El gato de Schrödinger

Cualquiera que siga The Big Bang Theory u otra serie por el estilo habrá oído hablar del gato de Schrödinger. Si no os ha interesado el tema en su momento, tal vez os suene algo sobre un gato que está encerrado en una caja, vivo y muerto al mismo tiempo. Hoy explicamos a qué se debe esta analogía exactamente y de paso tenemos la excusa para colgar fotos de gatos, que sabemos que os encantan.

“Esta historia me la conozco. Rápido, ayúdame a salir de aquí.” (Fuente)

Ante nada, hay que aclarar la diferencia entre las dos maneras que tenemos de enfocar el estudio de la realidad que nos rodea: la física clásica y la física cuántica.

La física clásica se encarga de describir y predecir cómo se comportan las cosas a gran escala, como una bola que cae desde lo alto de una torre o el movimiento de los planetas, pero no es capaz de explicar, por ejemplo, cómo la luz puede ser convertida en electricidad.

Esto se debe a que los mismos principios que rigen el universo a nivel macroscópico no funcionan cuando intentamos aplicarlos a escalas subatómicas (cosas más pequeñas que los propios átomos). Agotado este recurso, si de verdad estamos muy interesados en estudiar el mundo subatómico, podríamos intentarlo mediante la medición directa, pero resulta que eso tampoco funciona muy  bien. Explicamos por qué.

Si queremos observar una partícula cualquiera que está paseando tranquilamente en línea recta y medir sus propiedades, tenemos que mandarle un rayo de luz para que interaccione con ella y nos devuelva algún tipo de información al respecto. Pero, a escalas tan pequeñas, incluso propia la luz empuja nuestra partícula, alterando su dirección. Es decir que, aunque podamos saber dónde estaba la partícula en el instante justo en el que la luz impacta contra ella (en la siguiente imagen), no sabremos dónde estaba hace un momento ni dónde estará después, así que no podremos calcular su velocidad. Para intentar remediarlo, podríamos mandar un rayo de luz con una longitud de onda mayor (menos energética y, por tanto, “empuja menos” a nuestra partícula) y así poder registrar la posición de la partícula en varios puntos de su trayectoria. De este modo podríamos calcular su velocidad, pero una vez terminada la medición la posición de la partícula se habrá perdido.

Esto es lo que enuncia el principio de incertidumbre de Heisenbergno podemos conocer la velocidad y la posición de una partícula al mismo tiempo y la medición de una de las propiedades conlleva la pérdida de información sobre la otra.

Para resolver este quebradero de cabeza surge la física cuántica, que trata de predecir cómo se va a comportar el mundo a nivel subatómico sin necesidad de observarlo. Para ello, se estiman una serie de situaciones en las que podría encontrarse la partícula que queremos estudiar y la probabilidad de que esté teniendo lugar cada una de ellas. Así, con los datos estadísticos podemos representar como si fueran una onda las posibles situaciones en las que la partícula se encuentra. Para nosotros, mientras esta partícula no sea observada estará existiendo en todas esas situaciones al mismo tiempo y no será hasta que observemos esa onda probabilística que la obligaremos a adoptar una forma concreta y veremos el sistema en uno de los múltiples estados posibles.

A lo que íbamos.

El gato de Schrödinger es un experimento mental propuesto por el físico austriaco Erwin Schrödinger en 1935 para ejemplificar cómo funciona este efecto a nivel subatómico y el poco sentido que tiene si intentas aplicarlo en el mundo macroscópico, donde podemos estar seguros de la situación de las cosas en cada instante y no nos hace falta hacer estimaciones estadísticas (excepto cuando buscamos el mando de la tele). El experimento propuesto es el siguiente:

Dentro de una caja hay un gato y un dispositivo que tiene exactamente un 50% de probabilidades de liberar un veneno mortal. Es decir que, transcurrido un periodo de tiempo cualquiera, el gato tendrá un 50% de probabilidades de haber sobrevivido y otro 50% de estar muerto. Pero, mientras no abramos la caja para ver qué tal le va al animal, el estará en un estado intermedio, ni vivo ni muerto, y no será hasta que echemos un vistazo que el universo decidirá si lo ha matado o dejado vivir.

