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El gato de Schrödinger salva por fin su vida

Ya es posible observarlo sin necesidad de exponerlo a la muerte


Ya es posible medir la superposición de estados sin perturbar un sistema cuántico: un modelo matemático consigue observar al gato de Schrödinger sin poner en peligro su vida. Nuevo paso para la comprensión de la mecánica cuántica.


Eduardo Martínez de la Fe
Eduardo Martínez de la Fe, es el Editor de Tendencias21. Saber más del autor



Una de las grandes cuestiones de la física de partículas es que resulta bastante complicado observarlas sin que esa observación cambie su naturaleza, lo que ha derivado en la suposición de que la realidad, en su estado más elemental, es inaccesible al conocimiento humano.

Holger F. Hofmann, profesor asociado de Física en la Universidad de Hiroshima en Japón, explica al  respecto: “para mirar, debemos tener luz, y la luz cambia el objeto. De hecho, incluso un solo fotón de luz transfiere energía al objeto que se está mirando.”

Una interpretación de esta evidencia es que, como no se puede medir nada sin alterarlo, eso significa que todo lo que sabemos del mundo cuántico es algo de alguna forma subjetivo: depende del observador (que ilumina la realidad para poder observarla).

Volviendo al gato de Schrödinger

Es una polémica muy antigua que se remonta a 1935, cuando el físico Erwin Schrödinger propuso un ejemplo imaginario para explicar esta paradoja: si tenemos un gato dentro de una caja en la que hemos introducido por un lado alimento y por el otro veneno, al final es el dueño del gato el que decide su suerte al abrir la caja: estará vivo o muerto según lo que el observador quiera encontrarse.

Tal como explicamos en otro artículo, sin embargo, el efecto del gato de Schrödinger se ha diluido en la historia de la Física cuántica a medida que la observación se ha ido complejizando: en la actualidad se cuestiona que podamos tener alguna influencia directa en la creación de los procesos físicos.

Sin embargo, otra investigación más reciente ha establecido que es posible observar lo que ocurre dentro de la caja antes de que el gato tome la decisión de tomar el alimento o el veneno, algo que hasta ahora se consideraba imposible.

En consecuencia, considera plausible que podamos anticipar el movimiento del gato e impedir que, por ejemplo, tome el veneno.

El salto cuántico que conduciría al gato a la muerte incluso podemos revertirlo y retrotraer en el tiempo al gato envenenado y recuperarlo vivo, según esta última investigación. En esta interpretación, el observador vuelve a recuperar cierto protagonismo.

Más lejos todavía

Una nueva investigación, desarrollada por el citado Holger F. Hofmann, y por Kartik Patekar, del Instituto Tecnológico de Bombay (India), ha llegado ahora más lejos en este enredo teórico sobre la naturaleza del mundo cuántico y las posibilidades de que lo conozcamos como es, e incluso de que podamos influir en su dinámica.

Este equipo ha desarrollado un modelo matemático que permite separar dos momentos del proceso de observación: la mirada y el resultado. Asegura que ahora es posible observar al gato de Schrödinger sin poner en peligro su vida. Los resultados se publican en la revista New Journal of Physics.

En el ejemplo imaginario de Schrödinger, mientras nadie mira dentro de la caja, el gato está realmente vivo y muerto a la vez, a la espera de que alguien decida su suerte. El gato está en lo que en física cuántica se conoce como superposición de estados.

Hofman recurre al ejemplo del gato de Schrödinger para explicar lo que ha conseguido. En vez de mirar dentro de la caja, una cámara fotográfica consigue tomar una instantánea de lo que en ese momento está sucediendo en su interior.

Imagen borrosa

La foto así adquirida es borrosa: podemos ver al gato, pero no sabemos si está vivo o muerto. Pero la imagen nos dice algo más: el flash ha eliminado la superposición de estados (la etiqueta cuántica) y el futuro del gato depende ahora de cómo procesemos la foto (algo ajeno al sistema cuántico en sí mismo).

Es decir, la foto (una imagen) es la que está asociada al futuro del gato, y no el observador (directamente).

La foto, explica Hofmann, se puede procesar en un ordenador o en un cuarto oscuro y dependiendo de esa elección, sabremos si el gato está vivo o muerto, e incluso si el flash de la cámara fotográfica influyó o no en su estado final.

La ventaja de esta fórmula es que permite determinar si el gato está vivo o muerto sin necesidad de abrir la caja (y exponernos a encontrarlo muerto), así como restaurar la etiqueta cuántica (la superposición de estados). Pero estas dos ventajas no se pueden disfrutar a la vez.

Dado que el gato en la caja (arriba a la izquierda) está en una superposición, eso significa que puede estar muerto y vivo y está marcado con una etiqueta cuántica que comprende ambos estados. La foto del gato está vinculada a la situación dentro de la caja. Podemos decidir el destino del gato procesando la foto de cierta manera (abajo a la izquierda), o podemos mantenerlo en superposición (vivo y muerto) restaurando la etiqueta cuántica mediante un proceso diferente (abajo a la derecha). Crédito: Holger F. Hofmann y Emma Buchet. Universidad de Hiroshima.
Dado que el gato en la caja (arriba a la izquierda) está en una superposición, eso significa que puede estar muerto y vivo y está marcado con una etiqueta cuántica que comprende ambos estados. La foto del gato está vinculada a la situación dentro de la caja. Podemos decidir el destino del gato procesando la foto de cierta manera (abajo a la izquierda), o podemos mantenerlo en superposición (vivo y muerto) restaurando la etiqueta cuántica mediante un proceso diferente (abajo a la derecha). Crédito: Holger F. Hofmann y Emma Buchet. Universidad de Hiroshima.
Aportación física

Lo que viene a significar este ejemplo es que los autores de esta investigación han conseguido una forma de medir un sistema cuántico sin cambiarlo.

