¿ALGUIEN HA VISTO UN LINDO GATITO?


Si la realidad nos ha sorprendido por sus “rarezas” a escala microscópica, esto no ha hecho más que empezar. En el siglo XX los físicos demuestran que tanto las partículas elementales como los átomos y las moléculas cumplían una extraña paradoja: la misteriosa cualidad de ser onda y partícula al mismo tiempo. Bien, parece que ahora tan sólo tenemos que asimilarlo y aceptarlo como parte de una realidad inesperada y extraña… pero, ¡no queda aquí la cosa!




Volvamos al experimento de la doble rendija de Young. Como se comentó en el artículo ¡Malditas Interferencias!, tanto fotones como electrones podían pasar por ambas rendijas a la vez y proyectaban su consabido patrón de interferencia al llegar a la última pantalla.
Pues bien, para refinar más el experimento, los científicos decidieron poner un detector en cada rendija para saber qué sucedía en cada una de ellas… 

¿Y QUE SUCEDIÓ?

Que cada partícula decidió entrar por una de las dos rendijas y no por ambas, es decir, no se comportaron como ondas, siguieron siendo partículas ¡como si supieran que las estaban observando! y como consecuencia el patrón que se obtuvo en la última pantalla no fue el de interferencia de las ondas. ¿Qué patrón apareció entonces? Pues el que se hubiera obtenido si el experimento se hubiera realizado con canicas o cualquier elemento tangible: dos franjas de impacto paralelas.


En este vídeo encontrarás una divertida y clara explicación

¿QUE SIGNIFICA ESTO?

Significa que en el experimento se ha introducido la observación, pero...  ¿Qué es observar?

Hasta que no son observados
 los objetos cuánticos
 ¿existen?
En física clásica observar es medir las propiedades de un objeto. Por ejemplo, sabemos que una piedra tiene una propiedades que nos hacen reconocerla como piedra (tamaño, forma, peso, etc.) esas propiedades están ahí aunque no las estemos observando. Pero el mundo cuántico, ya hemos visto, que va por libre y en él las cosas no son así. Las propiedades de los objetos no se pueden definir antes de ser observados, lo único que existe es un conjunto de probabilidades, que se describen mediante la función de onda (Es un objeto matemático que nos informa de cuáles son los resultados posibles de una medida y sus probabilidades relativas, pero no nos dice qué resultado concreto se obtendrá si un observador trata efectivamente de medir el sistema o averiguar algo sobre él - Wikipedia), por lo que se podría decir que antes de medir, los objetos cuánticos son una función matemática, una superposición borrosa de posibilidades. Si no lo observamos, éstos se comportan de forma determinista, es decir, según describe la Ecuación de Schrödinger (Ecuación de onda que predice analíticamente y con precisión, la probabilidad de eventos o resultados)
Ufff!!!
Todo lo que puede describirse con la ecuación de Schrödinger está en un estado superposicional existiendo en todos los estados cuánticos posibles a la vez (posición, momento, energía). Pero durante el experimento de la doble rendija, al medirse la posición se obtiene un único resultado con una probabilidad del 100% y no se produce patrón de interferencia.
¿Y de qué depende dicho resultado? De la Regla de Born, que establece que la probabilidad de encontrar un objeto cuántico en cualquier lugar es proporcional al cuadrado de la función de onda.




Pero, ¿por qué produce el colapso de la onda de probabilidad? Heinsenberg interpretó que la medición producía el colapso de la función de onda, desde un estado superposicional a un solo estado. Al solo poderse asignar una probabilidad a cada posibilidad lo que se está afirmando es que el resultado es una cuestión de azar, y es justamente eso lo que decía Einstein que no creía que hiciera "Dios" o "El Viejo" con el universo “jugar a los dados”.

¿Qué sucede “realmente” cuando se observa?
Bien, los científicos dan varias explicaciones ¡la cosa no es para menos! su sentido de la realidad empieza a tambalearse y no todos están de acuerdo a la hora de interpretar lo que ven. Para resumir hay que decir que existen varias interpretaciones, una de ellas es la  de Copenhague que se debe a los científicos Niels Bohr y Werner Heisenberg, del Instituto de Física Teórica de Copenhague. Para dicha escuela, se produce una observación cuando un objeto microscópico interacciona con un objeto macroscópico. Por ejemplo, cuando una película fotográfica es golpeada por un fotón, ésta ha "observado" el fotón o cuando un contador Geiger produce un chasquido al entrar un electrón, entonces el contador ha “observado” al electrón.   Cuando se produce dicha observación la onda de probabilidad colapsa.
Pero para el matemático John von Neumann el contador Geiger entraría también en estado de superposición junto con el electrón y si un segundo aparato entrara en contacto con el contador se uniría igualmente al estado de superposición y así sucesivamente, es lo que se denomina la cadena de von Neumann.


