Este blog nació con dos objetivos. El primero, como trabajo experimental para la asignatura de Tecnología Educativa y el segundo; intentar aprender y a enseñar algunos conceptos sobre física cuántica para profanos de letras como yo.
Hoy es un día extraordinario para hablar del gato más famoso después de "Felix"; el famoso Gato de Schrödinger. Sí, con mayúsculas, que se las ha ganado después de tan incierto cautiverio.
Hecha esta introducción tan carente de complicación, vamos al grano. Vamos a intentar comprender en qué consistió el experimento de Schrödinger
El experimiento consistía en lo siguiente. Imaginemos que encerramos a un gatito en una caja opaca con una ampolla de veneno. Es importante destacar que nadie puede ver ni al gato ni el gato puede ver nada externo a la caja. Además del gato y del veneno pondremos un átomo radiactivo situado en el interior de la caja que posee cierta probabilidad de desintegrarse. Si eso pasara, un interruptor rompería la ampolla del veneno mortal dejándolo caer en la comida del gatito, lo cual le restaria una de sus siete (o nueve) vidas.
Pero aquí viene lo importante, la relación observador-observado. Nadie puede saber si el gato ha sobrevivido o no a no ser que se abra la caja y se compruebe el resultado. ¿Cuántas posibilidades existen de que el gato esté vivo o muerto? 50% ¿verdad?.
Sólo tendremos conocimiento del último destino del gato cuando entre en escena un observador y compruebe qué le ha ocurrido realmente al animal. Para el resto de observadores potenciales el gato continuará en esa situación vivo-muerto hasta que el primer observador no comunique el resultado final del experimento a alguien más. Lógico ¿ a qué sí?. Seguro que en vuestra vida diaria encontráis muchos ejemplos muy parecidos a este.
Se dice que hasta que no conozcamos el destino último del gato, éste se encuentra en un * superestado. O lo que es lo mismo, ** una superposición coherente de estados. Se halla vivo y muerto a la vez.
Algo muy importante de este experimento mental es que cuando el observador abre la caja no significa que encuentre al gato muerto significa que de alguna manera bizarra el gato muere por el simple hecho de mirarle. (Un gato muy sensible). La curiosidad - del observador - mató al gato.
Según la interpretación de la Escuela de Copenhague, al abrir la caja, una mitad de ese superestado que comentábamos antes era una simple realidad estadística que jamás llegó a existir. Pero para otras escuelas, en algún punto de la realidad las dos mitades del superestado fueron perfectamente iguales *hipótesis de los muchos mundos . Según esta doctrina una mitad del superestado se desdoblará en una multitud de universos paralelos que nunca podremos percibir.
La conclusión del experimento : ** Los fenómenos cuánticos no se nos manifiestan como reales hasta que un observador interviene . Seguramente ahora os sentiréis más responsables cuando observéis a un pobre gatito.
Fuente: "Quantum: El abuelo y la nieta" Alicia Capetillo. Ed Equipo Sirius (2001)
Bibliografía recomendada:
- "Schrödinger : Una ecuación y un gato" Jesús Navarro Faus. Ed. Nivola (2009) ISBN 9788492493425
- "Mente y Materia" Erwin Schrödinger . Ed Tusquets (1985) ISBN 9788472236103
Antes de comenar, quiero insistir en unas definiciones tocadas anteriormente. (**)El principio de localidad: que establece que dos objetos suficientemente distanciados uno de otro no pueden interactuar, de manera que cada objeto sólo puede ser influido por su entorno inmediato. Y por otro lado, el principio de no localidad (que vimos cuando hablamos del entrelazamiento cuántico). Principio que puede definirse como la posibilidad de acción a distancia. Ahora sí podemos comenzar con el tema de hoy;(*) David Bohm y sus órdenes explicados e implicados.
