Todos hemos oído hablar del famoso gato de Schrödinger, pero ¿sabemos qué tipo de gato es realmente? Averigüemos e intentemos hablar sobre el famoso gato de Schrödinger. en palabras simples.
El gato de Schrödinger es un experimento realizado por Erwin Schrödinger, uno de los padres fundadores de la mecánica cuántica. Además, este no es un experimento físico ordinario, sino mental.
Hay que admitir que Erwin Schrödinger era un hombre con una imaginación muy rica.
Entonces, ¿qué tenemos como base imaginaria para realizar un experimento? Hay un gato colocado en una caja. La caja también contiene un contador Geiger con cantidades muy pequeñas de material radiactivo. La cantidad de sustancia es tal que la probabilidad de desintegración y no desintegración de un átomo en una hora es la misma. Si el átomo se desintegra, se activará un mecanismo especial que romperá el matraz con ácido cianhídrico y el pobre gato morirá. Si no se produce la desintegración, el gato seguirá sentado tranquilamente en la caja y soñará con salchichas.
¿Cuál es la esencia del gato de Schrödinger? ¿Por qué inventar una experiencia tan surrealista?
Según los resultados del experimento, descubrimos si el gato está vivo o no sólo cuando abrimos la caja. Desde el punto de vista de la mecánica cuántica, un gato (como un átomo de materia) se encuentra simultáneamente en dos estados: vivo y muerto al mismo tiempo. Ésta es la famosa paradoja del gato de Schrödinger.
Naturalmente, esto no puede ser. Erwin Schrödinger organizó este experimento mental para mostrar la imperfección de la mecánica cuántica en la transición de sistemas subatómicos a macroscópicos.
Aquí está la propia formulación de Schrödinger:
También se pueden construir casos en los que haya bastante burlesque. Supongamos que un gato esté encerrado en una cámara de acero junto con la siguiente máquina diabólica (que debe existir independientemente de la intervención del gato): dentro de un contador Geiger hay una pequeña cantidad de sustancia radiactiva, tan pequeña que sólo un átomo puede desintegrarse en una hora. , pero con la misma probabilidad no puede desintegrarse; si esto sucede, se descarga el tubo de lectura y se activa el relé, soltándose el martillo, que rompe el matraz con ácido cianhídrico.
Si dejamos todo este sistema solo durante una hora, entonces podemos decir que el gato estará vivo después de este tiempo, siempre y cuando el átomo no se desintegre. La primera desintegración del átomo envenenaría al gato. La función psi del sistema en su conjunto expresará esto mezclando o untando un gato vivo y uno muerto (perdón por la expresión) en partes iguales. Lo típico en tales casos es que la incertidumbre originalmente limitada al mundo atómico se transforma en incertidumbre macroscópica, que puede eliminarse mediante observación directa. Esto nos impide aceptar ingenuamente que el “modelo borroso” refleja la realidad. Esto en sí mismo no significa nada confuso o contradictorio. Existe una diferencia entre una foto borrosa o desenfocada y una foto de nubes o niebla.
Un punto definitivamente positivo de este experimento es el hecho de que ningún animal resultó herido durante su desarrollo.
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En 1935, el gran físico, premio Nobel y fundador de la mecánica cuántica Erwin Schrödinger formuló su famosa paradoja.
El científico sugirió que si tomas cierto gato y lo colocas en una caja de acero opaca con una "máquina infernal", en una hora estará vivo y muerto al mismo tiempo. El mecanismo de la caja se ve así: dentro del contador Geiger hay una cantidad microscópica de una sustancia radiactiva que puede desintegrarse en un solo átomo en una hora; al mismo tiempo, con la misma probabilidad no se descompondrá. Si aún se pudre, entonces el mecanismo de palanca funcionará y el martillo romperá el recipiente con ácido cianhídrico y el gato morirá; si no hay descomposición, el recipiente permanecerá intacto y el gato estará vivo y coleando.
Si no estuviéramos hablando de un gato y una caja, sino del mundo de las partículas subatómicas, entonces los científicos dirían que el gato está vivo y muerto al mismo tiempo, pero en el macrocosmos tal conclusión es incorrecta. Entonces, ¿por qué operamos con tales conceptos cuando hablamos de partículas de materia más pequeñas?
La ilustración de Schrödinger es mejor ejemplo para describir la paradoja principal física cuántica: según sus leyes, partículas como electrones, fotones e incluso átomos existen en dos estados al mismo tiempo ("vivos" y "muertos", si recordáis al sufrido gato). Estos estados se llaman superposiciones.
El físico estadounidense Art Hobson de la Universidad de Arkansas (Arkansas State University) propuso su solución a esta paradoja.
