jueves, 21 de julio de 2011

El gato de Schrödinger

Mecánica cuantica: el gato de Schödinger


Ya conoceis el experimento, un gato en una caja con un átomo radioactivo que se puede desintegrar activando un veneno que matará al gato, pero que si no se desintegra antes de que abramos la caja, permitirá vivir al gato. Tras cierto tiempo, si no abrimos la caja, no sabremos si el átomo se ha desintegrado o no, no sabremos si el gato está vivo o muerto. La idea de Schrödinger es que viendo el estado del gato podemos saber el estado del átomo (algo que no podemos percibir directamente). Según la mecánica cuántica el sistema conjunto gato-átomo dentro de la caja estará entralazado de tal forma que conocer el estado del gato es lo mismo que conocer el estado del átomo. Como el átomo puede estar en dos estados cuánticos (desintegrado o no desintegrado) también puede estar en un estado de superposición de ambos estados (esto se ha verificado experimentalmente). La paradoja viene cuando nos planteamos que podemos medir el estado del átomo solamente mirando al gato. En dicho caso, la mecánica cuántica predice que debería ocurrir que el gato también puede estar en una superposición de ambos estados, simultáneamente vivo y muerto. Obviamente, nuestra experiencia diaria nos indica que los gatos, o están vivos, o están muertos. Sin embargo, en laboratorio se han realizado experimentos de este tipo con moléculas que tienen muchos átomos y la física cuántica parece aplicable a dichos sistemas. ¿Existe y dónde está el límite entre lo cuántico y lo clásico? Nadie conoce la respuesta, aún.
Este experimento imaginario de Schrödinger trata de cuestionar si los objetos macroscópicos se comportan como indica la mecánica cuántica o por el contrario se comportan de forma clásica. El límite entre lo clásico y lo cuántico no está claro aún y los físicos aluden al concepto de decoherencia (que el vídeo trata de explicar). Los experimentos indican que objetos con muchos átomos, hasta 430 átomos, actúan en los experimentos como si fueran un gato de Schrödinger. ¿Cuántas moléculas tiene que tener un objeto para que deje de comportarse como un objeto cuántico y se comporte como un objeto clásico?, no se sabe y no se sabe calcularlo de forma teórica. Por ello, algunos físicos cuánticos están tratando de explorar estas ideas mediante experimentos. Estos experimentos son difíciles porque requieren temperaturas muy frías y/o objetos cuya frecuencia vibratoria sea muy alta. Por ello, para estudiar la transición entre lo clásico y lo cuántico se han utilizado osciladores electromecánicos (objetos macroscópicos que alcanzan frecuencias muy altas). Aunque todavía no se ha podido lograr reproducir el experimento del gato de Schrödinger con ellos, sí se han logrado grandes avances.
Una cuestión a plantearse, es si esto del experimento del gato de Schrödinger es más filosofía o metafísica que ciencia. No es así, ya que este tipo de experimentos tienen utilidad, por ejemplo, para el desarrollo de detectores de señales muy débiles a escala macroscópica.
“Un objeto real” (como un gato) tiene propiedades con valores bien definidos sin importar el orden en que sean medidas. La mecánica cuántica no es una teoría realista (en este sentido). Un sistema cuántico puede presentar propiedades cuyo valor medido depende del orden en el que sean medidas. Lanzas un cubilete con dos dados “cuánticos”, el valor que saldrá en cada dado es diferente si observamos ambos dados simultáneamente o uno a uno. Técnicamente, la mecánica cuántica es contextual. El contexto de la medida (cómo se realiza ésta) influye en el resultado obtenido.

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