Leyendo el libro de Alicia Capetillo, "Quantum: El abuelo y la nieta" , que puedo decir que es el origen y fundamento de este blog, he descubierto teorías muy interesantes de un físico cuántico norteamericano llamado David Bohm. Os dejo aquí el enlace biográfico para que le pongáis en un contexto. http://es.wikipedia.org/wiki/David_Bohm
Recordaréis que una de las cualidades de lo cuántico es su (*) indeterminación (Principio de Incertidumbre de Heisenberg). Muchos científicos de lo cuántico dijeron: "Eso está muy bien, pero no es la explicación última de lo cuántico, simplemente es nuestra última frontera de nuestro entendimiento". Bohm quiso ir más allá del indeterminación y, aunó filosofía y ciencia -como decía anteriormente - para encontrar esa razón última; encontrar el orden dentro del caos.
Para Bohm existe una interconexión en todo el Universo, en todas las cosas que lo componen - macros, micros. Todo. A esta interconexión la llamó (*) "Orden implicado". Según él, existen ciertas variables "ocultas" que explican las extrañas conexiones entre las partículas.
No hace falta contaros que para el sector más duro e intransigente de los indeterministas cuánticos, esto era una "herejía" y que pretendía convertir a martillazos lo indeterminado (y puramente probabilístico) en algo totalmente dado y determinado, ergo, determinable.
Estas (*)"variables ocultas" existen -según Bohm - en un nivel más interno de la realidad, manifestándose a través de la incertidumbre cuántica. El término bohmriano, "variable oculta" fue cogiendo un tinte más filosófico a raíz de la amistad de Bohm con el filósofo hindú Krishnamurti.
El segundo concepto de Bohm; es el (*) "Orden explicado". (**)Definido como aquel plano de realidad en que vivimos donde las partículas cobran identidad por sí solas, siendo entidades independientes y autónomas. (*) "Orden implicado": (**) El Universo es un todo indivisible que existe en algún nivel profundo, donde el concepto de autonomía e independencia desaparece, donde el Universo está estrechamente interconectado, formando parte de un gran telón de fondo sin discontinuidades.
A ver qué os parece este ejemplo. Fijaros en los dedos de vuestras manos. Sólo en los dedos. Tenéis un dedo, dos dedos, tres dedos (imaginad que no veis la mano, tramposos!). Os aparecerá la individualidad de cada dedo, que se mueve de forma autónoma (orden explicado). Ahora sí, ya podéis ver toda la mano en su conjunto. El dedo no se movía solo después de todo, formaba parte de una realidad más amplia - la mano - (orden implicado). Llendo más lejos con el ejemplo, es nuestra mente, nuestra inteligencia la que mueve esa mano.
Dice Alicia Capetillo, explicando las teorías de Bohm, que las partículas que percibimos son proyecciones de "algo" que se comporta como un todo. Las partículas o las ondas, emergen en nuestro nivel de existencia a partir de una realidad continua. Nuestro mundo tridimensional es la proyección de una (*) generalidad cuántica multidimensional (Recordad el ejemplo de la mano).
Lo que vendría a decir Bohm es que detrás de toda apariencia individual, aunque esta pueda parecernos de naturaleza caótica,azarosa, o entrópica existe un orden (implicado) independientemente de que pueda ser percibido por nosotros o no.
Siguiendo con ese razonamiento, llegamos a la (*) "realidad holográfica de Bohm" extraída de su libro (*) "La totalidad y el orden implicado". Según la tesis de Bohm, la fragmentación de la realidad que hace el científico es artificial ya que, siguiendo a Bohm, la realidad o naturaleza es una totalidad indivisible. (**) Cada porción de la realidad que es tomada individualmente es una proyección de la totalidad. " la realidad sólo es el orden implicado; el orden explicado sólo será una apariencia que bastará para la explicación acostumbrada en la experiencia habitual".
Hola. ¿cómo han ido vuestras aventuras cuánticas durante esta semana?.
Sé que os había prometido una ración del Einstein más cuántico, pero me apetece – con vuestro permiso – cambiar un poco el guión. Quiero hablaros de uno de los efectos de la física cuántica que más me atraen. Es (*)el entrelazamiento cuántico.