“Las mediciones en física cuántica se basan en el funcionamiento de ciertos dispositivos macroscópicos, como un contador Geiger, con cuya ayuda se determina el estado cuántico de los sistemas microscópicos: átomos, fotones y electrones. La teoría cuántica implica que si se conecta un microscopio. sistema (partícula) a algún dispositivo macroscópico, distinguiendo dos estados diferentes del sistema, entonces el dispositivo (contador Geiger, por ejemplo) entrará en un estado de entrelazamiento cuántico y también se encontrará en dos superposiciones al mismo tiempo. Es imposible observar este fenómeno directamente, lo que lo hace inaceptable”, afirma el físico.
Hobson dice que en la paradoja de Schrödinger, el gato desempeña el papel de un dispositivo macroscópico, un contador Geiger, conectado a un núcleo radiactivo para determinar el estado de desintegración o "no desintegración" de ese núcleo. En este caso, un gato vivo será un indicador de "no descomposición" y un gato muerto será un indicador de descomposición. Pero según la teoría cuántica, el gato, al igual que el núcleo, debe existir en dos superposiciones de vida y muerte.
En cambio, según el físico, el estado cuántico del gato debería estar entrelazado con el estado del átomo, es decir, que están en una "conexión no local" entre sí. Es decir, si el estado de uno de los objetos enredados cambia repentinamente al opuesto, entonces el estado de su par también cambiará, sin importar qué tan lejos estén uno del otro. Hobson hace referencia a esta teoría cuántica.
“Lo más interesante de la teoría del entrelazamiento cuántico es que el cambio de estado de ambas partículas se produce instantáneamente: ninguna luz o señal electromagnética tendría tiempo de transmitir información de un sistema a otro. Por tanto, podemos decir que se trata de un solo objeto. Dividimos el espacio en dos partes, por grande que sea la distancia entre ellas”, explica Hobson.
El gato de Schrödinger ya no está vivo y muerto al mismo tiempo. Está muerto si la desintegración ocurre y vivo si la desintegración nunca ocurre.
Agreguemos que tres grupos más de científicos propusieron soluciones similares a esta paradoja durante los últimos treinta años, pero no fueron tomadas en serio y pasaron desapercibidas en amplios círculos científicos. Hobson señala que resolver las paradojas de la mecánica cuántica, al menos teóricamente, es absolutamente necesario para su comprensión profunda.
"Cualquiera que no esté sorprendido por la teoría cuántica, no lo entiende”, dijo Niels Bohr, el fundador de la teoría cuántica.
La base de la física clásica es la programación inequívoca del mundo, de lo contrario el determinismo laplaceano, que con el advenimiento de la mecánica cuántica fue reemplazado por la invasión de un mundo de incertidumbres y eventos probabilísticos. Y aquí los experimentos mentales resultaron útiles para los físicos teóricos. Eran piedras de toque sobre las que se ponían a prueba nuevas ideas.
"El gato de Schrodinger" es un experimento mental, propuesto por Erwin Schrödinger, con quien quería mostrar lo incompleto de la mecánica cuántica en la transición de sistemas subatómicos a sistemas macroscópicos.
Se coloca un gato en una caja cerrada. La caja contiene un mecanismo que contiene un núcleo radiactivo y un contenedor de gas venenoso. La probabilidad de que el núcleo se desintegre en 1 hora es 1/2. Si el núcleo se desintegra, se activa el mecanismo, se abre un recipiente con gas y el gato muere. Según la mecánica cuántica, si no se realiza ninguna observación del núcleo, entonces su estado se describe mediante una superposición (mezcla) de dos estados: un núcleo descompuesto y un núcleo no descompuesto, por lo tanto, un gato sentado en una caja está vivo y muerto. al mismo tiempo. Si se abre la caja, el experimentador sólo puede ver un estado específico: "el núcleo se ha descompuesto, el gato está muerto" o "el núcleo no se ha descompuesto, el gato está vivo".
¿Cuándo deja de existir el sistema?¿Cómo se mezclan dos estados y se elige uno específico?
Propósito del experimento- mostrar que la mecánica cuántica está incompleta sin algunas reglas que indiquen en qué condiciones colapsa la función de onda (un cambio instantáneo en el estado cuántico de un objeto que ocurre cuando se mide), y el gato muere o permanece vivo, pero deja de ser un mezcla de ambos.
Dado que está claro que un gato debe estar vivo o muerto (no existe un estado intermedio entre la vida y la muerte), esto significa que esto también es válido para el núcleo atómico. Será necesariamente descompuesto o no descompuesto.
El artículo de Schrödinger “La situación actual en la mecánica cuántica”, que presenta un experimento mental con un gato, apareció en la revista alemana Natural Sciences en 1935 para discutir la paradoja EPR.
Los artículos de Einstein-Podolsky-Rosen y Schrödinger delinearon la extraña naturaleza del “entrelazamiento cuántico” (término acuñado por Schrödinger), característico de los estados cuánticos que son una superposición de los estados de dos sistemas (por ejemplo, dos partículas subatómicas).
Interpretaciones de la mecánica cuántica.
Durante la existencia de la mecánica cuántica, los científicos han propuesto diferentes interpretaciones de ella, pero las más apoyadas hoy en día son la de “Copenhague” y la de “muchos mundos”.
