28 El gato de Schrödinger
En la interpretación de Copenhague de la teoría cuántica, los sistemas cuánticos existen en forma de una nube de probabilidades hasta que un observador gira el interruptor y selecciona un resultado para su experimento. Antes de ser observado, el sistema adopta todas las posibilidades. La luz es a un tiempo partícula y onda hasta que decidamos cuál de las dos formas queremos medir; entonces adopta esa forma.
Aunque una nube de probabilidades puede parecer un concepto plausible para una cantidad abstracta como un fotón u onda lumínica, ¿qué podría significar para algo más grande que pudiéramos conocer? ¿Cuál es realmente la naturaleza de esta imprecisión cuántica?
En 1935, Erwin Schrödinger publicó un artículo que contenía un experimento hipotético que trataba de ilustrar este comportamiento con un ejemplo más colorido y familiar que las partículas subatómicas. Schrödinger era sumamente crítico con la opinión de Copenhague de que el acto de la observación influía en este comportamiento. Quería hacer evidente lo ridícula que era la interpretación de Copenhague.
Incertidumbre cuántica Schrödinger planteó la siguiente situación, que era completamente imaginaria. Ningún animal resultó herido.
«Se encierra a un gato en una caja de metal, junto con el siguiente dispositivo diabólico (que debe asegurarse frente a la interferencia directa del gato): en un contador Geiger se introduce una pequeña dosis de una sustancia radiactiva, tan minúscula que quizá en el curso de una hora uno de sus átomos se habrá desintegrado, aunque también, con igual probabilidad, quizá ninguno; si esto sucede, el contador descarga un martillo que rompe la botella de vidrio de ácido cianhídrico. Si se deja este sistema sólo durante una hora, se puede afirmar que el gato seguirá vivo si ningún átomo se ha desintegrado. La primera desintegración atómica lo habría envenenado.»
Así que hay un 50% de probabilidades de que el gato esté vivo (con suerte) o muerto al abrir la caja transcurrido ese tiempo. Schrödinger argumentaba que, siguiendo la lógica de la interpretación de Copenhague, tendríamos que pensar que el gato existe en una confusa mezcla de estados, estando vivo y muerto al mismo tiempo, mientras la caja siguiera cerrada. Igual que la apariencia de onda o partícula de un electrón sólo está fijada en el punto de detección, el futuro del gato sólo se determinará cuando decidamos abrir la caja y mirarlo. Al abrir la caja realizamos una observación y se determina el resultado.
Schrödinger se quejaba de que, sin duda, esto era ridículo y aún más cuando se refería a un animal de verdad como un gato. A partir de nuestra experiencia cotidiana sabemos que el gato tiene que estar vivo o muerto y no una mezcla de ambas cosas, y es una locura imaginar que estaba en algún estado de incertidumbre sólo porque no estábamos mirando. Si el gato vivía, todo cuanto iba a recordar era haber estado dentro de una caja vivito y coleando, y no ser una nube de probabilidades o una función de onda.
Entre otros, Einstein convino con Schrödinger en que la visión de Copenhague era absurda. Juntos plantearon nuevas cuestiones. Como animal que era, ¿era capaz el gato de observarse y colapsar así su propia función de onda? ¿Qué supone ser un observador? El observador, ¿tiene que ser un ser consciente como un humano o sirve un animal? ¿Y una bacteria?
Si vamos un poco más lejos, podríamos preguntar si hay en el mundo alguna cosa que exista independientemente de nuestra observación de ella. Si ignoramos al gato de la caja y nos limitamos a pensar en la desintegración de la partícula radiactiva, ¿se habrá desintegrado o no si mantenemos la caja cerrada? ¿O estará en la incertidumbre cuántica hasta que abramos la tapa de la caja, como requiere la interpretación de Copenhague? Quizá el mundo entero está en un estado de confusión y nada se resuelve hasta que lo observamos, haciendo que la función de onda se colapse cuando lo hacemos. ¿Se desintegra su lugar de trabajo cuando usted está ausente durante los fines de semana, o está protegido por la mirada de los transeúntes? Si nadie la mira, ¿deja de existir su cabaña del bosque en la realidad? ¿O permanece en una mezcla de estados de probabilidad, como una superposición de haberse incendiado, haberse inundado, haber sido invadida por las hormigas o los osos, o está allí tan tranquilamente esperando a que usted vuelva? ¿Cuentan como observadores los pájaros y ardillas? Por extraño que parezca, así es como la interpretación de Copenhague de Bohr explica el mundo a escala atómica.