Buscando información he encontrado notables páginas que luego os indicaré, pero he encontrado la página de un divulgador al que admiro y al que os recomiendo encarecidamente que sigáis. Se llama Pere Estupinya (http://twitter.com/#!/Perestupinya). Científico, profesor en el MIT, y como ya he dicho anteriormente, magnífico divulgador. Tiene un blog asociado al periódico “El País” (http://lacomunidad.elpais.com/apuntes-cientificos-desde-el-mit/2009/11/19/que-diantre-es-entrelazamiento-cuantico ) y en una de sus entradas encontré una de las mejores explicaciones del entrelazamiento cuántico que un explorador científico como nosotros podía encontrar. Prometo ser un poco caradura y copiar vilmente alguno de sus puntos más interesantes que me ayuden a explicar este extraño fenómeno.
Primero, la definición.(**) Es la posibilidad de que dos objetos que se encuentran separados, incluso por miles de Kms se puedan comunicar entre sí. Es decir, que puedan compartir la misma información y alterar su estado si uno de los dos objetos es afectado. Este es un término introducido por (*) Einstein, Podolsky y Rosen (1935) y le llamaron (*) “Paradoja EPR”.
El experimento parademostrar tal paradoja se comenzó haciendo con electrones, para pasar a hacerse con fotones del mismo origen. Lo que me apasiona del entrelazamiento cuántico es que me recuerda a esa historia de los monos y las batatas. Monos que “transmiten” a kms de distancia e instantáneamente un nuevo conocimiento adquirido. Lo bueno es que los fotones no necesitan de “una masa crítica” como en los monos para modificar su “conducta”.
Disculpadme. Me estoy dejando llevar por el entusiasmo. Volvamos al entrelazamiento en sí.
Usando al profesor Pere Estupinya, el propone el siguiente ejemplo para explicarlo: Imaginemos que tenemos dos monedas de 1 euro. Una comienza señalando cara y la otra, cruz. Sigamos imaginando. Estas monedas van cambiando a “cara-cruz, cruz-cara” a su aire, pero con una importante salvedad y es que nunca podrán estar ambas en la misma posición (*) (Principio de Exclusión de Pauli). Si yo girase una moneda, la otra giraría automáticamente. Aunque, recalcar que no necesitan a un observador para cambiar ya que tienen la suficiente autonomía como para hacerlo ellas solitas. Las monedas están entrelazadas, ya que un cambio en una de ellas modifica automáticamente la forma en que se presenta la otra.
Citando textualmente el ejemplo del Profesor Estupinya : “Imaginemos un poco más: Coges con delicadez ambas monedas-electrones, las metes en sendas cajitas sin mirar todavía qué marca cada una, y sin romper su entrelazamiento cuántico te las llevas una a Nueva York y la otra a Bangkok. ¿Qué tendrás entonces? Dos monedas, una en NY y la otra en Bangkok, que en teoría van pasando de una posición a otra, pero continúan conectadas entre ellas. Si en un momento determinado abres la caja de Nueva York y ves la moneda en cruz, la de Bangkok se paraliza de golpe en cara. Y si hubieras abierto la misma caja unos milisegundos más tarde y te hubiera salido cara, la otra se habría colapsado en cruz inmediatamente (recalquemos el (*) inmediatamente).
Einstein chocaba violentamente con algunos de los postulados de la física cuántica, como por ejemplo el principio de incertidumbre de Heisenberg – “En el mundo subatómico no existen certezas y resulta imposible conocer la posición y movimientos exactos de una partícula en un momento determinado. Y también chocaba con Schrödinger. No me extrañaría nada que fuera el propio Einstein el asesino, no-asesino del pobre gatito de Schrödinger. Einstein no podía estar conforme con la teoría de que las partículas podían estar en varios sitios a la vez pero que estos sólo quedaban definidos en función del momento en que las partículas eran observadas. Con todo esto pensó que tantas incertidumbres y dudas eran motivadas por lagunas en el conocimiento de la realidad cuántica. Einstein, y sus dos colegas, Podolsky y Rosen, idearon un experimento mental, en 1935, similar al que nos ha propuesto el Profesor Estupinya. Einstein forzó un poco la conclusión diciendo que si la moneda aparecía como cara en NY y cruz en Bangkok es porque siempre habían sido cara y cruz respectivamente. Es decir, tenían esas propiedades. Einstein tenía verdaderos quebraderos de cabeza con el significado de la palabra “inmediatamente”. ¿Cómo que la información entre electrones se transmitía inmediatamente, estuvieran separados por 1 mm o a 1 billón de kilómetros de distancia?. Por si no ha quedado claro, no hay nada que pueda ir más rápido que la luz, ni tan solo la información. Einstein se quedó con su paradoja, y acabó –versionando a Asterix – diciendo eso de “estos físico cuánticos están locos”.