Como ya hemos dicho, en el mundo “real” esto no tiene ningún sentido, pero este modelo es el más aceptado para explicar y estudiar el mundo subatómico (porque las predicciones hechas con él funcionan y se están volviendo muy útiles a medida que los circuitos electrónicos se hacen cada vez más pequeños), aunque todo tiene sus detractores. El propio Einstein fue uno de ellos, diciendo cosas como””estoy convencido de que Dios no juega a los dados” a lo que Niels Bohr, otro célebre físico que impulsó esta rama de la ciencia, respondió “Einstein, deja de decirle a Dios lo que tiene que hacer”.

Bohr y Einstein debatiendo en casa de Paul 
Ehrenfest. (Fuente)

En definitiva, no podemos predecir exactamente qué están haciendo las cosas más pequeñas que los átomos, pero gracias a la física cuántica sabemos una serie de cosas que podrían estar haciendo y la probabilidad de cada una de ellas en concreto, por lo que somos capaces de predecir el comportamiento del sistema.

Pero… ¿Qué estaría pasando entonces desde el punto de vista del gato?

La respuesta está en dos conceptos que suenan muy molones: la inmortalidad cuántica y la posibilidad de que existan realidades paralelas. Para esto también existe un experimento mental,  llamado el suicidio cuántico.

Sacamos al gato y el dispositivo venenoso y metemos al investigador en la caja (porque tiene pulgares prensiles, no por venganza) junto con una pistola que tiene un 50% de probabilidades de ser disparada cuando se aprieta el gatillo. Supongamos que el investigador quiere suicidarse y se coloca la pistola contra la sien. En el momento en el que apriete el gatillo, sufrirá dos posibles destinos: morir al instante o escuchar un click mecánico, señal de que la pistola no se ha disparado.

Si la interpretación de Copenhage (la teoría que hemos estado comentando hasta ahora, no hemos mencionado el nombre para no liar la perdiz) de la mecánica cuántica es correcta, si el cañón se dispara matará al experimentador y ahí acabará la historia.

Pero el asunto podría tener algo más de chicha. Otra manera de explicar la situación recurre a la teoría de los muchos mundos o de los universos múltiples, que supone que cada vez que tiene lugar un suceso aleatorio el universo se ramifica en varias realidades. Por ejemplo, al lanzar un dado el universo se estaría ramificando en otros 6 diferentes en los que sale uno de los números posibles. Cada realidad, entonces, se desarrollaría teniendo en cuenta las consecuencias de que haya salido un número u otro.

Hablábamos más a fondo del asunto en esta entrada sobre agujeros de gusano.

Total, que cuando decimos que una partícula existe en todos sus estados posibles, estaría haciéndolo en realidades distintas y, al observarla, estarías entrando en una de estas realidades.

Recordemos al investigador atrapado en una caja con la pistola apoyada contra la sien. Al disparar, tiene un 50% de probabilidades de morir y otro 50% de seguir vivo. Cada vez que apriete el gatillo, el universo se bifurcará en dos realidades distintas: una en la que el investigador muere (y, por tanto, no puede seguir disparando) y otra en la que vive. Es decir, que por muchas veces que el rifle se dispare, el hombre siempre sobrevivirá en uno de los dos universos generados y, como no puede experimentar las realidades en las que muere, su conciencia se mantendrá siempre en el universo en el que él permanece vivo.

La secuencia sería la esta:

Por tanto, aunque la probabilidad de que el rifle se dispare y lo mate sea del 50%, el investigador siempre sobreviviría por mucho que apretara el gatillo, aunque el experimento se alargara un periodo infinito de tiempo.

Eso sí, no os toméis la inmortalidad cuántica al pie de la letra, porque es un experimento mental y no hay nada demostrado, que os conocemos. No nos hacemos responsables de un incremento en el número de partidas de ruleta rusa que pueda experimentarse después de la publicación de este artículo.

Aquí termina la entrada, pero me gustaría darle las gracias a José Antonio Iniesta, licenciado en Física por la Univeridad de Barcelona, por revisar el artículo para asegurarse de que no hay ninguna barbaridad. Podéis visitar su blog Informática de estar por casa haciendo click aquí

31 pensamientos en “El gato de Schrödinger”

  1. e! Nunca me lo había planteado así. Eso quiere decir que somos inmortales desde nuestro punto de vista hasta que estemos en una situación con 100% de probabilidades de morir! Mañana me voy a hacer puenting…

  2. En realidad el universo conocido abarca todo lo que YO conozco, lo que no conozco no existe, y no empezará a existir hasta que tenga conocimiento de ello. Eso me da pena pues el día que yo muera terminaré también con vuestra existencia.

