En 1935, dos años después de ganar el Premio Nobel por sus contribuciones a la física cuántica, el físico austriaco Erwin Schrödinger propuso el famoso experimento mental conocido como la paradoja del gato de Schrödinger .
¿Qué es la paradoja del gato de Schrödinger?

La paradoja es una de las cosas más conocidas sobre la mecánica cuántica en la cultura popular, pero no es simplemente una forma surrealista y divertida de describir cómo la cuántica el mundo se comporta, en realidad golpea una crítica clave de la interpretación dominante de la mecánica cuántica.

Resiste porque propone la idea absurda de un gato vivo y muerto al mismo tiempo, pero tiene cierto peso filosófico porque, en un sentido, esto realmente es algo que la mecánica cuántica podría sugerir que es posible.

A Schrödinger se le ocurrió el experimento mental precisamente por esta razón. Como muchos otros físicos, no estaba completamente satisfecho con la interpretación de Copenhague de la mecánica cuántica, y estaba buscando una manera de transmitir lo que él veía como el defecto central en él como una forma de describir la realidad.
La Interpretación de Copenhague de la mecánica cuántica

La interpretación de Copenhague de la mecánica cuántica sigue siendo el intento más ampliamente aceptado de dar sentido a lo que la física cuántica realmente significa en un sentido físico.

Esencialmente dice que la función de onda (que describe el estado de una partícula) y la ecuación de Schrödinger (que usa para determinar la función de onda) le dice todo lo que puede saber sobre un estado cuántico. Esto puede sonar razonable al principio, pero implica muchas cosas sobre la naturaleza de la realidad que no se sientan bien con muchas personas.

Por ejemplo, la función de onda de una partícula se extiende por el espacio, y entonces el Copenhague la interpretación establece que una partícula no tiene una ubicación definitiva hasta que se realiza una medición.

Cuando realiza una medición, provoca el colapso de la función de onda, y la partícula cae en uno de varios estados posibles al instante, y esto puede solo se pronosticará en términos de probabilidad.

La interpretación dice que las partículas cuánticas en realidad no tienen valores de observables como posición, momento o giro hasta que se hace una observación
. Existen en una variedad de estados potenciales, en lo que se llama una "superposición" y esencialmente pueden considerarse como todos ellos a la vez, aunque ponderados para reconocer que algunos estados son más probables que otros.

Algunos tome esta interpretación más estrictamente que otras, por ejemplo, la función de onda podría verse simplemente como una construcción teórica que permite a los científicos predecir los resultados de los experimentos, pero así es como la interpretación considera la teoría cuántica.
Schrödinger's Cat

En el experimento mental, Schrödinger propuso colocar un gato en una caja, por lo que estaba oculto para los observadores (también se puede imaginar que es una caja insonorizada) junto con un vial de veneno. El vial de veneno está preparado para romper y matar al gato si se produce un determinado evento cuántico, que Schrödinger consideró como la descomposición de un átomo radiactivo que se puede detectar con un contador Geiger.

Como un proceso cuántico, El momento de la desintegración radiactiva no puede predecirse en ningún caso específico, solo como un promedio en muchas mediciones. Entonces, sin una manera de detectar realmente la descomposición y el frasco de la ruptura del veneno, literalmente no hay forma de saber si sucedió en el experimento.

De la misma manera que las partículas no se consideran en un ubicación particular antes de la medición en la teoría cuántica, pero una superposición cuántica de estados posibles, el átomo radiactivo puede considerarse en una superposición de "decaído" y "no decaído".

La probabilidad de cada uno podría ser predicho a un nivel que sería preciso en muchas mediciones pero no para un caso específico. Entonces, si el átomo radiactivo está en una superposición, y la vida del gato depende completamente de este estado, ¿significa esto que el estado del gato también está en superposición de estados? En otras palabras, ¿está el gato en una superposición cuántica de vivos y muertos?

¿La superposición de estados solo ocurre a nivel cuántico, o el experimento mental muestra que también debería aplicarse lógicamente a los objetos macroscópicos? Si no puede aplicarse a objetos macroscópicos, ¿por qué no? Y sobre todo: ¿no es todo esto un poco ridículo?
¿Por qué es importante?

El experimento mental llega al corazón filosófico de la mecánica cuántica. En un escenario fácil de entender, los posibles problemas con la interpretación de Copenhague se dejan al descubierto y los proponentes de la explicación quedan con algunas explicaciones que hacer. Una de las razones por las que ha sufrido en la cultura popular es, sin duda, que muestra vívidamente la diferencia entre cómo la mecánica cuántica describe el estado de las partículas cuánticas y la forma en que describe los objetos macroscópicos.

Sin embargo, también aborda la noción de lo que quiere decir con "medición" en mecánica cuántica. Este es un concepto importante, porque el proceso de colapso de la función de onda depende fundamentalmente de si se ha observado algo.

¿Es necesario que las personas observen físicamente el resultado de un evento cuántico (por ejemplo, leer el contador Geiger), ¿O simplemente necesita interactuar con algo macroscópico? En otras palabras, ¿es el gato un "dispositivo de medición" en este escenario? ¿Es así como se resuelve la paradoja?

Realmente no hay una respuesta a estas preguntas que sea ampliamente aceptada. La paradoja capta perfectamente de qué se trata la mecánica cuántica que es difícil de soportar para los humanos acostumbrados a experimentar el mundo macroscópico y, de hecho, cuyos cerebros finalmente evolucionaron para comprender el mundo en el que vives y no el mundo de las partículas subatómicas.
La paradoja de EPR

La paradoja de EPR es otro experimento mental destinado a mostrar problemas con la mecánica cuántica, y lleva el nombre de Albert Einstein, Boris Podolsky y Nathan Rosen, quienes idearon la paradoja. Esto se relaciona con el entrelazamiento cuántico, al que Einstein se refirió famoso como "acción espeluznante a distancia".

En mecánica cuántica, dos partículas pueden "enredarse", de modo que ninguno de los pares no puede describirse sin referencia al otro: sus estados cuánticos se describen mediante una función de onda compartida que no se puede separar en una para una partícula y una para otra.

Por ejemplo, dos partículas en un estado enredado específico pueden tener su "giro" medido, y si se mide que uno tiene giro "hacia arriba", el otro debe tener giro "hacia abajo", y viceversa, aunque esto no se determina de antemano.

De todos modos, esto es un poco difícil de aceptar Pero, ¿y si la paradoja de EPR propone que las dos partículas estaban separadas por una gran distancia? La primera medición se realiza y revela "girar hacia abajo", pero luego poco después (tan rápido que incluso una señal de luz no podría haber viajado de un lugar a otro a tiempo) se realiza una medición en la segunda partícula.

¿Cómo "sabe" la segunda partícula el resultado de la primera medición si es imposible que una señal haya viajado entre los dos?

Einstein creía que esto era una prueba de que la mecánica cuántica estaba "incompleta" " en juego que explicarían resultados aparentemente ilógicos como estos. Sin embargo, en 1964, John Bell encontró una manera de comprobar la presencia de las variables ocultas que Einstein propuso y encontró una desigualdad que, si se rompiera, probaría que el resultado no podría obtenerse con una teoría de variables ocultas.

Los experimentos realizados sobre la base de esto han encontrado que la desigualdad de Bell está rota, por lo que la paradoja es solo otro aspecto de la mecánica cuántica que parece extraño pero es simplemente la forma en que funciona la mecánica cuántica.