ERWIN SCHRÖDINGER (1887-1961)
El físico austríaco Erwin Schrödinger estudió la mecánica cuántica y trató (sin éxito), junto con Einstein, de unificar la gravedad y la mecánica cuántica en una única teoría. Propició las interpretaciones de ondas y le desagradaba la dualidad onda-partícula, que le condujo al conflicto con otros físicos.
Cuando era un niño, Schrödinger adoraba la poesía alemana, pero sin embargo decidió estudiar física teórica en la universidad. Schrödinger sirvió en el frente italiano durante la primera guerra mundial, continuó su trabajo a distancia e incluso publicó algunos artículos, regresando posteriormente al mundo académico. Schrödinger propuso su ecuación de ondas en 1926, por la cual recibió el Premio Nobel junto con Paul Dirac en 1933. Schrödinger se trasladó después a Berlín para dirigir el viejo departamento de Max Planck, pero con la llegada de Hitler al poder en 1933 decidió abandonar Alemania. Le costó volver a establecerse y trabajó durante algunos períodos en Oxford, Princeton y Graz. Con la anexión de Austria en 1938, huyó de nuevo, trasladándose finalmente a un puesto creado a medida para él en el nuevo Instituto de Estudios Avanzados en Dublín, Irlanda, donde permaneció hasta que se retiró a Viena. La vida personal de Schrödinger fue tan complicada como su vida profesional; tuvo hijos con varias mujeres, uno de los cuales vivió con él y su mujer durante un tiempo en Oxford.
Universos paralelos El problema filosófico de cómo las observaciones deciden los resultados ha conducido a otra variación de la interpretación de la teoría cuántica: la hipótesis de los universos paralelos. Sugerida en 1957 por Hugh Everett, esta perspectiva alternativa evita la indeterminación de las funciones de onda inobservadas diciendo en cambio que hay un número infinito de universos paralelos. Cada vez que se realiza una observación y se registra un resultado específico, se escinde un nuevo universo. Cada universo es exactamente igual al otro, aparte de la única cosa cuyo cambio se ha observado. Por tanto, las probabilidades son las mismas, pero el desarrollo de los acontecimientos nos hace avanzar a través de una serie de universos que se bifurcan.
En una interpretación de universos paralelos del experimento del gato de Schrödinger, cuando se abre la caja el gato ya no está en una superposición de todos los estados posibles. En lugar de eso, está vivo en un universo o muerto en otro paralelo. En un universo el veneno se libera, en el otro no.
Es discutible si esto es una mejora respecto a estar en la indeterminación de una función de onda. Podemos muy bien evitar la necesidad de que un observador nos impida a veces ser sólo una nube de probabilidades, pero el coste es invocar a toda una variedad de universos alternativos en los que las cosas son ligeramente diferentes. En un universo soy una estrella del rock, en otro no soy más que un músico callejero. O en uno llevo calcetines negros, en el otro grises. Esto parece un despilfarro de múltiples universos aceptables (y apunta a un universo en el que la gente tiene un vestuario muy llamativo). Otros universos alternativos pueden ser más significativos: en uno Elvis todavía está vivo, en otro John F. Kennedy no recibió un disparo, en otro Al Gore era presidente de EE. UU. Esta idea se ha tomado prestada en numerosas ocasiones como trama argumental en películas tales como Dos vidas en un instante, donde Gwyneth Paltrow vive dos vidas paralelas en Londres, una de éxito y la otra no.
Actualmente, algunos físicos argumentan que la idea de Schrödinger sobre su metafórico experimento del gato no era válida. Igual que sucede con su teoría exclusivamente basada en las ondas, trataba de aplicar las ideas físicas familiares al extraño mundo cuántico, cuando lo único que tenemos que aceptar es que es verdaderamente extraño.
Cronología:
1927 d. C.: Interpretación de Copenhague.
1935 d. C.: Schrödinger propone su experimento del gato cuántico.
1957 d. C.: Everett sugiere la hipótesis de los universos paralelos.
La idea en síntesis: ¿vivo o muerto?