"Interpretación de Copenhague"- esta interpretación de la mecánica cuántica fue formulada por Niels Bohr y Werner Heisenberg durante su trabajo conjunto en Copenhague (1927). Los científicos han tratado de responder a las preguntas que surgen de la dualidad onda-partícula inherente a la mecánica cuántica, en particular la cuestión de la medición.
En la interpretación de Copenhague, el sistema deja de ser una mezcla de estados y elige uno de ellos en el momento en que se produce la observación. El experimento con el gato muestra que en esta interpretación la naturaleza de esta misma observación -la medición- no está suficientemente definida. Algunos creen que la experiencia sugiere que mientras la caja esté cerrada, el sistema se encuentra en ambos estados simultáneamente, en una superposición de los estados “núcleo descompuesto, gato muerto” y “núcleo no descompuesto, gato vivo”, y cuando se abre la caja , sólo entonces la función de onda colapsa en una de las opciones. Otros suponen que la "observación" se produce cuando una partícula del núcleo golpea el detector; sin embargo (y esto momento clave experimento mental) en la interpretación de Copenhague no hay una regla clara que diga cuándo sucede esto y, por lo tanto, esta interpretación está incompleta hasta que se introduce dicha regla, o se dice cómo se puede introducir. La regla exacta es que la aleatoriedad aparece en el punto donde se utiliza por primera vez la aproximación clásica.
Por tanto, podemos confiar en el siguiente enfoque: en los sistemas macroscópicos no observamos fenómenos cuánticos (excepto el fenómeno de superfluidez y superconductividad); por lo tanto, si imponemos una función de onda macroscópica a un estado cuántico, debemos concluir por experiencia que la superposición se rompe. Y aunque no está del todo claro qué significa que algo sea “macroscópico” en general, lo que sí es seguro de un gato es que es un objeto macroscópico. Así, la interpretación de Copenhague no considera que el gato se encuentre en un estado de confusión entre vivo y muerto antes de abrir la caja.
En la "interpretación de muchos mundos" La mecánica cuántica, que no considera el proceso de medición como algo especial, ambos estados del gato existen, pero son decoheridos, es decir. Se produce un proceso en el que un sistema mecánico cuántico interactúa con ambiente y adquiere información disponible en el medio ambiente, o de otra manera queda “enredado” con el medio ambiente. Y cuando el observador abre la caja, se enreda con el gato y de ahí se forman dos estados del observador, correspondientes a un gato vivo y uno muerto, y estos estados no interactúan entre sí. El mismo mecanismo de decoherencia cuántica es importante para las historias "conjuntas". En esta interpretación, sólo un “gato muerto” o un “gato vivo” pueden estar en una “historia compartida”.
En otras palabras, cuando se abre la caja, el universo se divide en dos universos diferentes, uno en el que el observador mira una caja con un gato muerto y en el otro, el observador mira un gato vivo.
La paradoja del "amigo de Wigner"
La paradoja del amigo de Wigner es un experimento complicado de la paradoja del gato de Schrödinger. Laureado premio Nobel, el físico estadounidense Eugene Wigner introdujo la categoría de “amigos”. Después de completar el experimento, el experimentador abre la caja y ve un gato vivo. El estado del gato en el momento de abrir la caja pasa al estado "el núcleo no se ha descompuesto, el gato está vivo". Así, en el laboratorio se reconoció que el gato estaba vivo. Hay un "amigo" fuera del laboratorio. El amigo aún no sabe si el gato está vivo o muerto. El amigo reconoce que el gato está vivo sólo cuando el experimentador le cuenta el resultado del experimento. Pero todos los demás “amigos” aún no han reconocido que el gato está vivo y sólo lo reconocerán cuando les informen el resultado del experimento. Por lo tanto, sólo se podrá reconocer que el gato está completamente vivo cuando todas las personas en el Universo conozcan el resultado del experimento. Hasta este momento, en la escala del Gran Universo, el gato permanece medio vivo y medio muerto al mismo tiempo.
Lo anterior se utiliza en la práctica: en computación cuántica y criptografía cuántica. A través de un cable de fibra óptica se envía una señal luminosa en una superposición de dos estados. Si los atacantes se conectan al cable en algún punto intermedio y hacen una señal allí para escuchar la información transmitida, esto colapsará la función de onda (desde el punto de vista de la interpretación de Copenhague, se hará una observación) y la luz entrará en uno de los estados. Realizando pruebas estadísticas de luz en el extremo receptor del cable, será posible detectar si la luz se encuentra en una superposición de estados o ya ha sido observada y transmitida a otro punto. Esto permite crear medios de comunicación que excluyen la interceptación y escuchas indetectables de señales.
El experimento (que en principio puede llevarse a cabo, aunque aún no se han creado sistemas de criptografía cuántica capaces de transmitir grandes cantidades de información) también muestra que la "observación" en la interpretación de Copenhague no tiene nada que ver con la conciencia del observador. ya que en este caso el cambio en las estadísticas al final del cable conduce a una rama del cable completamente inanimada.
