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Gato de Schrödinger

El gato de Schrödinger es un experimento mental, a veces descrito como una paradoja, ideado por el físico austriaco-irlandés Erwin Schrödinger en 1935,[1]​ durante el curso de discusiones con Albert Einstein.[2]​ Ilustra lo que él vio como el problema de la interpretación de Copenhague de la mecánica cuántica. El escenario presenta un gato hipotético que puede estar simultáneamente vivo y muerto,[3][4][5][6][7][8][9]​ un estado conocido como superposición cuántica, como resultado de estar vinculado a un evento subatómico aleatorio que puede ocurrir o no.

Un gato, junto a un matraz con veneno y un dispositivo con una partícula radiactiva, dentro de una caja sellada. Si el dispositivo detecta radiación rompe el frasco, liberando el veneno que mata al gato. Según la interpretación de Copenhague, después de un tiempo, el gato está al mismo tiempo vivo y muerto.
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El experimento mental también se presenta a menudo en discusiones teóricas sobre las interpretaciones de la mecánica cuántica, particularmente en situaciones que involucran el problema de la medición. Schrödinger acuñó el término Verschränkung (entrelazamiento cuántico) durante el desarrollo del experimento mental.

Origen y motivación

 
Una figura de gato de tamaño natural y móvil en el jardín de Huttenstrasse 9, Zúrich, donde Erwin Schrödinger vivió entre 1921 y 1926. Un visitante de la casa no puede saber de antemano dónde estará el gato.[10]

Schrödinger pretendía que su experimento mental fuera una discusión de la paradoja EPR, llamada así por sus autores Einstein, Podolsky y Rosen en 1935.[11]​ La paradoja EPR destacó la naturaleza contraintuitiva de las superposiciones cuánticas, en las que un sistema cuántico como un átomo o el fotón puede existir como una combinación de múltiples estados correspondientes a diferentes resultados posibles.

La teoría predominante, llamada interpretación de Copenhague dice que un sistema cuántico permanece en superposición hasta que interactúa con el mundo externo o es observado por él. Cuando esto sucede, la superposición colapsa en uno u otro de los posibles estados definidos. El experimento EPR muestra que un sistema con múltiples partículas separadas por grandes distancias puede estar en tal superposición. Schrödinger y Einstein intercambiaron cartas sobre el artículo EPR de Einstein, en el curso del cual Einstein señaló que el estado de un barril inestable de pólvora, después de un tiempo, contendrá una superposición de estados explotados y sin explotar. [cita requerida]

Para ilustrar mejor, Schrödinger describió cómo se podría, en principio, crear una superposición en un sistema a gran escala haciéndolo dependiente de una partícula cuántica que estaba en una superposición. Propuso un escenario con un gato en una cámara de acero cerrada, en el que la vida o la muerte del gato dependía del estado de un átomo radiactivo, si se había descompuesto y emitido radiación o no. Según Schrödinger, la interpretación de Copenhague implica que el gato permanece vivo y muerto hasta que se observa el estado. Schrödinger no deseaba promover la idea de gatos muertos y vivos como una posibilidad seria; por el contrario, pretendía que el ejemplo ilustrara el absurdo de la visión existente de la mecánica cuántica.[1]

Sin embargo, desde la época de Schrödinger, los físicos han propuesto otras interpretaciones de la mecánica cuántica, algunos de los cuales consideran que la superposición del gato "vivo y muerto" es bastante real.[9][6]​ Intentado como una crítica de la interpretación de Copenhague (la ortodoxia predominante en 1935), el experimento mental del gato de Schrödinger sigue siendo una piedra de toque para las interpretaciones modernas de la mecánica cuántica y puede usarse para ilustrar y comparar sus fortalezas y debilidades.[12]

