22 noviembre, 2017

El gato de Schroedinger

por Fernando Peregrín

El gato de SchroedingerLos llamados estados enredados o entrelazados (la terminología científica es “entangled states”) es un fenómeno propio de la física cuántica que no tiene equivalente en la física clásica, esto es, en la física que rige los fenómenos del mundo que nos rodea, lo que se llama “el mundo mesoscópico”, porque está entre el macroscópico del cosmos y el microscópico de las partículas elementales (fotones, electrones, átomos, etcétera).

Con lenguaje llano, se dice que dos estados cuánticos de dos partículas A y B (dos electrones, pongamos por caso) están entrelazados o enredados cuando al realizar una medida para saber en qué estado cuántico se encuentra la partícula A (estados que llamaremos 0 y 1), la partícula B, que puede estar separada de la A por cualquier distancia (aunque en la práctica, esta distancia está limitada), se encuentra en el estado correlacionado con el de A.

Más en detalle: A tiene dos estados posibles de una cierta propiedad (la polarización de su espín, por ejemplo), que pueden tomar, con igual probabilidad, cuando hacemos una medida, los valores que llamaremos de nuevo 0 y 1. ¿En cual de los dos se encuentra realmente? No lo podemos decir, ya que sólo al medir obtenemos la información  (se dice que se “colapsa” la función de onda, y de los dos estados posibles, obtenemos uno de ellos). B es otra partícula que tiene la misma propiedad. En principio, parece intuitivo que una medida de A no debería afectar a la medida de B, máxime si están alejadas y no es posible que a B le llegue la información de que “¡Oye, tú! Que unos tipos me han medido, les ha salido un 0 y por lo tanto, como tú B, estas ‘enredada’, ‘entrelazada’ conmigo, no tienes opción, y estás en el estado 1” ( por ejemplo. También puede que el entrelazamiento o enredo consista en que tiene que estar en el estado 0 también).

Se dice entonces que entre los estados entrelazados o enredados de ambas partículas (cuando se consigue esta situación, esta superposición, que no es fácil) hay “coherencia cuántica”. La coherencia cuántica es muy frágil, y se pierde con mucha facilidad por interacción del sistema coherente, o de estados enredados, por con el medio ambiente. Esto es, el sistema de estados enredados corre el riesgo de que el entorno “haga una medida” no controlada y se acabe la coherencia. No es necesario que haya un observador que reciba la información de esa medida: basta que el sistema enredado deje escapar información de su estado (esto se llama “decoherencia” de estados enredados por interacción con el “ruido” del entorno).. Así, supongamos que A viaja hacia el aparato de medida, pero en su trayecto se encuentra con un “aparato de medida natural imprevisto” (un fotón, una molécula de gas, etcétera), que los experimentadores no han podido eliminar, y que hace una medida y acaba con el enredamiento o entrelazamiento de los estados de las dos partículas y se acaba la “coherencia”. Es lógico que cuantas más partículas estén implicadas en este entrelazamiento o enredado de estados, mucho más probable, y por tanto, rápida, es la posibilidad de que se escape información del sistema. Hasta la fecha, se han logrado estados enredados de unos pocos átomos, como mucho.

Vayamos ya al gato de Schroedinger. El error está en pensar que se puede formar un sistema coherente de estados enredados entre el gato, el aire que respira en la caja cerrada, la ampolla del veneno y el sistema puramente cuántico que hace de espoleta (en el ejemplo clásico, un átomo excitado que tiene una probabilidad del 50% de desintegrase, y que al desintegrarse rompe la ampolla que suelta el gas venenoso y mata al gato, pero que hasta que no hacemos una medida de su estado, no sabemos si se ha producido o no la desintegración ). Es imposible crear un estado [átomo sin desintegrar]+[gato vivo] enredado con [átomo desintegrado]+[gato muerto]. Por muchas razones. El “entorno” se entera inmediatamente de si se ha roto o no el recipiente del veneno (la ampolla suelta moléculas venenosas dentro de la caja cerrada y eso lo “mide” el sistema, aunque nadie se preocupe de ver el resultado de esa medida. El sistema ha “soltado” información y se acaba la superposición posible, si es que alguna vez la hubo, que no la hubo porque el gato y la caja, y el aire que tiene dentro tienen demasiadas partículas para que los que pase dentro de la caja pueda permanecer “secreto”). Hay muchas más “perdidas de información” o causas de “decoherencia” antes de que abramos la caja: la respiración del gato, su temperatura, que es distinta si está vivo o muerto; sus funciones orgánicas cuando está vivo… No hace falta abrir la caja: el “entorno” mide instantáneamente la desintegración del átomo y la muerte del gato. El gato nunca está en un estado “límbico” que sea la superposición de [gato vivo] y [gato muerto]: o está vivo, o está muerto.

A todos los efectos, se puede sustituir el sistema cuántico de disparo o espoleta (el átomo excitado), por una simple ruleta de feria con cuadros blancos y negros y hacerla girar para que, lo más al azar posible, se pare de forma que la señal fija indique cuadro blanco (se rompe el cristal y se muere el gato) o cuadro negro (no se rompe la ampolla y el gato vive). A nadie se le ocurre pensar que el gato está, a la vez, vivo y muerto. Si hago el experimento en una caja cerrada, sé que cuando abra la caja descubriré “la historia”, y si encuentro vivo al gato, sabré que la ruleta se ha parado en casilla negra, y si lo encuentro muerto sabré también que estuvo vivo hasta que la ruleta se paró en casilla blanca y entonces… ¡adiós al gato de Schroedinger”. Si, además, cuento con la ayuda de un listísimo forense de la policía supercientífica de los telefilmes, me podré enterar, tras la autopsia del gato, en qué momento murió el pobre.

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