Y en la computación cuántica, el estado del gato de Schrödinger es un estado entrelazado especial de qubits en el que todos están en la misma superposición de ceros o unos.
("Qubit" es el elemento más pequeño para almacenar información en una computadora cuántica. Admite dos estados propios, pero también puede ser en su superposición. Siempre que se mide el estado de un qubit, éste pasa aleatoriamente a uno de sus propios estados).
¡En realidad! Hermano pequeño del "gato de Schrodinger"
Han pasado 75 años desde que apareció el gato de Schrödinger, pero todavía algunas de las consecuencias de la física cuántica parecen estar en desacuerdo con nuestras ideas cotidianas sobre la materia y sus propiedades. Según las leyes de la mecánica cuántica, debería ser posible crear un estado de "gato" en el que esté vivo y muerto, es decir, estará en un estado de superposición cuántica de dos estados. Sin embargo, en la práctica, la creación de una superposición cuántica de tales gran cantidad Los átomos aún no se han logrado. La dificultad es que cuantos más átomos hay en una superposición, menos estable es este estado, ya que Influencias externas están tratando de destruirlo.
A los físicos de la Universidad de Viena (publicación en la revista Comunicaciones de la naturaleza", 2011) por primera vez en el mundo, fue posible demostrar el comportamiento cuántico de una molécula orgánica compuesta por 430 átomos y en estado de superposición cuántica. La molécula obtenida por los experimentadores se parece más a un pulpo. El tamaño de las moléculas es de unos 60 angstroms y la longitud de onda de De Broglie para la molécula era de sólo 1 picómetro. Este “pulpo molecular” pudo demostrar las propiedades inherentes al gato de Schrödinger.
Suicidio cuántico
El suicidio cuántico es un experimento mental de mecánica cuántica propuesto independientemente por G. Moravec y B. Marshall y ampliado en 1998 por el cosmólogo Max Tegmark. Este experimento mental, una modificación del experimento mental del gato de Schrödinger, muestra claramente la diferencia entre dos interpretaciones de la mecánica cuántica: la interpretación de Copenhague y la interpretación de los muchos mundos de Everett.
En realidad, el experimento es un experimento con el gato de Schrödinger desde el punto de vista del gato.
En el experimento propuesto, se apunta al participante un arma, que dispara o no dispara en función de la desintegración de algún átomo radiactivo. Hay un 50% de posibilidades de que el arma se dispare y el participante muera. Si la interpretación de Copenhague es correcta, entonces el arma eventualmente se disparará y el participante morirá.
Si la interpretación de Everett de los muchos mundos es correcta, entonces, como resultado de cada experimento realizado, el universo se divide en dos universos, en uno de los cuales el participante permanece vivo y en el otro muere. En mundos donde un participante muere, deja de existir. Por el contrario, desde la perspectiva del participante no muerto, el experimento continuará sin que el participante desaparezca. Esto sucede porque en cualquier rama el participante puede observar el resultado del experimento sólo en el mundo en el que sobrevive. Y si la interpretación de muchos mundos es correcta, entonces el participante puede notar que nunca morirá durante el experimento.
El participante nunca podrá hablar sobre estos resultados, ya que desde el punto de vista de un observador externo, la probabilidad del resultado del experimento será la misma tanto en la interpretación de muchos mundos como en la de Copenhague.
Inmortalidad cuántica
La inmortalidad cuántica es un experimento mental que surge del experimento mental del suicidio cuántico y afirma que, según la interpretación de muchos mundos de la mecánica cuántica, los seres que tienen la capacidad de autoconciencia son inmortales.
Imaginemos que un participante en un experimento detona una bomba nuclear cerca de él. En casi todos los universos paralelos, una explosión nuclear destruirá al participante. Pero a pesar de esto, debe haber un pequeño número de Universos alternativos en los que el participante sobreviva de alguna manera (es decir, Universos en los que un posible escenario de rescate sea posible). La idea de la inmortalidad cuántica es que el participante permanece vivo y, por lo tanto, es capaz de percibir la realidad circundante, en al menos uno de los universos del conjunto, incluso si el número de dichos universos es extremadamente pequeño en comparación con el número de todos los universos posibles. Así, con el tiempo, el participante descubrirá que puede vivir para siempre. Se pueden encontrar algunos paralelos con esta conclusión en el concepto de principio antrópico.
Otro ejemplo Surge de la idea del suicidio cuántico. En este experimento mental, el participante se apunta a sí mismo con un arma, que puede dispararse o no dependiendo del resultado de la desintegración de algún átomo radiactivo. Hay un 50% de posibilidades de que el arma se dispare y el participante muera. Si la interpretación de Copenhague es correcta, entonces el arma eventualmente se disparará y el participante morirá.