Interpretaciones

 
La paradoja de la mecánica cuántica del "gato de Schrödinger" según la interpretación de los muchos mundos. En esta interpretación, cada evento es un punto de ramificación. El gato está vivo y muerto, sin importar si la caja está abierta, pero los gatos "vivos" y "muertos" están en diferentes ramas del universo que son igualmente reales pero que no pueden interactuar entre sí.
  • Siguiendo la interpretación de Copenhague, en el momento en que abramos la caja, la sola acción de observar modifica el estado del sistema tal que ahora observamos un gato vivo o un gato muerto. Este colapso de la función de onda es irreversible e inevitable en un proceso de medida, y depende de la propiedad observada. Es una aproximación pragmática al problema, que considera el colapso como una realidad física sin justificarlo completamente. El Postulado IV de la mecánica cuántica expresa matemáticamente cómo evoluciona el estado cuántico tras un proceso irreversible de medida.
  • En la interpretación del colapso objetivo, la superposición de estados se destruye aunque no se produzca observación, difiriendo las teorías en qué magnitud física es la que provoca la destrucción (tiempo, gravitación, temperatura, términos no lineales en el observable correspondiente). Esa destrucción es lo que evita las ramas que aparecen en la teoría de los «muchos mundos». La palabra «objetivo» procede de que en esta interpretación tanto la función de onda como el colapso de la misma son «reales», en el sentido ontológico. En la interpretación de los «muchos mundos», el colapso no es objetivo, y en la de Copenhague es una hipótesis ad hoc.
  • La interpretación relacional rechaza la interpretación objetiva del sistema, y propone en cambio que los estados del sistema son estados de relación entre el observador y el sistema. Distintos observadores, por tanto, describirán el mismo sistema mediante distintas funciones de onda. Antes de abrir la caja, el gato tiene información sobre el estado del dispositivo, pero el experimentador no tiene esa información sobre lo que ha ocurrido en la caja. Así, para el gato, la función de onda del aparato ya ha colapsado, mientras que para el experimentador el contenido de la caja está aún en un estado de superposición. Solamente cuando la caja se abre, y ambos observadores tienen la misma información sobre lo que ha pasado, las dos descripciones del sistema colapsan en el mismo resultado.
  • La interpretación asambleística o estadística interpreta la función de onda como una combinación estadística de múltiples sistemas idénticos. La superposición es una abstracción matemática que describe este conjunto de sistemas idénticos; pero cuando observamos un sistema individual, el resultado es uno de los estados posibles. Sin embargo, esta interpretación es incapaz de explicar fenómenos experimentales asociados a partículas individuales, como la interferencia de un solo fotón en la versión cuántica del experimento de Young.

Aplicaciones y pruebas

El gato de Schrödinger y la superposición cuántica de estados y efecto del medio ambiente a través de la decoherencia (en inglés)

El experimento descrito es puramente teórico y no se sabe que la máquina propuesta haya sido construida. Sin embargo, se han realizado experimentos exitosos que involucran principios similares, por ejemplo, superposiciones de objetos relativamente grandes (según los estándares de la física cuántica).[13]​ Estos experimentos no muestran que un objeto del tamaño de un gato pueda superponerse, pero el límite superior conocido de los "estados felinos" ha sido nombrado así en su honor. En muchos casos, el estado es de corta duración, incluso cuando se enfría casi al cero absoluto.

  • Se ha logrado un "estado de gato" con fotones.[14]
  • Se ha atrapado un ión de berilio en un estado superpuesto.[15]
  • Un experimento que involucra un dispositivo superconductor de interferencia cuántica ("SQUID") se ha relacionado con el tema del experimento mental: "El estado de superposición no corresponde a mil millones de electrones que fluyen en una dirección y mil millones de otros fluyen en la otra dirección. Los electrones superconductores se mueven en masa. Todos los electrones superconductores en el SQUID fluyen en ambos sentidos alrededor del bucle a la vez cuando están en el estado de gato de Schrödinger".[16]
  • Se ha construido un "diapasón" piezoeléctrico, que se puede colocar en una superposición de estados vibrantes y no vibrantes. El resonador comprende aproximadamente 10 billones de átomos.[17]
  • Se ha propuesto un experimento con un virus de la gripe.[18]
  • Se ha propuesto un experimento con una bacteria y un oscilador electromecánico.[19]

En computación cuántica, la frase "estado de gato" a veces se refiere al estado GHZ (Greenberger–Horne–Zeilinger), en el que varios qubits están en una superposición igual de todos 0 y todos 1; p.ej,

 

Según al menos una propuesta, puede ser posible determinar el estado del gato antes de observarlo.[20][21]

Extensiones

El amigo de Wigner es una variante del experimento con dos observadores humanos: el primero hace una observación sobre si se ve un destello de luz y luego comunica su observación a un segundo observador. El problema aquí es, ¿la función de onda "colapsa" cuando el primer observador mira el experimento, o solo cuando el segundo observador está informado de las observaciones del primer observador?

