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Dos maestros de las paradojas unidos para arrojar luz al conocimiento de la materia

Cómo afecta el efecto cuántico de Zenón al gato de Schrodinger

Ni Garfield, ni Felix, ni Azrael, ni Isidoro… ni siquiera Doraemon. En los últimos tiempos, el gato más famoso del mundo es uno que no se sabe cómo es porque nunca nadie lo ha visto jamás. El gato de Schrodinger describe una paradoja de la física cuántica en la que el gato, encerrado en na caja con un mecanismo mortal en su interior, realiza el “milagro” científico de estar vivo y muerto al mismo tiempo. Además, no se puede levantar la tapa de la caja para comprobar si sigue vivo o no, ya que la simple observación alteraría el resultado.

Si imaginamos que el gato encerrado es en realidad un átomo radiactivo que se descompone, liberando radiación en un momento determinado entonces, el acto de mirar el interior de la caja colapsaría la función de onda del átomo (que se refiere a la descripción matemática de su estado), por lo que de tener una superposición de estados (vivo y muerto al mismo tiempo, desintegrado y no desintegrado) habría un único estado definido, de manera que el gato estaría ahora temporalmente vivo o irremediablemente muerto; igual con el átomo.

La paradoja de Schrodinger no es la única que juega al juego cuántico, por lo que cuando se incorporan varias paradojas a la situación, los resultados pueden ser sorprendentes. Según la física cuántica, si levantas la tapa de la caja el gato define finalmente su estado, pero si levantas y bajas la tapa muy rápido, tan rápido como miles de veces por segundo, la definición del estado del gato podría acelerarse… o retrasarse.

Este efecto tiene que ver con la paradoja de la flecha de Zenón de Elea, famoso por sus aporías (la de Aquiles y la tortuga es suya). Esa paradoja de la flecha dice que si lanzamos una flecha, esta estará en movimiento sólo si contemplamos la globalidad, pero si contemplamos un instante dado del tiempo, esa flecha está inmóvil en realidad. La pregunta que surge entonces es, si para cada instante en el que observamos la flecha esta está inmóvil, ¿cómo es que se mueve? Si en lugar de una flecha hablamos de un átomo, lo que pasa es que si nos pasamos el rato midiendo el átomo para ver si todavía está en su estado inicial, veríamos que efectivamente, siempre se encuentra en ese estado.

Para la física cuántica tanto el efecto Zenón como el efecto anti-Zenón son reales y son cosas que realmente le ocurren a los átomos. Ahora bien, ¿cómo es posible que el hecho de medir algo acelere o retrase la desintegración del átomo radiactivo?

Esto se explica porque para poder obtener información de un sistema cuántico, este sistema tiene que estar fuertemente acoplado con el medio ambiente durante un breve periodo de tiempo. Cuando hacemos una medición lo que queremos realmente es obtener información, pero el fuerte acoplamiento con el medio ambiente implica también que el hecho de medir perturbará necesariamente el sistema cuántico.

Sigamos haciendo preguntas. ¿Qué pasaría si el sistema fuese perturbado pero ninguna información llegara hasta el mundo exterior? Es lo que pasaría si lográsemos levantar y bajar la tapa a tal velocidad que no llegásemos nunca a poder ver el estado del gato. ¿El átomo seguiría entonces mostrando el efecto Zenón y anti-Zenón.

La respuesta a esta pregunta parece estar en las “cuasimediciones” que ha logrado crear un grupo de investigadores de la Universidad de Washington. Ellos han trabajado con un átomo artificial llamado qubit, con el que han querido comprobar el efecto de las mediciones en los efectos de Zenón. Para ello idearon un nuevo tipo de interacción de medida que perturba el átomo, pero no aprende nada sobre su estado, con lo que han logrado concluir que estas cuasimediciones causa un efecto Zenón.

¿Qué implicaciones tiene esto? Es evidente que aún estamos en pañales en lo que se refiere a comprender la naturaleza de la materia, su origen y características, pero estos pequeños pasos en la comprensión de sus particularidades a la hora de medir los átomos, nos acerca más a la posibilidad de tener algún control sobre los sistemas cuánticos.

Fuente: Phys.org

Imagen interior: A la izquierda, con la paradoja de la flecha, Zenón de Elea; a la derecha, con la paradoja del gato, Schrodinger.

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