Si la interpretación de Everett de los muchos mundos es correcta, entonces, como resultado de cada experimento realizado, el universo se divide en dos universos, en uno de los cuales el participante permanece vivo y en el otro muere. En mundos donde un participante muere, deja de existir. En cambio, desde el punto de vista del participante no muerto, el experimento continuará sin provocar que el participante desaparezca, ya que después de cada división del universo, sólo podrá ser consciente de sí mismo en aquellos universos en los que sobrevivió. Por tanto, si la interpretación de Everett de los muchos mundos es correcta, entonces el participante puede notar que nunca morirá en el experimento, "probando así" su inmortalidad, al menos desde su punto de vista.
Los defensores de la inmortalidad cuántica señalan que esta teoría no contradice ninguna ley conocida de la física (esta posición está lejos de ser aceptada unánimemente en el mundo científico). En su razonamiento, se basan en los dos supuestos controvertidos siguientes:
- La interpretación de muchos mundos de Everett es correcta, no la interpretación de Copenhague, ya que esta última niega la existencia de universos paralelos;
- todos los escenarios posibles en los que un participante puede morir durante el experimento contienen al menos un pequeño subconjunto de escenarios en los que el participante permanece vivo.
Un posible argumento contra la teoría de la inmortalidad cuántica es que la segunda suposición no se deriva necesariamente de la interpretación de muchos mundos de Everett y puede entrar en conflicto con las leyes de la física, que se cree que se aplican a todas las realidades posibles. La interpretación de muchos mundos de la física cuántica no implica necesariamente que “todo sea posible”. Sólo indica que en un momento determinado el universo puede dividirse en varios otros, cada uno de los cuales corresponderá a uno de los muchos resultados posibles. Por ejemplo, se cree que la segunda ley de la termodinámica se aplica a todos los universos probables. Esto significa que, teóricamente, la existencia de esta ley impide la formación de universos paralelos donde sería violada. La consecuencia de esto puede ser el logro, desde el punto de vista del experimentador, de un estado de realidad en el que su supervivencia futura se vuelve imposible, ya que esto requeriría una violación de la ley de la física que, según el supuesto anteriormente expuesto. , es válido para todas las realidades posibles.
Por ejemplo, en una explosión bomba nuclear descrito anteriormente, es bastante difícil describir un escenario plausible que no viole los principios biológicos básicos en los que el participante sobrevivirá. Las células vivas simplemente no pueden existir a las temperaturas que se alcanzan en el centro de una explosión nuclear. Para que la teoría de la inmortalidad cuántica siga siendo válida, es necesario que ocurra un fallo de encendido (y así evitar una explosión nuclear), o que ocurra algún evento que se base en leyes de la física aún no descubiertas o no probadas. Otro argumento en contra de la teoría en discusión puede ser la presencia de muerte biológica natural en todas las criaturas, que no se puede evitar en ninguno de los Universos paralelos (al menos en esta etapa del desarrollo de la ciencia).
Por otro lado, la segunda ley de la termodinámica es una ley estadística, y nada se contradice con la aparición de fluctuaciones (por ejemplo, la aparición de una región con condiciones adecuadas para la vida de un observador en un universo que generalmente ha alcanzado un estado de muerte térmica o, en principio, el posible movimiento de todas las partículas resultantes de una explosión nuclear, de tal manera que cada una de ellas pase volando por delante del observador), aunque tal fluctuación se producirá sólo en una parte extremadamente pequeña de todas; posibles resultados. El argumento sobre la inevitabilidad de la muerte biológica también puede refutarse basándose en consideraciones probabilísticas. Para cada organismo vivo en este momento En ese momento existe una probabilidad distinta de cero de que permanezca vivo durante el siguiente segundo. Por lo tanto, la probabilidad de que permanezca vivo durante los próximos mil millones de años también es distinta de cero (ya que es el producto gran número factores distintos de cero), aunque muy pequeño.
Lo problemático de la idea de la inmortalidad cuántica es que, según ella, un ser consciente de sí mismo se verá “obligado” a experimentar eventos extremadamente improbables que surgirán en situaciones en las que el participante parecería morir. Aunque en muchos universos paralelos el participante muere, los pocos universos que el participante es capaz de percibir subjetivamente se desarrollarán en un escenario extremadamente improbable. Esto, a su vez, puede provocar de alguna manera una violación del principio de causalidad, cuya naturaleza en la física cuántica aún no está suficientemente clara.
Aunque la idea de la inmortalidad cuántica surge en gran medida del experimento del “suicidio cuántico”, Tegmark sostiene que, en cualquier condición normal, todo ser pensante antes de morir pasa por una etapa (de unos pocos segundos a varios años) de nivel decreciente de autosuficiencia. conciencia, que no tiene nada que ver con la mecánica cuántica y el participante no tiene posibilidad de existencia continua al pasar de un mundo a otro, lo que le da la oportunidad de sobrevivir.