En otra extensión, físicos prominentes han llegado a sugerir que los astrónomos que observaron la energía oscura en el universo en 1998 pueden haber "reducido su esperanza de vida" a través de un escenario pseudo-felino de Schrödinger, aunque este es un punto de vista controvertido.[22][23]

En agosto de 2020, los físicos presentaron estudios que involucran interpretaciones de la mecánica cuántica que están relacionadas con las paradojas del gato de Schrödinger y del amigo de Wigner, lo que resultó en conclusiones que desafían supuestos aparentemente establecidos sobre la realidad.[24][25][26]

Referencias

  1. Schrödinger, Erwin (November 1935). «Die gegenwärtige Situation in der Quantenmechanik (The present situation in quantum mechanics)». Naturwissenschaften 23 (48): 807-812. Bibcode:1935NW.....23..807S. doi:10.1007/BF01491891. 
  2. Fine, Arthur. «The Einstein-Podolsky-Rosen Argument in Quantum Theory». Stanford Encyclopedia of Philosophy. Consultado el 11 June 2020. 
  3. Moring, Gary (2001). The Complete Idiot's Guide to Theories of the Universe. Penguin. pp. 192-193. ISBN 1440695725. 
  4. Gribbin, John (2011). . Random House Publishing Group. p. 234. ISBN 978-0307790446. Archivado desde el original el 17 de mayo de 2015. 
  5. Greenstein, George; Zajonc, Arthur (2006). . Jones & Bartlett Learning. p. 186. ISBN 076372470X. Archivado desde el original el 18 de mayo de 2015. 
  6. Tetlow, Philip (2012). . Gower Publishing, Ltd. p. 321. ISBN 978-1409440406. Archivado desde el original el 19 de mayo de 2015. 
  7. Herbert, Nick (2011). . Knopf Doubleday Publishing Group. p. 150. ISBN 978-0307806741. Archivado desde el original el 18 de mayo de 2015. 
  8. Charap, John M. (2002). Explaining The Universe. Universities Press. pp. 99. ISBN 8173714673. «schrodinger's cat alive and dead.» 
  9. Polkinghorne, J. C. (1985). . Princeton University Press. p. 67. ISBN 0691023883. Archivado desde el original el 19 de mayo de 2015. 
  10. Suarez, Antoine (2019). «The limits of quantum superposition: Should "Schrödinger's cat" and "Wigner's friend" be considered "miracle" narratives?». ResearchGate. p. 3. Consultado el 27 February 2020. 
  11. Can Quantum-Mechanical Description of Physical Reality Be Considered Complete? el 10 de enero de 2014 en Wayback Machine. A. Einstein, B. Podolsky, and N. Rosen, Phys. Rev. 47, 777 (1935)
  12. Lazarou, Dimitris (2007). «Interpretation of quantum theory - An overview». arXiv:0712.3466  [quant-ph]. 
  13. . stackexchange.com. Archivado desde el original el 8 de enero de 2012. 
  14. . www.science20.com. 27 August 2014. Archivado desde el original el 18 March 2012. 
  15. . Archivado desde el original el 7 de enero de 2012. Consultado el 16 de diciembre de 2020. 
  16. Physics World: Schrödinger's cat comes into view
  17. . Archivado desde el original el 19 de marzo de 2012. Consultado el 16 de diciembre de 2020. 
  18. arXiv, Emerging Technology from the. «How to Create Quantum Superpositions of Living Things». 
  19. . physicsworld.com. Archivado desde el original el 30 de julio de 2016. 
  20. Najjar, Dana (7 November 2019). «Physicists Can Finally Peek at Schrödinger's Cat Without Killing It Forever». Live Science. Consultado el 7 November 2019. 
  21. Patekar, Kartik; Hofmann, Holger F. (2019). «The role of system–meter entanglement in controlling the resolution and decoherence of quantum measurements». New Journal of Physics 21 (10): 103006. doi:10.1088/1367-2630/ab4451. 
  22. Chown, Marcus (22 de noviembre de 2007). . New Scientist. Archivado desde el original el 10 de marzo de 2016. Consultado el 25 de noviembre de 2007. 
  23. Krauss, Lawrence M.; James Dent (April 30, 2008). «Late Time Behavior of False Vacuum Decay: Possible Implications for Cosmology and Metastable Inflating States». Phys. Rev. Lett. (US) 100 (17): 171301. Bibcode:2008PhRvL.100q1301K. PMID 18518269. arXiv:0711.1821. doi:10.1103/PhysRevLett.100.171301. 
  24. Merali, Zeeya (17 August 2020). «This Twist on Schrödinger's Cat Paradox Has Major Implications for Quantum Theory - A laboratory demonstration of the classic "Wigner's friend" thought experiment could overturn cherished assumptions about reality». Scientific American. Consultado el 17 August 2020. 
  25. Musser, George (17 August 2020). «Quantum paradox points to shaky foundations of reality». Science Magazine. Consultado el 17 August 2020. 
  26. Bong, Kok-Wei (17 August 2020). «A strong no-go theorem on the Wigner's friend paradox». Nature Physics 27 (12): 1199-1205. doi:10.1038/s41567-020-0990-x. Consultado el 17 August 2020. 

