El gato de Schrödinger es un caso muy famoso, pero pocos sabemos qué quería ilustrar y por qué Erwin Schrödinger, uno de los físicos más reconocidos del siglo pasado, lo propuso. Probablemente, crees que esta imagen del gato en una caja está relacionada con un gran descubrimiento. Sin embargo, en realidad fue un experimento mental que el físico creó para demostrar lo ridícula que podía ser la mecánica cuántica.
¿No está relacionado este gato a ningún descubrimiento entonces? En realidad, sí, pero no de la forma que crees. Para entender de dónde viene este experimento, debemos saber primero qué es una teoría científica, así como algunos de los postulados de la mecánica cuántica. Veamos.
¿Qué es una teoría científica? En cierta forma, todos tenemos una respuesta intuitiva a esta pregunta. Todos sabemos a un nivel básico qué es una teoría científica. Sin embargo, si nos piden que definamos este concepto de una manera exacta, tendremos problemas.
Una forma de responder a esta pregunta es apelando a una metáfora. Una teoría científica es similar a una teoría sobre un delito. Imagina que eres un detective y te encuentras frente a una escena del crimen. En ella ves una caja fuerte abierta y vacía, huellas de zapato y un estetoscopio.
Una posible hipótesis es la siguiente. La persona dueña de los zapatos usó el estetoscopio para abrir la caja fuerte y llevarse todo su contenido. Esta hipótesis es coherente con lo que vemos en la escena. Sin embargo, esto no necesariamente es lo que sucedió.
Para empezar, puede ser que la persona que dejó las huellas no haya sido el verdadero ladrón. Asimismo, puede ser que el estetoscopio esté en el piso por casualidad. Tal vez, solo se le cayó a un médico poco antes de que robarán la caja. Así, por más que nuestra hipótesis sea coherente con los objetos que vemos en escena, esta no es necesariamente cierta. Para poder saber si es cierta, tendremos que contrastar nuestra hipótesis y supuestos con otros indicios a ver si no hay ninguno que lo refute.
Ahora, hay otro sentido en el que podemos estar equivocados. Tal vez, nuestra hipótesis es cierta, pero no nuestra interpretación de ella. Por ejemplo, puede ser que las huellas del piso sean del ladrón de la caja, pero puede que no las haya dejado el día del robo, sino mucho antes. Asimismo, puede ser que él haya usado el estetoscopio para el atraco, pero no de la forma que creemos. Así, nuestra hipótesis sobre el sospechoso es correcta, pero no necesariamente nuestra interpretación de los hechos.
Esto mismo puede suceder con las teorías científicas. A veces, nuestras hipótesis no son correctas, a pesar de que sean coherentes con algunos de los indicios. Un ejemplo claro es la teoría del flogisto. Según esta idea, las sustancias combustibles contenían una sustancia llamada flogisto, y al arder, lo liberaban. Así, las llamas eran vistas como la manifestación visible de esa liberación. Se creía que por esta razón, que al quemarse, los objetos reducían su masa: habían expulsado una parte de su contenido.
Esta hipótesis era coherente con la experiencia. Sin embargo, no era la explicación real de la combustión. Ahora sabemos que esta se da por un proceso que se llama oxidación. Si quieres saber más sobre este, puedes dejarnos un comentario y lo tomaremos en cuenta para un próximo video.
Ahora, así como a veces las teorías científicas pueden estar equivocadas con respecto a sus hipótesis, a veces también pueden estar equivocadas con su interpretación de los hechos. Por ejemplo, en el siglo XIX, se hipotetizó que la luz se propagaba en forma de onda. Hoy, sabemos que la luz a veces se comporta como una onda. Sin embargo, cuando esta hipótesis se postuló, se creía que la luz necesitaba un medio por donde moverse, a este medio se le llamaba el éter luminífero. Hoy sabemos que la luz no necesita tal medio para propagarse. Así, nuestra hipótesis sobre el comportamiento de la luz era correcta, pero no nuestra interpretación de cómo lo hacía.
Esta diferencia entre errores de hipótesis y errores de interpretación es fundamental para entender la muerte y no muerte del conocido gato de Schrödinger. ¿Por qué? Porque el experimento que propuso su creador fue una forma de ridiculizar una interpretación de la mecánica cuántica, la interpretación de Copenhagen. Pero ¿de qué se trata esta interpretación?
Para entenderla es bueno que conozcamos primero uno de los fenómenos más extraños que predice la matemática de la mecánica cuántica: la superposición. Como te hemos explicado en otros videos, la superposición cuántica es un fenómeno que consiste en que cualquier partícula puede existir en muchos estados al mismo tiempo, a pesar de que esto sea contradictorio.