En este caso, un observador racional consciente de sí mismo continúa estando, por así decirlo, en un “cuerpo sano” sólo en un número relativamente pequeño de estados posibles en los que conserva la conciencia de sí mismo. La posibilidad de que el observador, aunque conserve la conciencia, quede lisiado es mucho mayor que si permanece ileso. Cualquier sistema (incluido un organismo vivo) tiene muchas más oportunidades de funcionar incorrectamente que de permanecer en su forma ideal. La hipótesis ergódica de Boltzmann requiere que el observador inmortal, tarde o temprano, pasará por todos los estados compatibles con la preservación de la conciencia, incluidos aquellos en los que sentirá un sufrimiento insoportable, y habrá muchos más estados de este tipo que estados de funcionamiento óptimo del organismo. Por tanto, como sugiere el filósofo David Lewis, deberíamos esperar que la interpretación de los muchos mundos sea errónea.
Si se abre la caja, entonces el experimentador debe ver sólo un estado específico: "el núcleo se ha descompuesto, el gato está muerto" o "el núcleo no se ha descompuesto, el gato está vivo".
“El gato de Schrödinger” es el nombre de un entretenido experimento mental, organizado, como probablemente ya habrás adivinado, por Schrödinger, o mejor dicho, Premio Nobel en física, por el científico austriaco Erwin Rudolf Joseph Alexander Schrödinger.
Wikipedia define el experimento de la siguiente manera: “Se coloca un gato en una caja cerrada. La caja contiene un mecanismo que contiene un núcleo radiactivo y un recipiente con gas venenoso. Los parámetros experimentales se seleccionan de modo que la probabilidad de que el núcleo se desintegre en 1 hora. es del 50%, si el núcleo se desintegra, se activa el mecanismo: el recipiente con el gas se abre y el gato muere.
Según la mecánica cuántica, si no se realiza ninguna observación del núcleo, entonces su estado se describe mediante una superposición (mezcla) de dos estados: un núcleo descompuesto y un núcleo no descompuesto, por lo tanto, un gato sentado en una caja está vivo y muerto. al mismo tiempo. Si se abre la caja, entonces el experimentador debe ver sólo un estado específico: "el núcleo se ha descompuesto, el gato está muerto" o "el núcleo no se ha descompuesto, el gato está vivo".
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Resulta que al final tenemos un gato vivo o muerto, pero potencialmente, el gato está vivo y muerto al mismo tiempo. Así, Schrödinger intentó demostrar las limitaciones de la mecánica cuántica, sin aplicarle determinadas reglas.
La interpretación de Copenhague de la física cuántica, y en particular de este experimento, indica que el gato adquiere las propiedades de una de las fases potenciales (vivo-muerto) sólo después de que el observador interviene en el proceso.
Es decir, cuando un Schrödinger en particular abre una caja, con toda seguridad tendrá que cortar salchichas o llamar al veterinario. El gato definitivamente estará vivo o muerto repentinamente. Pero hasta que no haya un observador en el proceso, una persona específica que tenga indudables ventajas en forma de visión y, como mínimo, una conciencia clara, el gato estará en el limbo "entre el cielo y la tierra".
La antigua parábola del gato que camina solo adquiere en este contexto nuevos matices. Sin duda, el gato de Schrödinger no es la criatura más próspera del Universo. Deseémosle al gato un resultado exitoso y recurramos a otro. una tarea entretenida del misterioso y a veces despiadado mundo de la mecánica cuántica.
Suena así: "¿Qué sonido hace un árbol que cae en el bosque si no hay ninguna persona cerca que pueda percibir este sonido?" Aquí, en contraste con el destino blanco y negro del gato infeliz/feliz, nos enfrentamos a una paleta multicolor de especulaciones: no hay sonido/hay sonido, cómo es, si existe y si no está ahí, entonces ¿por qué? Esta pregunta no puede responderse por una razón muy sencilla: la imposibilidad de realizar el experimento. Al fin y al cabo, cualquier experimento implica la presencia de un observador capaz de percibir y sacar conclusiones.
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Es decir, es imposible adivinar qué les sucede a los objetos de la realidad que nos rodean en nuestra ausencia. Y si no se puede percibir, entonces no existe. Tan pronto como salimos de una habitación, todo su contenido, junto con la habitación misma, deja de existir o, más precisamente, continúa existiendo sólo en potencial.
Al mismo tiempo, se produce un incendio o una inundación, un robo de equipos o invitados no invitados. Es más, también existimos en él, en diferentes estados potenciales. Uno camina por la habitación y silba una melodía estúpida, otro mira tristemente por la ventana, el tercero habla con mi esposa por teléfono. Incluso el nuestro vive en él. la muerte súbita o una buena noticia en forma de una llamada telefónica inesperada.
Imagina por un momento todas las posibilidades que se esconden detrás de la puerta. Ahora imagina que todo nuestro mundo es sólo una colección de potenciales no realizados. Es gracioso, ¿no?
ACERCA DE Sin embargo, aquí surge una pregunta lógica: ¿y qué? Sí, es gracioso, sí, es interesante, pero ¿qué cambia esto, en esencia? La ciencia guarda modestamente silencio al respecto. Para la física cuántica, este conocimiento abre nuevos caminos para comprender el Universo y sus mecanismos, pero para nosotros, personas alejadas de los grandes descubrimientos científicos, esa información parece no tener ninguna utilidad.