Han comprobado que la información de un sistema cuántico observado desde fuera (la supuesta cámara fotográfica) permite determinar su estado, en función del método analítico que se escoja.

También que, aunque ese análisis está fuera del sistema cuántico, es posible restaurar la superposición inicial de estados y medirla mediante una lectura cuidadosa de los datos cuánticos.

Tal como explican en su artículo, al elegir el método indirecto de medición (a través de una imagen), la resolución de esa imagen (que señala la cantidad de información extraída del sistema cuántico) y la perturbación (todo lo que ha cambiado el sistema por la medición) se equilibran.

Es decir, al separar (artificialmente, en un marco matemático) la observación y el resultado, han conseguido medir un sistema cuántico sin perder la superposición de estados.

“Esto es solo un paso adelante en nuestra comprensión de la mecánica cuántica”, explica Hofmann. Todavía nos queda mucho por aprender del gato de Schrödinger.

Referencia

The role of system–meter entanglement in controlling the resolution and decoherence of quantum measurements. Kartik Patekar and Holger F Hofmann. New Journal of Physics, Volume 21, October 2019. DOI: 10.1088 / 1367-2630 / ab4451.


Lunes, 11 de Noviembre 2019
Artículo leído 33157 veces



Nota



Comente este artículo

1.Publicado por Alejandro Álvarez Silva el 11/11/2019 11:27
Muy interesante. Saludos

2.Publicado por Alvaro Bertrand el 11/11/2019 15:18
No entiendo nada pero vamos avanzando. Gracias!! :-)

3.Publicado por Ezequiel el 11/11/2019 18:33
Puede que me equivoque, pero creo que no se pone veneno (al mismo nivel del alimento) sino, que se dispone un mecanismo en la caja, el cual es accionado con la apertura de la caja. De ahí que el que el observador haya abierto la caja, signifique la muerte del gato, y la no apertura mantiene al gato vivo

4.Publicado por Omar el 12/11/2019 19:46
Así es.......completamente de acuerdo

5.Publicado por Ronny Anderson el 18/11/2019 07:42
Buena observación para esta clase de mecanicas que aun se dan y que la mayoria de la gente desconoce, por al menos aprendí algo nuevo.

6.Publicado por Carlos Rossique el 19/11/2019 18:37
Este artículo me parece un completo sinsentido y una tomadura de pelo. Podemos elegir revelar la foto en el cuarto oscuro... ¿en serio?¿El autor se está quedando con nosotros?

7.Publicado por Mario el 22/11/2019 17:13
Para Ezequiel:
Estás equivocado. Sí que se pone veneno al alcance del gato. De esta manera el gato decide si vive o muere. El observador afuera no lo sabe de hasta que abre la caja. Si pones el mecanismo, siempre obtendrás el mismo resultado y es que vas a matar al gato y no hay experimento cuando exista la posibilidad que el gato aún esté vivo.
Es más, para hacerlo todavía más aleatorio, hay otra versión en la que existe un elemento radiactivo. Como seguramente sabes, éstos sufren decaimiento que es imposible predecir, pero sí estimar. Hay una trampa que mata al gasto en el momento en que el elemento decae. Si se abre la caja durante el periodo estimado de decaimiento hay 50% de posibilidades de que el gato siga vivo y 50% de que haya muerto, pero no lo sabrás hasta que la abras, momento en el cual asignas un estado al sistema y desaparece el otro. Puede que hayas influenciado el sistema al abrir la caja y provocar el decaimiento no del elemento radiactivo matando al gato

8.Publicado por Pikachu el 24/11/2019 19:47
Si el gato no estuviese en ningún lugar determinado o indeterminado,sino simplemente durmiendo en el momento que el observador localizarse una posición indeterminable o determinada sería igualmente imposible encontrar un punto de encuentro entre el observador y los datos que podrían ser verificables si estuvieses ni arriba ni abajo si fueras tú y tu universo que el mismo gato triste y azul que no acabamos de saber si está vivo o muerto ,cuando sabemos que en cada uno hay unprincipio de incertidumbre de distopía y autopistas a la vez por eso la solución siempre será a gusto de cada uno.

9.Publicado por Pikachu el 24/11/2019 20:56
?..?

10.Publicado por Carlos M. Palacios M. el 27/11/2019 22:39
El meollo del asunto está en la explicación inicial de Hofmann: "Para mirar tenemos que tener luz, y la luz cambia el objeto (la partícula cuántica, se entiende). De hecho, incluso solo un fotón de luz transfiere energía al objeto que se está mirando (la partícula)". Para el sentido común esto significa simplemente que no podemos conocer el estado original en que se encontraba la partícula; no que existan "estados superpuestos" de la partícula. Nada de gatos vivos y muertos al mismo tiempo.Significa además, que la realidad es lo que es, independientemente de lo que creamos que la realidad es. Pero claro, todo esto solo para el sentido común, y bien sabemos que el sentido común parece haber sido exiliado de la teoría cuántica.
Saludos.

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