¿Cuándo pararía la cadena de crecer? 
Von Neumman demostró que ningún sistema físico que obedeciera las leyes de la física podría provocar el colapso de la función de onda, es necesario que exista un “observador” externo al sistema que escape al comportamiento de la mecánica cuántica y provoque que la realidad deje de estar en superposición. Este observador externo sólo puede ser la conciencia humana, pues ésta no es materia, así pues, el “observador” capaz de acabar con la superposición y materializar una realidad concreta solo puede ser un “observador” consciente.

Aplicando la cadena de von Neumann al experimento de la doble rendija sería algo así:


Aquí también podríamos preguntarnos ¿qué es un observador consciente?
Este es un tema bastante profundo que será tratado en otras entradas dedicadas al misterio de la consciencia. Por ahora, es intuitivo pensar que los seres humanos somos conscientes, pero ¿son conscientes los animales? ¿lo son los robots? 
Solo como apunte, es preciso difundir la declaración sobre la consciencia de los animales  firmada en la Universidad de Cambrige, el 7 de julio de 2012 y realizada por 13 neurocientíficos de prestigiosas instituciones como Caltech, MIT, el Instituco Max Planck, en presencia de Stephen Hawking.


"De la ausencia de neocórtex no parece concluirse que un organismo no experimente estados afectivos. Las evidencias convergentes indican que los animales no humanos tienen los sustratos neuroanatómicos, neuroquímicos, y neurofisiológicos de los estados de la conciencia junto con la capacidad de exhibir conductas intencionales…"  Low, Philip et al. (2012) The Cambridge Declaration on Consciousness 


Así pues, podríamos suponer que los animales también podrían colapsar la onda de superposición y materializar la realidad. Aunque también podemos preguntarnos ¿es lo mismo tener conciencia que estar consciente? ¿Puede materializar la onda de probabilidad, mediante la observación, un individuo que no sepa interpretar la información que envía el detector?


Afirma Schrödinger: «¿Sería el mundo de otro modo sin observadores conscientes, una obra representada ante asientos vacíos, sin existir para nadie, y por ende sin existir propiamente?»
Un par de años despúes de que von Neumann nos mostrara la necesidad de la consciencia, Schrödinger creó la metáfora del gato para poner a prueba la cuestión de la superposición de estados sobre todo cuando se relacionan con estados macroscópicos, dando lugar a situaciones absurdas.

LA PARADOJA DEL GATO

El físico Edwin Schrödinger propuso, en 1935, un experimento mental conocido como “El gato de Schrödinger” (no perder de vista este gato porque está encerrado en más de una entrada) que consistía en meter dentro de una caja opaca a un pobre gato, un aparato con un 50% de posibilidades de emitir una partícula radioactiva y un contador Geiger dispuesto de tal forma que si registraba la emisión de dicha partícula activara un mecanismo donde un martillo rompería una botella de gas venenoso. La cuestión es que el gato tenía un 50% de posibilidades de vivir o morir. Bien, pues para averiguar el resultado del experimento era necesario abrir la caja y observar dentro, pero,
¿qué sucede mientras no se abre? 



Para Einstein, el gato estaría en todo momento del experimento vivo o muerto, ya que consideraba que la información de lo que sucedía era incompleta. Al abrir la caja no sucede nada sorprendente, el estado del gato cambia porque lo hace la información que se tiene sobre él.
Para la escuela de Copenhague, en cambio, el gato está vivo y muerto al mismo tiempo, se encuentra en un estado borroso y sólo se hace nítido al abrir la caja. Pero
¿Que es medir en este experimento? ¿abrir la caja? ¿por qué se trata cuánticamente al gato y a la caja y no a la persona que mira dentro? ¿que pasaría si en lugar de un gato fuera una persona quien estuviera en la caja? o ¿ que pasaría si una persona observa a otra abrir la caja?

sígueme a  la entrada "Yo pienso, luego tú existes" (próximamente)

El siguiente video es un episodio de la serie de televisión "Gritos en la noche" titulado "Si un árbol cae..." es una historia de miedo que plantea de forma curiosa el poder de la observación


1ª PARTE
2ª PARTE
                        


Referencias:
- El enigma cuántico. B Rosenblum y F. Kuttner
Más allá de la razón: ocho grandes problemas que revelan los límites de la ciencia. AK Dewdney 
- Cómo llegamos a conocer el cosmos: Light & Matter. Helen Klus
- Algunos aspectos de la Mecánica Cuántica. M.R.Guerra
- Cuántica sin fórmulas. El gato de Schrödinger
- La física cuántica. Etienne Klein 
- Misticismo cuántico. Wikipedia
- Interpretaciones de la mecánica cuántica. Wikipedia