Gato de Schrödinger

O Gato de Schrödinger é unha experiencia mental teórica (Gedanken) deseñada por Erwin Schrödinger que procura explicar cun exemplo ilustrativo a incompletitude da teoría da mecánica cuántica ao pasar do nivel subatómico ao macroscópico. O experimento propón o seguinte:

Un gato nunha caixa selada. No interior da caixa existe un dispositivo que contén un núcleo radioactivo e mais un frasco de gas velenoso. O experimento arránxase de tal xeito que hai un 50% de posibilidades de que o núcleo radioactivo se desintegre en 1 hora; cando o núcleo se desintegra, emitirá unha partícula que accionará o dispositivo que abre o frasco, e polo tanto o gato morrerá. De acordo coa mecánica cuántica, o núcleo sen observar é descrito como unha mestura de "núcleo desintegrado" e de "núcleo non desintegrado ". Así e todo, cando abre a caixa, o investigador ve só un "gato morto/núcleo desintegrado" ou un "núcleo non desintegrado/gato vivo."

A pregunta é: cando deixa de ser o sistema unha mestura de estados e pasa a un ou ao outro estado? O obxectivo da experiencia é ilustrar que a mecánica cuántica está incompleta sen regras que describan cando a función de onda se colapsa e o gato se torna morto ou vivo, en vez dunha mestura de ambos.

Intención

Ao contrario da convicción popular, Schrödinger non pretendía mostrar que existan gatos mortos/vivos; o que el quería mostrar é que a mecánica cuántica é unha teoría incompleta.

O artigo orixinal apareceu na revista alemá Naturwissenschaften (Ciencias Naturais) en 1935: "Die gegenwärtige Situation in der Quantenmechanik" ("A situacion actual na mecánica cuántica "), Naturwissenschaften, 48, 807, 49, 823, 50, 844 (novembro de 1935). A intención era discutir o artigo EPR publicado por Einstein, Podolsky e Rosen o mesmo ano. Á parte de presentar o gato, Schrödinger tamén cuñou o termo alemán "Verschränkung" ("enredo") nese artigo.

O gato de Schrödinger: nunha hora hai un 50% de posibilidades de que se libere o gas venenoso e que este mate o gato.

Interpretación de Copenhaguen

Segundo a interpretación de Copenhaguen, un sistema deixa de ser unha mestura de estados e pasa a ser un único estado cando se dá unha observación. Esta experiencia ilustra que non está claro cal é o momento exacto da observación. Poderíase argumentar a posición absurda de que en canto a caixa está pechada, o sistema é unha superposición de estados "gato morto/núcleo decaído" e "gato vivo/núcleo non desintegrado" e só cando a caixa é aberta e se dá unha observación é que a función de onda colapsa nun dos dous estados. Isto é absurdo, e intuitivamente pensaríase que a "observación" se dá cando unha partícula do núcleo bate no detector. Porén (e isto é a idea crucial da experiencia), non hai regra para escoller entre as dúas hipóteses, e a mecánica cuántica é incompleta sen explicacións para a existencia de tales regras.

Interpretación dos universos paralelos de Everett

Segundo a interpretación dos universos paralelos de Everett, ambos os estados persisten. Cando un observador abre a caixa, este queda asociado ó gato, polo que se forman os "estados do observador" correspondentes a que o gato estea vivo e morto; cada estado do observador está vinculado co gato de modo que a "observación do estado do gato" e o "estado do gato" se correspondan entre si.

Aplicación práctica

Curiosamente, estas ideas teñen algún interese práctico, xa que poden ser aplicadas á criptografía cuántica. É posible enviar a través dunha fibra óptica, luz que é unha mestura de estados. Se fose posible colocar un aparello no medio do cabo que intercepte a transmisión e a retransmita, sería posible observar que a luz colapse nun dos estados. A través dunha análise estatística realizada na outra extremidade do cabo, é posible determinar se a luz foi interceptada e retransmitida ou non. Isto permite o desenvolvemento de sistemas de comunicación que non poden ser detectados sen que iso sexa observado. Esta experiencia (perfectamente realizable) tamén ilustra que a "observación" en mecánica cuántica non ten nada a ver con consciencia, xa que unha detección perfectamente inconsciente tamén afectará o sinal de forma detectábel.