¿¡Cómo puede ser que esto no sirva de nada!? Después de todo, si yo, un mortal, existo en este mundo, entonces yo, un inmortal, existo en otro mundo. Si mi vida consiste en una racha de fracasos y decepciones, entonces en algún lugar existo: ¿éxito y feliz? De hecho, no hay nada fuera de nuestras sensaciones, así como no hay espacio hasta que entremos en ellas. Nuestros órganos de percepción sólo nos engañan, dibujando en nuestro cerebro una imagen del mundo que nos “rodea”. Lo que realmente hay fuera de nosotros sigue siendo un secreto detrás de siete sellos.
Recientemente se publicó en el conocido portal científico "PostScience" un artículo del autor Emil Akhmedov sobre las razones del surgimiento de la famosa paradoja, así como lo que no es.
El físico Emil Akhmedov habla sobre la interpretación probabilística, los sistemas cuánticos cerrados y la formulación de la paradoja.
En mi opinión, lo más psicológico, filosófico y en muchos otros aspectos la parte dificil La mecánica cuántica es su interpretación probabilística. Mucha gente ha discutido con la interpretación probabilística. Por ejemplo, Einstein, junto con Podolsky y Rosen, ideó una paradoja que refuta la interpretación probabilística.
Además de ellos, Schrödinger también defendió la interpretación probabilística de la mecánica cuántica. Como contradicción lógica con la interpretación probabilística de la mecánica cuántica, Schrödinger ideó la llamada paradoja del gato de Schrödinger. Se puede formular de diferentes maneras, por ejemplo: digamos que tienes una caja en la que está sentado un gato y a esta caja hay un cilindro de gas letal conectado. Al interruptor de este cilindro se le conecta una especie de dispositivo que permite o no la entrada del gas mortal, que funciona de la siguiente manera: hay un vidrio polarizador, y si el fotón que pasa tiene la polarización requerida, entonces el cilindro gira el gas fluye hacia el gato; si el fotón tiene la polarización incorrecta, entonces el cilindro no se enciende, la llave no se enciende, el cilindro no deja entrar gas al gato.
Digamos que el fotón está polarizado circularmente y el dispositivo responde a la polarización lineal. Puede que esto no esté claro, pero no es muy importante. Con cierta probabilidad el fotón estará polarizado de una manera, con cierta probabilidad de otra. Schrödinger dijo: la situación resulta que en algún momento, hasta que abramos la tapa y veamos si el gato está vivo o muerto (y el sistema esté cerrado), el gato estará vivo con cierta probabilidad y estará muerto con cierta probabilidad. Quizás estoy formulando la paradoja descuidadamente, pero el resultado final es una situación extraña: el gato no está ni vivo ni muerto. Así se formula la paradoja.
En mi opinión, esta paradoja tiene una explicación completamente clara y precisa. Quizás este sea mi punto de vista personal, pero intentaré explicarlo. La principal propiedad de la mecánica cuántica es la siguiente: si describimos un sistema cerrado, entonces la mecánica cuántica no es más que mecánica ondulatoria, mecánica ondulatoria. Esto significa que se describe mediante ecuaciones diferenciales cuyas soluciones son ondas. donde hay olas y ecuaciones diferenciales, hay matrices, etc. Se trata de dos descripciones equivalentes: descripción matricial y descripción de onda. La descripción matricial pertenece a Heisenberg, la descripción ondulatoria a Schrödinger, pero describen la misma situación.
Lo siguiente es importante: mientras el sistema está cerrado, se describe mediante una ecuación de onda, y lo que le sucede a esta onda se describe mediante algún tipo de ecuación de onda. Toda la interpretación probabilística de la mecánica cuántica surge después de que se abre el sistema: está influenciado desde el exterior por algún gran objeto clásico, es decir, no cuántico. En el momento del impacto, deja de ser descrito por esta ecuación de onda. Surge la llamada reducción de la función de onda y la interpretación probabilística. Hasta el momento de la apertura, el sistema evoluciona de acuerdo con la ecuación de onda.
Ahora necesitamos hacer algunos comentarios sobre en qué se diferencia un sistema clásico grande de uno cuántico pequeño. En términos generales, incluso un gran sistema clásico se puede describir utilizando una ecuación de onda, aunque esta descripción suele ser difícil de proporcionar y, en realidad, es completamente innecesaria. Estos sistemas difieren matemáticamente en sus acciones. El llamado objeto existe en la mecánica cuántica, en la teoría de campos. Para un sistema grande clásico la acción es enorme, pero para un sistema cuántico pequeño la acción es pequeña. Además, el gradiente de esta acción (la tasa de cambio de esta acción en el tiempo y el espacio) es enorme para un sistema clásico grande y pequeño para uno cuántico pequeño. Ésta es la principal diferencia entre los dos sistemas. Debido a que la acción es muy grande para un sistema clásico, es más conveniente describirla no mediante algunas ecuaciones de onda, sino simplemente mediante leyes clásicas como la ley de Newton, etc. Por ejemplo, por esta razón, la Luna gira alrededor de la Tierra no como un electrón alrededor del núcleo de un átomo, sino a lo largo de una órbita determinada, claramente definida, a lo largo de una trayectoria orbital clásica. Mientras que el electrón, al ser un pequeño sistema cuántico, se mueve como una onda estacionaria dentro de un átomo alrededor del núcleo, su movimiento se describe mediante una onda estacionaria, y ésta es la diferencia entre las dos situaciones.