Años más tarde, un científico llamado (*) Bell, y cargado de buenas intenciones intentó demostrar empíricamente que Einstein tenía razón. John Bell (poco o nada que ver con el inventor del teléfono) construyó un teorema que pretendía dar la razón al juego lógico de Einstein y asociados, 30 años antes. Pretendía demostrar que las partículas no estaban tan relacionadas (entrelazadas) como decían los cuánticos. Su teorema rezaba así : (**) Ninguna teoría física de variables ocultas locales puede reproducir todas las predicciones de la mecánica cuántica. Las variables ocultas son formulaciones alternativas que suponen la existencia de ciertos parámetros desconocidos que serían los responsables de las características estadísticas de la mecánica cuántica (wikipedia). Es decir, siguiendo el razonamiento de Einstein “tanta incerteza, tanta duda cuántica proviene de la falta de información al respecto. Y que una teoría no se puede fundar en tablas estadísticas sin más”.
Bell murió sin poder llevar a cabo su experimento, pero un francés llamado (*) Alain Aspect sí pudo hacerlo en 1982 y el resultado fue sorprendente. Dio la razón a los físicos cuánticos. Comprobó empíricamente que el entrelazamiento cuántico existía. Lo cual nos deja una duda sorprendente; si la Teoría de la Relatividad de Einstein se ha confirmado como cierta, y nada puede ir más rápido que la luz. Y por otro lado, se ha confirmado la validez y existencia del entrelazamiento cuántico, destacando que la información entre ambos fotones es inmediata…¿cómo aunar las dos teorías?.Ahora todo son especulaciones al respecto, pero parece ser que las transformaciones en las (*) “decisiones +/-“ de los fotones se deben a algo que “ya tienen”, pero eso sólo abre más interrogantes: ¿cómo es que ya la poseen?. ¿cómo se activa esa información, cómo se percibe?.
Para acabar, citaré un experimento que se hizo recientemente en la Universidad de Ginebra para confirmar el entrelazamiento: El Dr. Gisin envió dos fotones en dirección opuesta a través de un canal de fibra óptica. Una vez que los fotones se encontraron a una distancia de 7 millas (unos 10 Km.), se toparon cada uno con una lámina de cristal ante la cual sólo se les permitía las opciones de cruzarla o rebotar. Ambos se vieron forzados a tomar una decisión entre las dos alternativas igualmente posibles. Puesto que no es factible la comunicación entre ellos, la física clásica predeciría que sus decisiones serían independientes. Pero ambos fotones tomaron la misma decisión. Y en el mismo instante de tiempo, impidiendo cualquier tipo de comunicación entre ellos, incluso a la velocidad de la luz. Las dos partículas estaban enlazadas cuánticamente y se comunicaban instantáneamente a pesar de la separación. Para los amantes de los finales felices, contaros que ambos fotones cruzaron la lámina de cristal.
Antes de despedirme quiero poneros un video. Es del Dr. Quantum (de la película "Y tú que sabes). Me parece muy didáctico y es muy cortito. Echadle un ojo. (Aviso: es en inglés). Os recuerdo que en la primera entrada de este blog, puse otro video, esta vez sí en castellano, terriblemente didáctico, sobre el entrelazamiento. Estaría bien un segundo pase ahora que ya sabemos más cosas sobre el tema.
No dejéis que nadie os quite vuestros sueños cuánticos ;-)