Bibliografía

  • Schrödinger, Erwin (noviembre de 1935). «Die gegenwärtige Situation in der Quantenmechanik» [La situación actual en la mecánica cuántica]. Naturwissenschaften. 

Enlaces externos

  •   Wikimedia Commons alberga una categoría multimedia sobre el experimento del gato de Schrödinger.
  • (2011), es el primer metraje basado por completo en este experimento. Escrito, producido y dirigido por Jupiter LeBâtard, el proyecto se encuentra actualmente en posproducción.
  • Paradoja del gato de Schrödinger en CienciaFicción.com
  • Realizan con seis fotones el experimento del gato de Schrödinger
  • Producen el primer gato de Schrödinger óptico
  • Vídeo explicativo de la paradoja
  •   Datos: Q8588
  •   Multimedia: Schrödinger's Cat

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El gato de Schrodinger es un experimento mental a veces descrito como una paradoja ideado por el fisico austriaco irlandes Erwin Schrodinger en 1935 1 durante el curso de discusiones con Albert Einstein 2 Ilustra lo que el vio como el problema de la interpretacion de Copenhague de la mecanica cuantica El escenario presenta un gato hipotetico que puede estar simultaneamente vivo y muerto 3 4 5 6 7 8 9 un estado conocido como superposicion cuantica como resultado de estar vinculado a un evento subatomico aleatorio que puede ocurrir o no Un gato junto a un matraz con veneno y un dispositivo con una particula radiactiva dentro de una caja sellada Si el dispositivo detecta radiacion rompe el frasco liberando el veneno que mata al gato Segun la interpretacion de Copenhague despues de un tiempo el gato esta al mismo tiempo vivo y muerto Escucha este articulo info source source Esta narracion de audio fue creada a partir de una version especifica de este articulo y no refleja las posibles 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cuanticas en las que un sistema cuantico como un atomo o el foton puede existir como una combinacion de multiples estados correspondientes a diferentes resultados posibles La teoria predominante llamada interpretacion de Copenhague dice que un sistema cuantico permanece en superposicion hasta que interactua con el mundo externo o es observado por el Cuando esto sucede la superposicion colapsa en uno u otro de los posibles estados definidos El experimento EPR muestra que un sistema con multiples particulas separadas por grandes distancias puede estar en tal superposicion Schrodinger y Einstein intercambiaron cartas sobre el articulo EPR de Einstein en el curso del cual Einstein senalo que el estado de un barril inestable de polvora despues de un tiempo contendra una superposicion de estados explotados y sin explotar cita requerida Para ilustrar mejor Schrodinger describio como se podria en principio crear una superposicion en un sistema a gran escala haciendolo dependiente de una particula cuantica que estaba en una superposicion Propuso un escenario con un gato en una camara de acero cerrada en el que la vida o la muerte del gato dependia del estado de un atomo radiactivo si se habia descompuesto y emitido radiacion o no Segun Schrodinger la interpretacion de Copenhague implica que el gato permanece vivo y muerto hasta que se observa el estado Schrodinger no deseaba promover la idea de gatos muertos y vivos como una posibilidad seria por el contrario pretendia que el ejemplo ilustrara el absurdo de la vision existente de la mecanica cuantica 1 Sin embargo desde la epoca de Schrodinger los fisicos han propuesto otras interpretaciones de la mecanica cuantica algunos de los cuales consideran que la superposicion del gato vivo y muerto es bastante real 9 6 Intentado como una critica de la interpretacion de Copenhague la ortodoxia predominante en 1935 el experimento mental del gato de Schrodinger sigue siendo una piedra de toque para las interpretaciones modernas de la mecanica