Por ejemplo, algunas partículas subatómicas tienen una propiedad que se llama espín, o giro, y es similar al giro de un objeto, como una pelota de basquetbol. Cabe resaltar que las partículas no giran en el sentido clásico de la palabra y el fenómeno es mucho más complicado, pero no es necesario que nos preocupemos por esto.
De acuerdo a las matemáticas de la mecánica cuántica, antes de ser medida, una partícula puede estar en un estado de superposición con respecto a su espín. Esto significa que no tiene un valor definido, sino que se encuentra en superposición hasta que se realiza la medición, pudiendo estar en una combinación de estados, como ‘hacia arriba’ y ‘hacia abajo’ simultáneamente. La partícula solo definirá su estado cuando midamos su espín, pero no antes.
Esto parece una contradicción lógica. Después de todo, no puedes girar en dos sentidos al mismo tiempo. Sin embargo, las matemáticas concuerdan con lo que encontramos en los experimentos. En otras palabras, nuestras hipótesis parecen ser ciertas, a pesar de que entren en conflicto con nuestras intuiciones lógicas.
Ahora, de acuerdo con la interpretación de Copenhagen, esta superposición de estados contradictorios realmente sucede. En otras palabras, lo que indica la mecánica cuántica es lo que ocurre en el mundo. La superposición, así como otros fenómenos cuánticos extraños, como el entrelazamiento, son cosas que suceden en la realidad.
La interpretación de Copenhagen es una de las interpretaciones más difundidas hoy en día en el campo de la ciencia. Sin embargo, no es la única y ha tenido serios detractores, como Albert Einstein e, importante para esta historia, Schrödinger. De hecho, la idea del gato en una caja, fue un experimento mental para ridiculizar esta interpretación. Pero ¿qué nos dice este experimento? Veamos.
El experimento del gato de Schrödinger nos pide imaginar que un gato se coloca dentro de una caja cerrada. Dentro de la caja hay tres componentes; una partícula radiactiva, un detector de radiación y un frasco con gas venenoso. De acuerdo con el experimento, el detector está conectado con el frasco. Si este detecta radiación, romperá el frasco y liberará el veneno. Esto, obviamente, producirá que el gato muera.
Ahora, de acuerdo a la interpretación de Copenhagen, antes de abrir la caja, es decir, antes de hacer una medición, la partícula radioactiva se encuentra en un estado de superposición: ha decaído liberando radiación y no lo ha hecho al mismo tiempo, lo que implica que el gato también se encuentra en un estado de superposición: está vivo y muerto al mismo tiempo. Solo si alguien abre la caja es que el sistema determinará un resultado y veremos al gato vivo o muerto. Sin embargo, antes de que esto pase, el gato se encontrará en una superposición de estados, estando vivo y muerto al mismo tiempo.
Para Schrödinger, esto era ridículo. Si bien las matemáticas de la mecánica cuántica podían predecir el comportamiento de las partículas con mucha precisión, esto no significaba que realmente las cosas se encuentren en estados tan extraños como el de la superposición. De acuerdo con él, la interpretación de Copenhagen no podía ser cierta. Hoy, no obstante, es la interpretación más difundida entre los físicos.
Pero ¿es cierta? La verdad, no lo sabemos. De hecho, de acuerdo con Dianna Cowern, comunicadora científica y física del MIT, realmente hoy no hay un consenso sobre qué describen las matemáticas de la mecánica cuántica, solo sabemos que funcionan. En otras palabras, la interpretación de Copenhagen es una posibilidad, pero no es necesariamente la interpretación correcta.
Pero ¿tenemos otras interpretaciones de la mecánica cuántica? Pues, sí. Una de estas es la hipótesis de los muchos mundos. Esta hipótesis sugiere que cada vez que ocurre un evento cuántico con múltiples resultados posibles, el universo se divide en tantos mundos, como posibles resultados. En lugar de que un estado cuántico colapse a un único resultado cuando es observado, como sugiere la interpretación de Copenhagen, todos los resultados posibles se realizan en universos separados.
El gato en la caja no está vivo y muerto al mismo tiempo, sino que estará vivo en algunos universos y muerto en otros. Nosotros solo sabremos en cuál estamos al abrir la caja. Cabe resaltar, no obstante, que esta no es la única interpretación alternativa de la mecánica cuántica, pero es una de las más interesantes.
Así, el experimento del gato de Schrödinger no fue un experimento real que nos llevó a un gran descubrimiento, como a veces se piensa, sino que fue más bien una idea usada por el célebre físico para explicar por qué le parecía descabellada una interpretación de la mecánica cuántica. Si bien hoy esta interpretación es la más difundida, esta no es la única que tenemos. Lo que nos queda es seguir investigando y estar atentos a lo que nos dice la experiencia.
