“En el mundo de lo muy pequeño, […] las cosas no se comportan de ninguna forma que podamos entender con nuestra experiencia del mundo de todos los días, […] no hay analogía física que podamos hacer para entender qué pasa adentro de los átomos. Los átomos se comportan como átomos, y nada más.” John Gribbin (1984).
¿Alguna vez escuchaste hablar del gato de Schrödinger? Seguro que sí. Como varios hitos de la ciencia, lo que trasciende fuera del campo científico suelen ser las situaciones que se pueden relacionar con la vida cotidiana, lo que a veces hace que se nos escape el verdadero significado de lo que estas representan.
Hacia principios del siglo XX la comunidad científica estaba bastante feliz con los avances obtenidos por la física clásica (mecánica newtoniana, electromagnetismo, termodinámica); y la reciente descripción de la relatividad. No obstante, ninguna de estas teorías alcanzaba a explicar nuevos fenómenos que aparecían en ciertos experimentos a escala atómica y subatómica. Con el aporte de muchos investigadores comenzaron a escribirse las bases de lo que sería una nueva teoría, la mecánica cuántica, que hipótesis a hipótesis, y ecuación a ecuación, permitía ir explicando todos estos nuevos descubrimientos.
Sin embargo los hechos que se manifestaban en estos experimentos, cada vez mejor explicados matemáticamente, eran totalmente anti intuitivos y hasta contradictorios si los comparamos con lo que sucede en la escala del mundo donde nos movemos y vivimos, descripto por la física clásica. La matemática desarrollada para la cuántica funcionaba, pero había mucha discusión frente a cómo interpretarla físicamente. Esto generó, genera y seguirá generando fuertes disputas en el seno de la comunidad científica, que podrían solucionarse entrando en difusos pero entretenidos terrenos de la filosofía, o de manera pragmática con la frase atribuida a David Mermin: “Callate y calculá.”
Erwin Rudolf Josef Alexander Schrödinger (más conocido como Erwin Schrödinger, ¡menos mal!), fue un físico austríaco, nacionalizado irlandés debido a su oposición al nazismo, que hizo importantes aportes en diferentes áreas de la física teórica; y fue uno de los grandes nombres en el desarrollo de la cuántica. Para dar un ejemplo, en 1926 escribió la famosísima ecuación de Schrödinger (que mucho sufrimiento le genera a todas las generaciones de estudiantes de licenciatura en física). Su ecuación es una de las formas de describir el estado de un sistema cuántico, es decir, permite encontrar la dinámica y el comportamiento temporal del sistema.
Esto fue uno de los grandes pilares del desarrollo matemático de la mecánica cuántica, y además sentó las bases para su trabajo que le valió el Premio Nobel de Física en 1933.
Curiosamente, Schrödinger es particularmente recordado por su famoso gato. El conocido experimento propuesto en 1935 es uno mental (es decir, ningún gato fue puesto en una caja, ni ningún animal sufrió en el proceso). ¿En qué consistía? Imaginemos que colocamos un gato dentro de una caja, que se sella con un dispositivo que contiene una pequeñísima porción de sustancia radiactiva, un contador Geiger, un martillo y un frasquito de veneno. Si se da un decaimiento radiactivo en la sustancia, el contador lo detecta, lo cual activa el martillo que destruye el frasco, y el gato se muere. Si no se da el decaimiento, el contador no detecta nada, y el gato vive.
Lo importante es que la muestra radiactiva es tan pequeña que no tenemos forma de predecir si en un cierto tiempo decaerá. Tal vez ocurra o tal vez no, con la misma probabilidad. De esta forma podría decirse que el gato tal vez está vivo y tal vez está muerto, y no lo sabremos hasta abrir la caja y comprobarlo por nosotros mismos.
En resumen, dentro de una caja sellada ponemos un gato y un dispositivo que puede matar al gato o no con un 50% de probabilidad. Sabremos qué pasó cuando abramos la caja un tiempo después.
Este experimento está descripto en un solo párrafo en el medio de un largo artículo en donde Schrödinger trata, como muchos físicos en esa época, de expresar sus ideas para ayudar a entender y dilucidar qué significaba realmente la cuántica. Schrödinger no le da más importancia a este ejemplo durante el resto del artículo, pero a partir de allí quedó fuertemente arraigado en la cultura popular tanto dentro de la física como fuera de la física. Comúnmente se remite a este experimento para explicar una de las características menos intuitivas de la cuántica: que un sistema pueda describirse con una superposición de estados.
Ahí aparece el gato, donde dicha superposición de estados suele explicarse como “está al mismo tiempo vivo y muerto hasta que abramos la caja”. Sin embargo, esto es justamente lo contrario a lo que Schrödinger quería transmitir. El párrafo en su artículo comienza con las siguientes palabras: “uno podría incluso armar escenarios ridículos”. Un gato es un gato como todos los que hemos visto alguna vez, y está vivo o está muerto y (sin entrar en terreno místico) no hay otra tercera opción, como cualquier otro ser. Un gato o cualquier otro objeto macroscópico no entra en el dominio cuántico, (¡Por ahora! Hay gente que se dedica a estudiar cuántica macroscópica, o a responder a la pregunta ¿por qué no somos cuánticos si estamos hechos de partículas cuánticas? Pero ese es otro tema mucho más complicado…) entonces es correcta nuestra primera intuición de que el gato está efectivamente en un estado definido de vida o muerte, y descubriremos cuál al abrir la caja. Schrödinger quería hacer énfasis en que hay que tener cuidado, que la cuántica no se condice con lo macroscópico.
Si cambiamos el gato por un electrón, o un fotón, las cosas funcionan de manera muy diferente. Esas partículas elementales sí son sistemas cuánticos. Un sistema cuántico se describe probabilísticamente: está en una superposición de estados, es decir: en un estado, o en otro, o en otro, cada uno con ciertas probabilidades. No se encuentra en un estado definido, como el gato o los objetos que vemos y usamos todos los días. No existe analogía con la física clásica con la cual podamos comparar.
Entonces aquí surge el debate no resuelto todavía: ¿qué significa realmente esto?, ¿cómo lo entendemos?, ¿nuestra partícula cuántica está en todos los estados posibles al mismo tiempo?, ¿está variando entre uno y otro?, ¿en realidad no está en ninguno de ellos?. No tenemos una respuesta aún. Podría decirse que, de la misma forma que el día a día nos da intuición para predecir el comportamiento de las cosas que vemos y vivimos, para entender esto deberíamos desarrollar “intuición cuántica” que funcione en esta escala de la naturaleza.
Con muchas enriquecedoras discusiones todavía en pie, científicas y científicos de todo el mundo siguen especializándose en esta poderosa teoría que ha tenido rotundo éxito para explicar la realidad.
Si este acercamiento a la cuántica les interesó y los sorprendió, están en el camino correcto, porque como dijo Niels Bohr, “no hay forma de que hayan entendido la teoría cuántica aquellos que no resultaron shockeados la primera vez que se cruzaron con ella”.
Lic. en Física Paula Céspedes
