ni medidas, están en todos los estados posibles, hasta tanto alguien las observa y «elige» sólo una de todas las posibilidades.

Confío en que esta explicación ayude a aclarar los conceptos del reino subatómico que intenta explicar el experimento del gato de Schrödinger. Pero, como no tengo forma de observar a quien lee este texto, asumo que se entendió y que, a la vez, no se entendió. Suficiente para mí.

El gato de Schrödinger, en video

El siguiente video explica más o menos lo mismo que hemos escrito aquí, pero acompañado por unos bonitos dibujos.

 

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Fuentes:

Experimento de Young, Wikipedia

El experimento más hermoso de todos los tiempos: la doble rendija. 20 minutos

El gato de Schrödinger, Draw My Life. TikTakDraw