La famosa paradoja del gato de
Schrödinger parte de los principios de la física cuántica, y termina con
la extravagante conclusión de que un gato puede estar a la vez en dos
estados físicos – uno en el que el gato está vivo y otro muerto. En la
vida real, sin embargo, los grandes objetos tales como gatos, claramente
no están en una superposición de dos o más estados, y esto es una
paradoja que normalmente se resuelve en términos de la decoherencia
cuántica. Pero ahora, físicos de Canadá y Suiza defienden que, incluso
si pudiese evitarse la decoherencia, la dificultad de hacer medidas
perfectas evitaría que confirmásemos la superposición del gato.
Erwin Schrödinger, uno de los padres de
la teoría cuántica, formuló su paradoja en 1935 para destacar el
aparente absurdo del principio de superposición cuántico – que un objeto
cuántico no observado esté simultáneamente en múltiples estados. Ideó
una caja negra que contenía un núcleo radiactivo, un contador Geiger, un
vial de gas venenoso, y un gato. El contador Geiger está preparado para
liberar el gas venenoso, matando al gato, si detecta cualquier
radiación procedente de la desintegración nuclear. El espeluznante juego
se desarrolla de acuerdo con las reglas de la mecánica cuántica, debido
a que la desintegración nuclear es un proceso cuántico.
El gato de Schrödinger
Si se deja el aparato durante un periodo de tiempo y luego se observa, puedes encontrar que el núcleo haya decaído o no, y por tanto que el veneno se haya liberado o no, y que el gato esté muerto o no. Sin embargo, la mecánica cuántica nos dice que, antes de que se realice la observación, el sistema está en una superposición de ambos estados – el núcleo se ha desintegrado y a la vez no lo ha hecho, el veneno se ha liberado y no, y el gato está tanto vivo como muerto.
Mezclando micro y macro
El gato de Schrödinger es un ejemplo de
“entrelazamiento micro-macro”, a través del cual la mecánica cuántica
permite (en principio) que un objeto microscópico tal como un núcleo
atómico y un objeto macroscópico como un gato tengan una relación mucho
más estrecha de lo permitido por la física clásica. Sin embargo, está
claro para cualquier observador que los objetos microscópicos obedecen a
la física cuántica, mientras que los macroscópicos siguen las reglas
clásicas que experimentamos en nuestra vida cotidiana. Pero si ambos
están entrelazados, es imposible que cada uno esté gobernado por
distintas reglas físicas.
La forma más común de evitar este
problema es apelar a la decoherencia cuántica, a través de la cual las
interacciones múltiples entre un objeto y su entorno destruyen la
coherencia de la superposición y entrelazamiento. El resultado es que
los objetos parecen obedecer la física clásica, incluso aunque en
realidad siguen las leyes de la mecánica cuántica. Es imposible que un
sistema grande, como un gato, se mantenga completamente aislado de su
entorno, y por tanto, no lo percibimos como un objeto cuántico.
Aunque no discuten esta explicación,
Christoph Simon y sus colegas de la Universidad de Calgary y la
Universidad de Ginebra, se han preguntado qué pasaría si la decoherencia
no afectase al gato. En un experimento mental respaldado por
simulaciones por ordenador, los físicos consideran un par de fotones (A y
B) generados a partir de la misma fuente con polarizaciones iguales y
opuestas y viajando en sentidos opuestos. Para cada par, el fotón A se
envía directamente a un detector, pero el fotón B se duplica muchas
veces mediante un amplificador, para crear un haz de luz macroscópico
que hace las veces de gato. Se miden entonces las polarizaciones de los
fotones de este haz de luz.
Dos tipos de amplificador
Consideran dos tipos de amplificador. El
primero mide el estado del fotón B, lo cual tiene el efecto de destruir
el entrelazamiento con A, antes de producir más fotones con la
polarización que se mida en el fotón B. Esto es como el proceso clásico
puro de observar el contador Geiger para ver si ha detectado radiación, y
luego usar la información para decidir si matar o no al gato. El
segundo amplificador copia el fotón B sin medir su estado, preservando
de esta forma el entrelazamiento con A.
Los investigadores se preguntan cómo
variarán las polarizaciones de los fotones medidas en el haz de luz
dependiendo del amplificador usado. Encontraron que, si pudiese lograrse
una resolución perfecta, el resultado sería bastante diferente. Sin
embargo, con las técnicas experimentales disponibles actualmente, no
pueden observarse las diferencias. “Si tienes un gran sistema y quieres
ver en él características cuánticas como el entrelazamiento, tienes que
asegurarte de que la precisión es extremadamente buena”, explica Simon.
“Tienes que ser capaz de distinguir un millón de fotones de un millón de
fotones más uno, y ninguna tecnología actual te permitiría hacer eso”.
El teórico de la información cuántica,
Renato Renner del ETH en Zurich está impresionado: “Incluso si no
hubiese decoherencia, este artículo explicaría por qué no vemos efectos
cuánticos y por qué el mundo nos parece clásico, lo que es una cuestión
fundamental, desde luego”. Pero, advierte, “El artículo genera una
pregunta fundamental y nos da una respuesta en un caso interesante
especial, pero aún queda por ver si es general”.
La investigación se publicará en la revista Physical Review Letters.
Autor: Tim Wogan
Fecha Original: 23 de noviembre de 2011
Enlace Original
Artículo publicado por Tim Wogan el 23 de noviembre de 2011 en physicsworld.com
Tomado de: http://www.cienciakanija.com/2011/11/25/el-gato-coherente-de-schrodinger-aun-desconcierta/
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