aquí hay gato encerrado

(75ª parada)

"No temáis a nadie, porque nada hay encubierto que no haya de ser manifestado, ni oculto que no haya de saberse".

(Evangelio según Mateo, cap. 10: 26)

Aunque la expresión del título podría ser habitual en el campo de la Física Cuántica, para nada hace referencia al gato de Schrödinger. A mediados de la década de los 30 del siglo pasado, el físico (y Premio Nobel en aquellos años) Erwin Schrödinger propuso un experimento imaginario o mental en que un gato es introducido dentro de una caja cerrada (que no se pueda ver su interior) y que también contiene un curioso y peligroso dispositivo. Este dispositivo está formado por una ampolla de vidrio con un veneno muy volátil y por un martillo sujeto sobre la ampolla de forma que si cae sobre ella la rompe y se escapa el veneno, con lo que el gato moriría. El martillo está conectado a un mecanismo detector de partículas alfa. Si llega una partícula alfa, el martillo cae rompiendo la ampolla, con lo que el gato muere. Por el contrario, si no llega la partícula de marras, no ocurre nada y el gato continúa vivo. En otras versiones del experimento, la partícula que provoca la activación del artilugio es un electrón. Cuando todo el dispositivo está preparado, se realiza el experimento. Al lado del detector se sitúa un átomo radiactivo con unas determinadas características: tiene un 50% de probabilidades de emitir una partícula alfa en una hora. Evidentemente, al cabo de una hora habrá ocurrido uno de los dos sucesos posibles: el átomo ha emitido una partícula alfa o no la ha emitido (la probabilidad de que ocurra una cosa o la otra es la misma). Como resultado de la interacción, en el interior de la caja sucede que el gato está vivo o está muerto. Pero no podemos saberlo si no la abrimos para comprobarlo.

El objetivo del experimento es poner en evidencia una de las dificultades intelectuales más grandes y complicadas de explicar que tiene la física cuántica: el concepto de superposición cuántica. Al contrario de lo que sucede con la relatividad, a veces la física cuántica va contra preceptos tan instalados en la mente que hace bastante difícil su divulgación y comprensión. Es por eso que deja tantas preguntas abiertas. En muchas ocasiones, encarar la solución de un problema es el mejor método para aproximar una teoría tan rica y compleja y que ocupa a miles de científicos en todo el mundo.
Para poder interpretar el resultado del experimento es necesario entender lo que se llaman estados cuánticos. Un estado cuántico es un objeto matemático en el que se contiene toda la información de un objeto físico. De acuerdo a la interpretación de Copenhague de la mecánica cuántica (formulada en 1927 por Niels Bohr, en colaboración con Werner Heisenberg y Max Born, entre otros), el principio de superposición lo que dice es que si el mundo puede estar en un estado A y también en un estado B, entonces también podrá estar en un estado que sea la combinación de ambos (estado mixto). Sin embargo, al efectuar una medición de este estado sólo se podrá obtener A o B. Esto quiere decir que hasta el momento en el que se mide, el mundo estaba en los dos estados simultáneamente. Pero, luego de realizar una observación, el estado colapsa a uno de los dos posibles: el A o el B. En el experimento de Schrödinger, el gato puede estar tanto vivo (V) como muerto (M) y, como ambos son estados posibles, también puede estar en una combinación que sea vivo y muerto, V + M.