  3. yo creo que si hay un 100% en posibilidad, una es que vamos a morir
    puede que tenga 100 años y muera un dia de forma natural, pero puede que no
    de todas formas, no hay humano con 200 años
    entonces en ese periodo, debe completarse el 100% de posibilidad de morir
    solo se me ocurrio e.e

  4. Muy interesante. Y muy claramente explicado. Pero difiero en utilizar el término “realidad” para eventos que no han sucedido, yo las consideraria como situaciones hipotéticas, si el dado cae en seis, entonces avanzo seis casillas, por ejemplo, pero no es real hasta que sucede. O estoy malinterpretando la información, o tal vez no la comprendo del todo, pero ésta es mi humilde opinion.

    1. No hombre, faltaría que cada uno no pudiera dar su punto de vista. He usado el término “realidad” para hacerlo más comprensible y porque, al estar hablando de un supuesto universo que se ramifica y en cada rama se desarrolla una de las posibilidades (independientemente de que seamos capaces de detectarlas o no), creo que queda más apropiado. Pero remarco que estamos hablando desde un caso hipotético.

  5. ummm… A mi lo del gato siempre me ha enlazado este pensamiento en la cabeza: la paradoja del árbol al caer (¿hace ruido un arbol al caer si no hay nadie para escucharlo?), claro, que nunca pude explicarlo tan bien como hace la física cuántica y tú en este artículo lo del minino… Aunque… Puede que solo sea mi percepción del asunto… y no tenga nada que ver… ¿Dependerá también quien emita y observe el rayo de luz?

  6. La fisica siempre me ha llamado la atención. Pero normalmente no se puede entender y apreciar el significado ni del mas simple termino por la complicidad en el que se explica habitualmente. Gracias por hacer sencillo el entendimiento de temas que es de gran interés para muchos.

  7. ahora estoy escribiendo un comentario que podria ser publicado o al final de escribirlo podría arrepentirme y no ser publicado o las dos cosas a la vez….igual que podria ser respondido o tal vez nunca lo lea nadie..o las dos cosas a la vez, aunque no se mucho de matematicas los universos paralelos deben ser cada vez mas y se van multiplicando exponecialmente a medida que mi cerebro crea una variante posible? infinitos tal vez? y la materia es infinita entonces?
    Gracias por todo Jordi (al final le doy a publicar)

  8. Lo que no me encaja es de dónde se saca la conclusión de la inmortalidad: ¿el hombre muere pero su “conciencia” pervive? Si muere el hombre, muere la consciencia, ¿no? Sólo podría pervivir en una observación externa, pero la vida es inevitablemente una experiencia subjetiva, por tanto, muerto el hombre, muere la conciencia. De inmortalidad, nada.

    Fantástico blog, lo acabo de descubrir.
    Gracias!

    1. No han entendido nada. La física cuántica no explica las cosas grandes, sino lo que ocurre a escala subatomica y los experimentos mentales que se ofrecen no se aplican a lo que conocemos como mundo real.

  9. En mi opinión no está bien explicado por que el principio de incertidumbre no dice que no podamos medir la posición y la velocidad de una particula con exactitud por culpa de que la medición perturbe a la particula.

    Un ejemplo: puedes medir la temperatura del agua sin afectar al agua? Habrá quien piense que no por que al meter el termómetro en el agua este cambia ligeramente la temperatura del agua ya que el termómetro cederá o cogera temperatura e interferira en la medida.

    Esto no es correcto, puedes medir la temperatura del agua midiendo la radiación infrarroja que desprende. De esta manera sabrás su temperatura sin afectar el experimento.

    No se puede medir con precisión la velocidad y la posición de una particula por otras causas más complejas.

    Tampoco es que una particula nos parezca una onda de probabilidad, es que lo es enteramente dependiendo del experimento. Puedes demostrar la naturaleza ondulatoria de un electrón con experimentos y también su naturaleza corpuscular, pero nunca ambas a la vez.

    Realmente un electrón o una particula puede ser una onda y moverse igual que una onda. Véase el experimento de la doble ranura o doble rendija.

    Realmente cuando decimos que una particula esta entre la posición x-2 y x+2 si no la observamos y no medimos su posición realmente está en todo ese intervalo. No en un punto dentro del intervalo y nosotros no sabemos decir donde esta. Si no que realmente está en TODO ese espacio en forma de onda.

    Es algo que quería aclarar.

  10. No deja de parecerme una falacia estadística aplicar la teoría cuantica al universo observable a simple vista. Para empezar, sabemos que el gato existe, por lo que aunque no lo observemos, está ahí. Lo mismo pasa con las partículas subatomicas, existen, pero no somos capaces de verlas. La teoría cuantica es una buena sustituta para la detección directa de partículas imposibles de ver a día de hoy, pero esas partículas son y están en un momento, estado y lugar determinados, aunque no seamos capaces de determinarlos más que a nivel probabilistico. Lo mismo pasa con el universo visible, es y está en un momento, lugar y estado determinados y más no hay.La producción de un hecho del que existe potencialidad para su desarrollo, anula la producción de otros que inevitablemente no se han producido aunque hubiese potencialidad para su desarrollo. A nivel estadístico se puede acabar sacando de cada acción o ausencia de ellas dos o más posibilidades paralelas, pero no deja de ser una posibilidad estadística, no real. Lo real es que ha pasado lo que ha pasado, el “y si…” no existe ya que ha sido abortado antes de producirse.

  11. Esta teoría es increíble. Parece una tomadura de pelos, salvo que realmente predice muchos fenómenos microscópicos.

    Aunque bien creo que jugar dados no crea universos paralelos, ni tampoco la ruleta rusa, pues estos fenómenos en la realidad pueden ser explicados (no son puramente estadísticos). Mi pregunta es la siguiente: Existen realmente eventos que sean puramente estadísticos?, con esto me refiero a que su comportamiento realmente no pueda ser descrito ni con mil años de estudio… ejemplo: jugar a los dados puede ser 100% predecido si se estudian las N variantes que influyen en el resultado.

  12. Si para cada posibilidad del dado, se crea un universo paralelo, significa que también se multiplica la masa del universo cada vez… en otras palabras, la multiplicación de los panes y del pescado sí existió 😉

  13. Enhorabuena por tu esfuerzo por divulgar ciencia, y en concreto, divulgación de la física. Es algo que los que nos dedicamos a la investigación deberíamos hacer más, y mejor.

    Hay dos cosas que me han chirriado y no estoy totalmente de acuerdo con cómo lo has expresado. La primera tiene que ver con la explicación del principio de indeterminación, pero veo que más arriba un tal commentarista Oscar ha hecho una gran aclaración, con lo cual a ello me remito.

    La segunda es cuando dices que la mecánica cuántica se usa en sistemas subatómicos…eso no es del todo cierto..si bien sabemos que las partículas elementales necesitan de ser tratadas con la mecánica cuántica y la relatividad especial (Modelo Estándar), también es cierto que los mismos átomos han de ser tratados con física cuántica si quieres ser realista; e incluso más, las moléculas, que no son más que conjuntos de átomos, también necesitan ser tratadas con física cuántica…y estos sistemas ya no son subatómicos…incluso podríamos seguir aumentando la escala de tamaño y seguríamos encontrando ejemplos de aplicación de la física cuántica…

    De hecho, el criterio para saber si un sistema físico necesita ser tratado cuánticamente; o si simplemente basta con la física clásica, tiene que ver con el tamaño de la acción de alguna variable, y si es comparable a la constante de Planck.

    Con todo, te felicito por intentar simplificar a nivel pedestre estos conceptos harto complejos y abstractos a la gente de a pie!

  14. No se si me equivoco o se me paso algo, pero si una particula puede estar en todos los estados posibles y el sistema de la caja en la que esta encerrado el gato el cual contiene un veneno que tiene un 50% de probabilidad de abrirse y un 50% de no abrirse de igual manera el veneno saldra pues el hecho de que la caja se no se abra no evita que la caja se abra, es decir los posibles estado son:
    -la particula abre la caja y no la abre al mismo tiempo: suelta el veneno
    -la caja no se abre y se abre al mismo tiempo : suelta el veneno.
    si la particula esta en los dos estados posibles ( abre y no abre) la unica manera de que el gato no muriese es que el mecanismo que no abre el veneno tambien cierre el suministrador del veneno de manera que no se pueda abrir. no creo en los universos paralelos como una idea factible, el gato vive o muere, despues de comprobarse el hecho, el universo no se parte en dos, mas bien murio o vivio. muy simple. (creo)

Deja un comentario