cuantica y puede usarse para ilustrar y comparar sus fortalezas y debilidades 12 Interpretaciones EditarArticulo principal Interpretaciones de la mecanica cuantica La paradoja de la mecanica cuantica del gato de Schrodinger segun la interpretacion de los muchos mundos En esta interpretacion cada evento es un punto de ramificacion El gato esta vivo y muerto sin importar si la caja esta abierta pero los gatos vivos y muertos estan en diferentes ramas del universo que son igualmente reales pero que no pueden interactuar entre si Siguiendo la interpretacion de Copenhague en el momento en que abramos la caja la sola accion de observar modifica el estado del sistema tal que ahora observamos un gato vivo o un gato muerto Este colapso de la funcion de onda es irreversible e inevitable en un proceso de medida y depende de la propiedad observada Es una aproximacion pragmatica al problema que considera el colapso como una realidad fisica sin justificarlo completamente El Postulado IV de la mecanica cuantica expresa matematicamente como evoluciona el estado cuantico tras un proceso irreversible de medida En la interpretacion de los muchos mundos many worlds formulada por Hugh Everett en 1957 el proceso de medida supone una ramificacion en la evolucion temporal de la funcion de onda El gato esta vivo y muerto a la vez pero en ramas diferentes del universo ambas son reales pero incapaces de interactuar entre si debido a la decoherencia cuantica En la interpretacion del colapso objetivo la superposicion de estados se destruye aunque no se produzca observacion difiriendo las teorias en que magnitud fisica es la que provoca la destruccion tiempo gravitacion temperatura terminos no lineales en el observable correspondiente Esa destruccion es lo que evita las ramas que aparecen en la teoria de los muchos mundos La palabra objetivo procede de que en esta interpretacion tanto la funcion de onda como el colapso de la misma son reales en el sentido ontologico En la interpretacion de los muchos mundos el colapso no es objetivo y en la de Copenhague es una hipotesis ad hoc La interpretacion relacional rechaza la interpretacion objetiva del sistema y propone en cambio que los estados del sistema son estados de relacion entre el observador y el sistema Distintos observadores por tanto describiran el mismo sistema mediante distintas funciones de onda Antes de abrir la caja el gato tiene informacion sobre el estado del dispositivo pero el experimentador no tiene esa informacion sobre lo que ha ocurrido en la caja Asi para el gato la funcion de onda del aparato ya ha colapsado mientras que para el experimentador el contenido de la caja esta aun en un estado de superposicion Solamente cuando la caja se abre y ambos observadores tienen la misma informacion sobre lo que ha pasado las dos descripciones del sistema colapsan en el mismo resultado La interpretacion asambleistica o estadistica interpreta la funcion de onda como una combinacion estadistica de multiples sistemas identicos La superposicion es una abstraccion matematica que describe este conjunto de sistemas identicos pero cuando observamos un sistema individual el resultado es uno de los estados posibles Sin embargo esta interpretacion es incapaz de explicar fenomenos experimentales asociados a particulas individuales como la interferencia de un solo foton en la version cuantica del experimento de Young Aplicaciones y pruebas Editar Reproducir contenido multimedia El gato de Schrodinger y la superposicion cuantica de estados y efecto del medio ambiente a traves de la decoherencia en ingles El experimento descrito es puramente teorico y no se sabe que la maquina propuesta haya sido construida Sin embargo se han realizado experimentos exitosos que involucran principios similares por ejemplo superposiciones de objetos relativamente grandes segun los estandares de la fisica