miniatura|El gat dins la caixa El gat de Schrödinger o la paradoxa del gat és un experiment mental publicat pel físic Erwin Schrödinger (1935) per tal d'il·lustrar la complexitat de primitives interpretacions al voltant de la mecànica quàntica, en traduir les conseqüències d'esdeveniments subatòmics a sistemes macroscòpics.
L'experiment original consisteix a ficar un gat viu dins d'una caixa d'acer tancada i opaca juntament amb els següents elements (que han d'estar protegits de qualsevol interferència directa del gat): un comptador Geiger i una certa quantitat d'una substància radioactiva que assegure que en el decurs d'una hora hi hagi un 50% de probabilitat que almenys un dels àtoms es desintegri (i un 50% que no se'n desintegre cap). Si això passa, el comptador Geiger acciona un mecanisme que trenca un flascó d'cianur d'hidrogen, un gas molt tòxic que matarà el gat.
En aquest escenari, tant el gat com la partícula depenen d'un sistema regit per les lleis de la mecànica quàntica. Seguint el principi d'incertesa que s'aplica a la interpretació de Copenhaguen, mentre no obrim la caixa, el gat és viu i alhora és mort. En el moment precís d'obrir la caixa, el mateix fet de l'observació modifica l'estat del gat, que passa a ser només viu o només mort.La paradoja de Schrödinger (en castellà)
Origen i motivació miniatura|esquerra|Una figura de gat de grandària natural i mòbil al jardí de Huttenstrasse 9, Zuric, on Erwin Schrödinger va viure entre 1921 i 1926. Un visitant de la casa no pot saber per endavant on estarà el gat.
Schrödinger pretenia que el seu experiment per a matar al gat fos una discussió de la paradoxa EPR, dita així pels seus autors Einstein, Podolsky i Rosen en 1935.Can Quantum-Mechanical Description of Physical Reality Be Considered Complete? A. Einstein, B. Podolsky, and N. Rosen, Phys. Rev. 47, 777 (1935) La paradoxa EPR va destacar la naturalesa contraintuïtiva de les superposicions quàntiques, en les quals un sistema quàntic com un àtom o el fotó pot existir com una combinació de múltiples estats corresponents a diferents resultats possibles.
La teoria predominant, anomenada interpretació de Copenhaguen, diu que un sistema quàntic roman en superposició fins que interactua amb el món extern o és observat per ell. Quan això succeeix, la superposició col·lapsa en l'un o l'altre dels possibles estats definits. L'experiment EPR mostra que un sistema amb múltiples partícules separades per grans distàncies pot estar en tal superposició. Schrödinger i Einstein van intercanviar cartes sobre l'article EPR d'Einstein, en el curs del qual Einstein va assenyalar que l'estat d'un barril inestable de pólvora, després d'un temps, contindrà una superposició d'estats explotats i sense explotar.
Per a il·lustrar millor, Schrödinger va descriure com es podria, en principi, crear una superposició en un sistema a gran escala fent-lo dependent d'una partícula quàntica que estava en una superposició. Va proposar un escenari amb un gat en una cambra d'acer tancada, en el qual la vida o la mort del gat depenia de l'estat d'un àtom radioactiu, si s'havia descompost i emès radiació o no. Segons Schrödinger, la interpretació de Copenhaguen implica que el gat roman viu i mort fins que s'observa l'estat. Schrödinger no desitjava promoure la idea de gats morts i vius com una possibilitat seriosa; per contra, pretenia que l'exemple il·lustrés l'absurd de la visió existent de la mecànica quàntica.
No obstant això, des de l'època de Schrödinger, els físics han proposat altres interpretacions de la mecànica quàntica, alguns dels quals consideren que la superposició del gat «viu i mort» és bastant real. Intentat com una crítica de la interpretació de Copenhaguen (l'ortodòxia predominant en 1935), l'experiment mental del gat de Schrödinger continua sent una pedra de toc per a les interpretacions modernes de la mecànica quàntica i pot usar-se per a il·lustrar i comparar les seves fortaleses i febleses.
