diumenge, 7 de desembre de 2008

El gat de Schrödinger

Crec que puc dir sense por a equivocar-me que ningú no entén la mecànica quàntica.
Richard Feynman

No m'agrada [la mecànica quàntica], i em sap greu haver-hi tingut res a veure.
Erwin Schrödinger

La mecànica quàntica es fonamenta en el principi de superposició: tot objecte pot trobar-se en superposició de dos o més estats quàntics diferents simultàniament. Això vol dir que per exemple, és possible que un mateix objecte estigui a Barcelona i a Sabadell al mateix temps, i a més a més que s'estigui movent cap al nord i cap al sud simultàniament. D'acord amb la interpretació habitual de la mecànica quàntica, és en el moment en què algú observa l'objecte que aquest es decideix, i passa a estar a Barcelona o a Sabadell, movent-se bé cap al sud, bé cap al nord.

Ja es veu que això no està gaire d'acord amb la nostra intuïció i amb la nostra experiència.

Tanmateix, als laboratoris diàriament es comprova la mecànica quàntica i el principi de superposició aplicats a partícules elementals. Aquest tipus d'estats superposició estic aquí i i allí o estic així i aixà (anomenats estats entrellaçats o embrollats) apareixen en tota mena d'experiments, i, fins ara, les prediccions de la mecànica quàntica estan en total acord amb els resultats experimentals. Fins i tot, aquests estats embrollats tenen aplicació comercial en el camp de la criptografia quàntica.

El gat de Schrödinger és un experiment mental que se li va ocórrer a Erwin Schrödinger el 1935, inspirat per l'intercanvi d'idees amb Albert Einstein, per posar de relleu que la mecànica quàntica, i més en concret el principi de superposició, donen lloc a resultats molt estranys quan els apliquem a objectes macroscòpics enlloc de partícules microscòpiques.

L'experiment és ben conegut: un gat tancat a una caixa, una font radioactiva, un comptador Geiger unit a un martellet, una ampolleta amb verí. Si la font radioactiva emet una partícula que detecta el comptador (un procés típicament quàntic), llavors el martellet es dispara, l'ampolleta de verí es trenca i el gat mor. Si la font radioactiva no emet cap partícula, el gat viu. D'acord amb les regles de la mecànica quàntica, el gat es troba viu i mort a la vegada, i no és fins que no l'observem que el gat no passa a estar viu o mort.


Val a dir que Schrödinger no creia que realment el gat estigués viu i mort al mateix temps: precisament, Schrödinger va proposar aquest experiment mental per mostrar l'absurditat de la interpretació habitual de la mecànica quàntica aplicada a objectes macrosòpics i éssers vius.

Més informació aquí i aquí. Vegeu també aquest vídeo de Redes:


(Personalment no estic gaire d'acord que la decoherència sigui la clau per a "resoldre" la paradoxa de Schrodinger: la decoherència ens dóna una explicació pràctica del motiu perquè els objectes macroscòpics tendeixen a sortir ràpidament d'aquests estats embrollats en presència d'un ambient, però no expliquen la paradoxa de Schrödinger si la capsa on el gat és tancat està perfectament segellada. Per la resta el vídeo està prou bé.)

8 comentaris:

joan ha dit...

Hola Dani!
El que no m'agrada del video es que parla de la mesura com si depengues de la consciencia, de nosaltres. Crec que el postulat de la mesura s'ha de prendre com el posar en contacte el sistema quantic amb un sistema macroscopic, i el gat ho es. Llavors, el gat es un mesurador, i de fet ell ha mesurat l'electro, i la f.o. ha col·lapsat. El gat no esta mai en un estat superposicio per molt aïllat que estigui de l'entorn -el gat no es un sistema quantic-, pero te una probabilitat de ser viu o mort, com una moneda (no com un electro).

Jackyuss ha dit...