cuantica 13 Estos experimentos no muestran que un objeto del tamano de un gato pueda superponerse pero el limite superior conocido de los estados felinos ha sido nombrado asi en su honor En muchos casos el estado es de corta duracion incluso cuando se enfria casi al cero absoluto Se ha logrado un estado de gato con fotones 14 Se ha atrapado un ion de berilio en un estado superpuesto 15 Un experimento que involucra un dispositivo superconductor de interferencia cuantica SQUID se ha relacionado con el tema del experimento mental El estado de superposicion no corresponde a mil millones de electrones que fluyen en una direccion y mil millones de otros fluyen en la otra direccion Los electrones superconductores se mueven en masa Todos los electrones superconductores en el SQUID fluyen en ambos sentidos alrededor del bucle a la vez cuando estan en el estado de gato de Schrodinger 16 Se ha construido un diapason piezoelectrico que se puede colocar en una superposicion de estados vibrantes y no vibrantes El resonador comprende aproximadamente 10 billones de atomos 17 Se ha propuesto un experimento con un virus de la gripe 18 Se ha propuesto un experimento con una bacteria y un oscilador electromecanico 19 En computacion cuantica la frase estado de gato a veces se refiere al estado GHZ Greenberger Horne Zeilinger en el que varios qubits estan en una superposicion igual de todos 0 y todos 1 p ej ps 1 2 00 0 11 1 displaystyle psi rangle frac 1 sqrt 2 bigg 00 ldots 0 rangle 11 ldots 1 rangle bigg Segun al menos una propuesta puede ser posible determinar el estado del gato antes de observarlo 20 21 Extensiones EditarEl amigo de Wigner es una variante del experimento con dos observadores humanos el primero hace una observacion sobre si se ve un destello de luz y luego comunica su observacion a un segundo observador El problema aqui es la funcion de onda colapsa cuando el primer observador mira el experimento o solo cuando el segundo observador esta informado de las observaciones del primer observador En otra extension fisicos prominentes han llegado a sugerir que los astronomos que observaron la energia oscura en el universo en 1998 pueden haber reducido su esperanza de vida a traves de un escenario pseudo felino de Schrodinger aunque este es un punto de vista controvertido 22 23 En agosto de 2020 los fisicos presentaron estudios que involucran interpretaciones de la mecanica cuantica que estan relacionadas con las paradojas del gato de Schrodinger y del amigo de Wigner lo que resulto en conclusiones que desafian supuestos aparentemente establecidos sobre la realidad 24 25 26 Referencias Editar a b Schrodinger Erwin November 1935 Die gegenwartige Situation in der Quantenmechanik The present situation in quantum mechanics Naturwissenschaften 23 48 807 812 Bibcode 1935NW 23 807S doi 10 1007 BF01491891 Fine Arthur The Einstein Podolsky Rosen Argument in Quantum Theory Stanford Encyclopedia of Philosophy Consultado el 11 June 2020 Moring Gary 2001 The Complete Idiot s Guide to Theories of the Universe Penguin pp 192 193 ISBN 1440695725 Gribbin John 2011 In Search of 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experimento del gato de Schrodinger Schrodingerskatze 2011 es el primer metraje basado por completo en este experimento Escrito producido y dirigido por Jupiter LeBatard el proyecto se encuentra actualmente en posproduccion El gato de Schrodinger en El rincon de la Ciencia Paradoja del gato de Schrodinger en CienciaFiccion com Realizan con seis fotones el experimento del gato de Schrodinger Producen el primer gato de Schrodinger optico Video explicativo de la paradoja Datos Q8588 Multimedia Schrodinger s CatObtenido de https es wikipedia org w index php title Gato de Schrodinger amp oldid 136962674, wikipedia, wiki, leyendo, leer, libro, biblioteca,

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