Interpretacions Seguint la interpretació de Copenhaguen, en el moment en què s'obre la caixa, la sola acció d'observar modifica l'estat del sistema tal que ara s'observa un gat viu o un gat mort. Aquest col·lapse de la funció d'ona és irreversible i inevitable en un procés de mesura, i depèn de la propietat observada. És una aproximació pragmàtica al problema, que considera el col·lapse com una realitat física sense justificar-ho completament. El postulat IV de la mecànica quàntica expressa matemàticament com evoluciona l'estat quàntic després d'un procés irreversible de mesura. En la interpretació dels «molts mons», formulada per Hugh Everett el 1957, el procés de mesura suposa una ramificació en l'evolució temporal de la funció d'ona. El gat és viu i mort alhora però en rames diferents de l'univers: totes dues són reals, però incapaces d'interactuar entre si a causa de la decoherència quàntica. En la interpretació del col·lapse objectiu, la superposició d'estats es destrueix malgrat que no es produeixi observació, diferint les teories sobre quina és la magnitud física que provoca la destrucció (temps, gravitació, temperatura, termes no lineals en l'observable corresponent). Aquesta destrucció és el que evita les rames que apareixen en la teoria dels molts mons. La paraula "objectiu" procedeix del fet que, en aquesta interpretació, tant la funció d'ona com el seu col·lapse són "reals", en el sentit ontològic. En la interpretació dels molts mons, el col·lapse no és objectiu, i en la de Copenhaguen és una hipòtesi ad hoc.
Aplicacions i proves miniatura|upright=1.5|El gat de Schrödinger i la superposició quàntica d'estats i efecte del medi ambient a través de la decoherencia (en anglès)
L'experiment descrit és purament teòric i no se sap que la màquina proposada hagi estat construïda. No obstant això, s'han dut a terme experiments reeixits que involucren principis similars, per exemple, superposicions d'objectes relativament grans (segons els estàndards de la física quàntica). Aquests experiments no mostren que un objecte de la grandària d'un gat pugui superposar-se, però el límit superior conegut dels «estats felins» ha estat nomenat així en el seu honor. En molts casos, l'estat és de curta durada, fins i tot quan es refreda gairebé al zero absolut.
S'ha aconseguit un "estat de gat" amb fotons. S'ha atrapat un ió de beril·li en un estat superposat. Un experiment que involucra un dispositiu superconductor d'interferència quàntica («SQUID») s'ha relacionat amb el tema de l'experiment mental: «L'estat de superposició no correspon a mil milions d'electrons que flueixen en una direcció i mil milions d'uns altres flueixen en l'altra direcció. Els electrons superconductors es mouen en massa. Tots els electrons superconductors en el SQUID flueixen en tots dos sentits al voltant del bucle alhora quan estan en l'estat de gat de Schrödinger».Physics World: Schrödinger's cat comes into view S'ha construït un «diapasó» piezoelèctric, que es pot col·locar en una superposició d'estats vibrants i no vibrants. El ressonador comprèn aproximadament 10 bilions d'àtoms. S'ha proposat un experiment amb un virus de la grip. S'ha proposat un experiment amb un bacteri i un oscil·lador electromecànic.
En computació quàntica, la frase «estat de gat» a vegades es refereix a l'estat GHZ (Greenberger–Horne–Zeilinger), en el qual varis qubits estan en una superposició igual de tots 0 i tots 1; p.ex,
Segons almenys una proposta, pot ser possible determinar l'estat del gat abans d'observar-lo.
Extensions L'amic de Wigner és una variant de l'experiment amb dos observadors humans: el primer fa una observació sobre si es veu un centelleig de llum i després comunica la seva observació a un segon observador. El problema aquí és: la funció d'ona «col·lapsa» quan el primer observador mira l'experiment, o només quan el segon observador està informat de les observacions del primer observador?
En una altra extensió, físics prominents han arribat a suggerir que els astrònoms que van observar l'energia fosca en l'univers en 1998 poden haver «reduït la seva esperança de vida» a través d'un escenari pseudofelí de Schrödinger, encara que aquest és un punt de vista controvertit.
L'agost de 2020, els físics van presentar estudis que involucren interpretacions de la mecànica quàntica que estan relacionades amb les paradoxes del gat de Schrödinger i de l'amic de Wigner, la qual cosa va donar com a resultat conclusions que desafien suposats aparentment establerts sobre la realitat.
Referències
Bibliografia
Institut d'Estudis Avançats, Princeton (Nova Jersey) (Rebut el 25 de Març de 1935)
Un article sobre experiments amb superposicions en "estat gat" en anells superconductors, en què els electrons giren al voltant de l'anell en dues direccions simultàniament.
Vegeu també
Suïcidi quàntic
Schorodinger Categoria:Mecànica quàntica Categoria:Experiments mentals