Joan, te he leído tres veces, pero no te he entendido sorry
Qué pasa si el Schrödinger se mete en la caja? Él sí sabría si está vivo o muerto, pero los que no le ven no lo sabrían ¿no? :P

ideesicontraidees ha dit...

David: creo que Joan es de la opinión que el gato es un sistema macroscópico que no puede estar vivo y muerto a la vez. Lo mismo sucedería con Schrödinger (corregeix-me si m'equivoco).

Joan, on està el límit entre el sistema quàntic i el sistema macroscòpic? Un gat es pot considerar un sistema macroscòpic, però una cel·lula s'hi podria considerar? I un virus? Jo no veig que la frontera estigui clara...

En els postulats de la mesura es distingeix clarament entre l'aparell de mesura clàssic i l'observable quàntic, però on és el límit entre l'un i l'altre?

joan ha dit...

hola Dani,
el que dius es exactament allo al que em referia.
No puc respondre la teva pregunta.
Clarament aquesta es "la pregunta", una pregunta importantissima.
No obstant em sembla clar que "vida" es un concepte macro.
Des d'un punt de vista practic, pero, no estic segur de quina seria la utilitat de saber descriure "com veu un virus un sistema quantic", o com ho veu una proteina. Al cap i a la fi, qualsevol experiment que fem per corrborar aquesta teoria ha d'involucrar un output que poguem llegir, o sigui un senyal microscopic. I per obtenir aquest, sempre hi haura d'haver l'inevitable col·lapse, a un nivell o una altre.

joan ha dit...

a l'antepenultima linia hi hauria de dir macroscopic enlloc de microscopic ;)

contradiccions ha dit...

no he vist el video, pero 'a bote pronto' diria que no existeix una frontera entre un sistema macroscopic i microscopic, crec que la realitat vindria a ser en aquest sentit com una funcio exponencial, es a dir, que la decoherencia augmenta de manera exponencial en relació a la quantitat de massa del sistema

Vicent ha dit...

Hola Dani, t'he enllaçat també al meu blog!

Respecte a la paradoxa del gat d'Schrödinger, fa setmanes que estic intentant esbrinar què és això del "postulat de la mesura" i quin tipus d'interpretació és la més raonable. Personalment, després de llegir un llibre de N. Cartwright ("How the laws of physics lie") crec haver assentat aquestes reflexions. I la clau és, sens dubte, la decoherència. La frontera entre sistemes quàntics-clàssics és llavors ben senzilla: un sistema perd la coherència quan no és possible descriure la gran quantitat de graus de llibertat que el lliguen a l'entorn. Aquesta impossibilitat conceptual (descriure aquests sistema com "aïllat", i per tant, assignar-li un estat quàntic) no és més que el misteriós "col·lapse".

El gat d'Schrödinger, la caixa on l'hem ficat, l'Schrödinger mateix, un virus... difícilment estaran ben descrits mitjançant un estat quàntic perquè considerar aquests sistemes com aïllats "no té sentit". En conseqüència, un sistema quàntic col·lapsa quan s'ha "entrellaçat massa" amb l'entorn fins al punt que "no té sentit" continuar parlant del sistema com aïllat.

Evidentment, quedaria estudiar quins tipus de processos fan perdre la coherència i en quant de temps. Però l'existència mateixa de la "mesura" com a lligam entre el món quàntic-clàssic no és més que un nom per a aquest "entrellaçament massiu" que acaba convertint-se en "correlacions clàssiques"...

Salut!

ideesicontraidees ha dit...

Vicent, em sembla molt interessant el què dius, i estic d'acord que no és possible considerar que un gat (o un altre objecte macroscòpic) siguin sistemes aïllats, però sí és possible considerar que el gat + l'aire on està contingut + les parets de la caixa són un sistema aïllat. Si bé a la pràctica pugui ser difícil dissenyar una capsa totalment hermètica, com a mínim a nivell teòric no hi veig problema. I en aquest cas el problema de la superposició d'objectes macroscòpics continua existint...