Una medición en mecánica cuántica es cuando se influye en un sistema cuántico pequeño con un sistema clásico grande. Después de esto, la función de onda se reduce. En mi opinión, la presencia de un globo o un gato en la paradoja de Schrödinger es lo mismo que la presencia de un gran sistema clásico que mide la polarización de un fotón. En consecuencia, la medición no se produce en el momento en que abrimos la tapa de la caja y vemos si el gato está vivo o muerto, sino en el momento en que el fotón interactúa con el cristal polarizador. Así, en ese momento la función de onda del fotón se reduce, el globo se encuentra en un estado muy concreto: o se abre o no se abre, y el gato muere o no muere. Todo. No hay “gatos de probabilidad” de que con cierta probabilidad esté vivo, con cierta probabilidad de que esté muerto. Cuando dije que la paradoja del gato de Schrödinger tiene muchas formulaciones diferentes, sólo dije que hay muchas diferentes caminos inventa un dispositivo que mate o deje vivo a un gato. En esencia, la formulación de la paradoja no cambia.
He oído hablar de otros intentos de explicar esta paradoja utilizando la pluralidad de mundos, etc. En mi opinión, todas estas explicaciones no resisten las críticas. Lo que expliqué durante este video en palabras se puede poner en forma matemática y comprobar la exactitud de esta declaración. Una vez más enfatizo que, en mi opinión, la medición y reducción de la función de onda de un pequeño sistema cuántico se produce en el momento de la interacción con un gran sistema clásico. Un sistema clásico tan grande es un gato con un dispositivo que lo mata, y no una persona que abre una caja con un gato y ve si el gato está vivo o no. Es decir, la medición se produce en el momento de la interacción de este sistema con una partícula cuántica, y no en el momento de comprobar el gato. Estas paradojas, en mi opinión, encuentran explicación en la aplicación de teorías y el sentido común.
La esencia del experimento en sí.
El artículo original de Schrödinger describía el experimento de la siguiente manera:
También se pueden construir casos en los que haya bastante burlesque. Cierto gato está encerrado en una cámara de acero junto con la siguiente máquina infernal (que debe ser protegida de la intervención directa del gato): dentro de un contador Geiger hay una minúscula cantidad de sustancia radiactiva, tan pequeña que sólo un átomo puede desintegrarse en una hora, pero con la misma probabilidad de que no se desmorone; si esto sucede, se descarga el tubo de lectura y se activa el relé, soltándose el martillo, que rompe el matraz con ácido cianhídrico. Si dejamos todo este sistema solo durante una hora, entonces podemos decir que el gato estará vivo después de este tiempo, siempre y cuando el átomo no se desintegre. La primera desintegración del átomo envenenaría al gato. La función psi del sistema en su conjunto expresará esto mezclando o untando un gato vivo y uno muerto (perdón por la expresión) en partes iguales. Lo típico en tales casos es que la incertidumbre originalmente limitada al mundo atómico se transforma en incertidumbre macroscópica, que puede eliminarse mediante observación directa. Esto nos impide aceptar ingenuamente que el “modelo borroso” refleja la realidad. Esto en sí mismo no significa nada confuso o contradictorio. Existe una diferencia entre una foto borrosa o desenfocada y una foto de nubes o niebla. Según la mecánica cuántica, si no se realiza ninguna observación del núcleo, entonces su estado se describe mediante una superposición (mezcla) de dos estados: un núcleo descompuesto y un núcleo no descompuesto, por lo tanto, un gato sentado en una caja está vivo y muerto. al mismo tiempo. Si se abre la caja, el experimentador sólo puede ver un estado específico: "el núcleo se ha descompuesto, el gato está muerto" o "el núcleo no se ha descompuesto, el gato está vivo". La pregunta es: ¿cuándo deja de existir un sistema como mezcla de dos estados y elige uno específico? El objetivo del experimento es mostrar que la mecánica cuántica está incompleta sin algunas reglas que indiquen en qué condiciones la función de onda colapsa y el gato muere o permanece vivo, pero deja de ser una mezcla de ambas.
Como está claro que un gato debe estar vivo o muerto (no existe un estado que combine vida y muerte), esto será similar para el núcleo atómico. Debe estar descompuesto o no descompuesto.
El artículo original fue publicado en 1935. El propósito del artículo era discutir la paradoja de Einstein-Podolsky-Rosen (EPR), publicada por Einstein, Podolsky y Rosen a principios de ese año.