La Paradoja del Gato de Schrödinger

El físico y premio Nobel de Física de 1933, Erwin Schrödinger, realizó importantes contribuciones a la mecánica ondulatoria y a la termodinámica estadística. En 1926 dedujo una ecuación matemática que fue la que le valió el premio Nobel. 

 En dicha ecuación el electrón era tratado en función del comportamiento ondulatorio. Los resultados que obtuvo Schrödinger, estudiados de manera cualitativa proporcionaron una nueva forma de visualizar la estructura electrónica. Schrödinger trató al electrón como una onda circular estacionaria alrededor del núcleo.

En el modelo de la mecánica cuántica se habla de la probabilidad de que el electrón se encuentre en cierta región del espacio en un instante dado. La resolución de la ecuación de Schrödinger da lugar a una serie de funciones matemáticas llamadas funciones de onda las cuales describen al electrón en un átomo. La solución de la ecuación de Schrödinger para el átomo de hidrógeno produce un conjunto de funciones de onda y sus energías correspondientes. Estas funciones de onda se conocen como orbitales. Cada orbital describe una distribución específica de densidad electrónica en el espacio, dada por su densidad de probabilidad. 

En 1935 formuló un experimento imaginario que se convirtió en la paradoja más popular de la mecánica cuántica. En este experimento imaginario se coloca un gato dentro de una caja en cuyo interior se instala un mecanismo que une un detector de electrones a un martillo. Debajo del martillo se coloca un frasco de cristal con una dosis de veneno. Si el detector capta un electrón se activará el mecanismo haciendo que el martillo caiga y rompa el frasco. Al dispararse un electrón pueden suceder únicamente una de dos cosas.: 1) que se detecte el electrón y se active el mecanismo, el martillo caiga, se rompa el frasco y el veneno se libere resultando en la muerte del gato, o, 2) que el electrón siga otra trayectoria y no sea detectado por el mecanismo, con lo que el gato seguirá vivo. En este experimento existe un 50% de probabilidades de que el gato muera y 50% de que el gato siga vivo. Lo cierto es que el gato está muerto o está vivo ANTES de que abramos la caja (el estado del sistema queda definido antes de abrir la caja). 

Pero de acuerdo a la mecánica cuántica, y debido a que el electrón es al mismo tiempo onda y partícula, éste puede tomar distintos caminos a la vez. Estas trayectorias no se excluyen entre sí y además se superponen, por lo que el electrón toma el camino del detector y, al mismo tiempo, no lo toma. El electrón será detectado y el gato morirá; y al mismo tiempo, el electrón no será detectado y el gato seguirá vivo. La descripción correcta del sistema (su función de onda) será la superposición de los dos resultados posibles “vivo” y “muerto”. 

 Es decir que el gato está vivo y muerto al mismo tiempo (a esto se le llama “superposición de estados”), al menos hasta que se abra la caja, y será hasta entonces cuando, debido a la influencia del observador, quede definido su estado. El tránsito de la superposición de estados a un estado definido es una consecuencia del proceso de medida, por lo que no puede predecirse el estado final del sistema, sólo puede calcularse la probabilidad de obtener cada resultado. 

Es más que obvio el hecho de que el gato no es un sistema cuántico. La mecánica cuántica sólo actúa en escala subatómica y bajo ciertas condiciones. Cualquier interacción con el entorno hace que las leyes de la mecánica cuántica dejen de aplicarse, por lo que sólo son válidas para partículas aisladas. Tampoco son válidas cuando existe flujo de calor, pues el calor es el movimiento de los átomos interactuando. Una característica de la mecánica cuántica es que el mero hecho de observar contamina el experimento y define una realidad frente a las demás. 

A continuación dejamos algunas imágenes que hacen referencia a la paradoja del gato de Schrödinger y la mecánica cuántica (todas las imágenes fueron tomadas de internet).