Si lo que ocurre en el interior de la caja lo intentamos describir aplicando las leyes de la mecánica cuántica, llegamos a una conclusión muy extraña. El gato vendrá descrito por una función de onda extremadamente compleja resultado de la superposición de dos estados combinados al cincuenta por ciento: "gato vivo" y "gato muerto". Es decir, aplicando el formalismo cuántico, el gato estaría a la vez vivo y muerto; se trataría de dos estados indistinguibles.
La única forma de averiguar qué ha ocurrido con el gato es realizar una medida: abrir la caja y mirar dentro. En unos casos nos encontraremos al gato vivo y en otros, muerto. Pero, ¿qué ha ocurrido? Ambas realidades coexistirán hasta que un observador abra la caja. Al realizar la medida, el observador interactúa con el sistema y lo altera, rompe la superposición de estados y hace colapsar el sistema a uno solo de sus dos estados posibles: o vivo o muerto. Eso sí: el sentido común nos indica que el gato no puede estar vivo y muerto a la vez. Pero la mecánica cuántica dice que mientras nadie mire en el interior de la caja el gato se encuentra en una superposición de los dos estados: vivo y muerto, la paradoja de Schrödinger.
Aunque parezca descabellado en un primer momento, experiencias en las que se tienen diferentes estados superpuestos se llevan a cabo diariamente en laboratorios de todo el mundo. Es una concepción de la realidad que se aleja un montón de lo que se pensaba hasta el siglo XX (y de lo que aún hoy se piensa cotidianamente) y presupone grandes desafíos no sólo para los físicos, sino también para los filósofos de la ciencia, ya que se está planteando que la realidad es en función de que se la observe. Si nadie hubiera abierto la caja, el gato continuaría estando vivo y muerto; es ahí cuando surge una pregunta crucial: ¿el gato sabía que estaba vivo?

Y vuelvo de nuevo al tema de las percepciones que no he abandonado desde hace un tiempo en el blog. La paradoja de Schrödinger es un buen ejemplo de uno de los pilares de la interpretación de la mecánica cuántica: el observador es tan importante como el sistema que observa. Sin él, el sistema está indefinido entre cualquiera de las situaciones posibles. Esta visión del mundo de la teoría cuántica está profundamente conectada con la interpretación de los muchos mundos, según la cual cada observación de la caja provoca la formación de dos mundos paralelos, uno en el que el gato está vivo y otro en el que el gato está muerto. Según dicha interpretación, cada instante se genera un número infinito de tales universos.

Aparte de las mareantes disquisiciones que este experimento plantea acerca de los universos múltiples, no he podido evitar que algunas ideas me hayan sobrevolado la azotea... Y no importa que todo lo anterior no se haya entendido demasiado. Decía Richard Feynman que a quien no le deje pasmado la física cuántica es que no la ha comprendido. O, también: "creo que puedo decir sin miedo a equivocarme que nadie entiende la mecánica cuántica". Mejor que cada uno saque sus propias conclusiones. Algunas mías:

Por un lado, si es cierto que los gatos tienen siete vidas, este experimento llevado a la práctica sería un fracaso seguro por la cantidad de conclusiones erróneas que arrojaría. Así que, aparte de parecerme bastante bárbaro hacerle semejante faena a un pobre minino, lo mejor es que a nadie se le ocurra ponerlo en práctica. Y, además, es seguro que un gato preferiría imaginar el experimento del profesor de física metido en la caja de Schrödinger, pero no sigamos por ese camino…
Por otra parte, hay quien ha propuesto el experimento del gato de Schrödinger como estrategia para que físicos tímidos e indecisos se animen a ligar. Como toda potencial relación puede pensarse como buena y mala a la vez, será mejor abrir la caja para saber cómo es. Hay que tener en cuenta que la probabilidad de desengaño cuántico también existe, por supuesto.
Para terminar, recordaba aquella frase de Nietzsche (heredada de Hegel): "Dios ha muerto". Y se me ocurre que el filósofo alemán no estaba muy puesto en mecánica cuántica. Lo cual es lógico, teniendo en cuenta que, en el momento de su fallecimiento, todo esto no estaba ni en pañales. Y comento lo de la conocida frase porque si imaginamos a Dios metido en la caja de Schrödinger (o en un dispositivo semejante, ya que en realidad no lo podemos ver), no nos queda más remedio que admitir que está vivo y muerto a la vez. Agnósticos, ateos y creyentes podrían esgrimir, pues, argumentos cuánticos para defender sus posturas ...pero, ¿qué nos encontraremos en este universo en concreto cuando, al fin, se abra la dichosa caja?

el gato de Schrödinger en un antiguo programa de REDES: