Engordando al gato de Schrödinger

Artículo original publicado por Phillip Ball el 5 de abril de 2011 en Nature News.

Enormes moléculas pueden demostrar la dualidad onda-partícula de la teoría cuántica.

Investigadores de Austria han creado lo que llaman “los gatos de Schrödinger más gordos hasta la fecha”. Han demostrado la superposición cuántica – en la que un objeto existe en dos o más estados a la vez – para moléculas compuestas de hasta 430 átomos cada una, varias veces más grande que las moléculas usadas anteriormente en tales experimentos1.

schrodinger cat


En el famoso experimento mental ideado por Erwin Schrödinger en 1935 para ilustrar las aparentes paradojas de la teoría cuántica, un gato podría envenenarse o no dependiendo del estado de un átomo – estando el estado del átomo gobernado por las reglas cuánticas. Debido a que la teoría cuántica requería que estas reglas permitieran superposiciones, parecía que el propio gato de Schrödinger podría existir en una superposición de estados ‘vivo’ y ‘muerto’.

La paradoja destaca la cuestión de cómo y cuándo las reglas del mundo cuántico – en el cual objetos tales como átomos pueden existir en varias posiciones a la vez – dan paso a la mecánica ‘clásica’ que gobierna el mundo macroscópico de nuestra experiencia cotidiana, donde las cosas deben ser una forma u otra, pero no ambas a la vez. Esto es lo que se conoce como transición de cuántica a clásica.

Generalmente se piensa que la ‘cuanticidad’ se pierde en un proceso conocido como decoherencia, en el cual las perturbaciones del entorno inmediato hacen que la función de onda cuántica que describe superposiciones de muchos estados parece colapsar en un estado único, clásico, bien definido. Esta decoherencia tiende a hacerse más pronunciada cuanto mayor es el objeto, dado que las oportunidades de interactuar con el entorno aumentan.

Una manifestación de la superposición cuántica es la interferencia que puede tener lugar entre las partículas cuánticas que pasan a través de dos o más rendijas estrechas. En el mundo clásico las partículas pasan a través de las mismas con trayectorias que no cambian, como balones de fútbol rodando a través de una puerta.

Pero las partículas cuánticas pueden comportarse como ondas, las cuales interfieren entre sí cuando pasan a través de las rendijas, ya sea aumentando o cancelándose para producir una serie de bandas oscuras y brillantes. Esta interferencia de partículas cuánticas, vistas por primera vez para electrones en 1927, es el resultado de cada partícula pasando a través de más de una rendija: Una superposición cuántica.

Cuando el experimento aumenta de escala, en algún punto el comportamiento cuántico (interferencia) debería dar paso al clásico (sin interferencia). Pero, ¿cómo de grandes pueden ser las partículas antes de que esto suceda?

Aumentando de escala

En 1999, un equipo de la Universidad de Viena demostró la interferencia en un experimento con múltiples rendijas usando haces de moléculas de carbono de 60 átomos (C60), que tienen la forma de esferas huecas2. Ahora, Markus Arndt, uno de los investigadores implicados en el experimento, y sus colegas de Austria, Alemania, Estados Unidos y Suiza han demostrado un efecto muy similar para moléculas considerablemente mayores hechas a medida para el propósito — de hasta 6 nanómetros (millonésimas de milímetro) de diámetro y compuestas de 430 átomos. Éstas son mayores que algunas moléculas proteicas humanas, como la insulina.

En el experimento del equipo, los haces de moléculas se pasan a través de tres conjuntos de rendijas. La primera rendija, hecha de un trozo de nitruro de silicio con un patrón en rejilla que consiste en rendijas de 90 nanómetros de ancho, fuerza al haz molecular a un estado coherente, en el cual las ondas de materia van todas al unísono. La segunda, una ‘rejilla virtual’ hecha de luz láser está formada por espejos en una onda estacionaria de luz y oscuridad, provoca el patrón de interferencia. La tercera rejilla, también de nitruro de silicio, actúa como una máscara para admitir partes del patrón de interferencia a un espectrómetro de masas cuadripolar, el cual cuenta el número de moléculas que pasan a través del mismo.

Los investigadores informan hoy en Nature Communications que este número sube y baja periódicamente, conforme el haz de salida es barrido de izquierda a derecha, mostrando que la interferencia, y por tanto la superposición, está presente.

Aunque esto podría no sonar similar al experimento del gato de Schrödinger, estudia los mismos efectos cuánticos. Es esencialmente como disparar los propios gatos a la rejilla de interferencia, en lugar de hacer contingente el destino de un único gato con un evento de escala atómica.

El físico cuántico Martin Plenio de la Universidad de Ulm en Alemania, dice que el estudio es parte de una importante línea de investigación. “Tal vez no hemos logrado una profunda nueva visión de la naturaleza de la superposición cuántica a partir de este experimento específico”, admite, “pero hay esperanza de que con un mayor refinamiento de la técnica experimental finalmente llegaremos a descubrir algo nuevo”.

Arndt dice que tales experimentos podrían llegar finalmente a permitir pruebas sobre aspectos fundamentales de la teoría cuántica, tales como de qué forma colapsan las funciones de onda bajo la observación. “Las predicciones, tales como que la gravedad podría inducir el colapso de la función de onda más allá de un cierto límite de masa, debería poder ponerse a prueba a masas significativamente mayores en experimentos en el futuro lejano”, comenta.

¿Pueden los organismos – tal vez no gatos, pero microorganismos tales como bacterias – estar en estados de superposición? Esto se ha propuesto para virus3, los más pequeños de los cuales tienen apenas unos nanómetros de diámetro – aunque no hay consenso sobre si los virus deberían considerarse que están realmente vivos. “Las moléculas hechas a mano son mucho más fáciles de manejar que los virus en tales experimentos”, dice Arndt. Pero añade que si pueden abordarse varios problemas técnicos, “no veo por qué no debería funcionar”.


Referencias:

1.- Gerlich, S. et al. Nature Commun. doi:10.1038/ncomms1263 (2011).
2.- Arndt, M. et al. Nature 401, 680-682 (1999).
3.- Romero-Isart, O. , Juan, M. L. , Quidant, R. & Cirac, J. I. New J. Phys. 12, 033015 (2010).

Autor: Phillip Ball
Fecha Original: 5 de abril de 2011
Enlace Original

Comparte:
  • Print
  • Digg
  • StumbleUpon
  • del.icio.us
  • Facebook
  • Twitter
  • Google Bookmarks
  • Bitacoras.com
  • Identi.ca
  • LinkedIn
  • Meneame
  • Netvibes
  • Orkut
  • PDF
  • Reddit
  • Tumblr
  • Wikio
This page is wiki editable click here to edit this page.

Like This Post? Share It

Comments (21)

  1. Información Bitacoras.com…

    Valora en Bitacoras.com: Artículo original publicado por Phillip Ball el 5 de abril de 2011 en Nature News. Enormes moléculas pueden demostrar la dualidad onda-partícula de la teoría cuántica. Investigadores de Austria han creado lo que llaman “los g…..

  2. hector04

    esperando esta noticia por años…
    esta es una de esas inquietudes que quizas en nuestra vida no alcanzemos a resolver.
    hubiera sido necesario plantarse estas inquietudes mucho antes tal vez para que en estas fechas tuvieramos resultados
    es lo importante de hacerse preguntas.

  3. Rompetechos

    Interesantísimo este tema. Esta cuestión, paradógica y que contraria a cientificos de todo el mundo desde hace décadas es uno de los conceptos, quizás mas influyentes e inspiradores de la historia moderna de la ciencia. Si el mecanicismo newtoniano y la concepción euclídea del universo han traido hasta nosotros la mayor parte de la tecnología de la que disfrutamos (siendo un poco reduccionistas, lo sé…) la constatación experimental de las teorías de la física cuantica suponen el mas grande reto al que se ha enfrentado la ciencia, y para superarlo, apuesto que no sólo podrá valerse de un método experimental.

    La cuestión de Schrödinger supone que un árbol que cae en el bosque hace ruido y no lo hace, implica que el observador condiciona la realidad y por tanto, al no ser repetible, no es válido el método científico… ¿no?

    Salu2,

    • radomirez

      Claro, a menos que descartes una demostración formal… para lo cual requerirías matemáticas y una teoría que aun no existen.

    • reneco

      El método científico lo considero valido porque podemos meter la estadísticas y probabilidades y esto es científico.
      El principal problema de la teoría cuántica a mi juicio es que se aplica a cosas que no podemos ver por lo tanto la relación observador y lo observado se diluye, entonces solo podemos usar abstracciones matemáticas con poco sentido físico para estudiar estos problemas

    • jurl

      Eso que comentas es una interpretación. Es precisamente el método científico el que ha dado lugar a toda la mecánica cuántica, a través de una construcción además empírica, por tanto no tiene ningún sentido lo que estás diciendo xD.

      Como te apuntan arriba, sería cómo decir que a la mecánica estadística no se le puede aplicar el método. Es que es más, es la estadística el alma del método. Cada experimento, incluso desde una perspectiva newtoniana, es irrepetible. Panta rei. Sin la estadística, estaríamos perdidos.

      Además, como te señala el artículo, estamos *observando* al árbol simultáneamente haciendo y no haciendo ruído (simultáneamente, recalco) xDD

      • Rompetechos

        Por supuesto, es una interpretación… pero… que el método cientítifco haya dado lugar a la mecánica cuantica no implica necesariamente que sea capaz de resolver las incognitas que plantea. El método nos ha llevado hasta este punto, de acuerdo… y lo que yo digo, un punto de vista que puede o no ser compartido.

        Un profesor que tuve decía que la estádistica es el recurso cuando la matemática no funciona.

        Esa es la cuestión, hasta que no se mide, no se colapsa la función de onda, por tanto, 1 + 1 no es igual a dos… en el estado anterior, en ausencia de observación no podemos saber lo que ocurre, sólo teorizar…

        Esas mismas particulas entran y salen de nuestra realidad y pueden estar formando parte de universos paralelos infinitos que son creados por los diferentes observadores; lo que nos lleva al terreno de la especulación y la filosofía científica.

    • Rompetechos me temo que no has dado ni una. Te explico:
      1º) Gran parte de la tecnología actual se basa también en la mecánica cuántica: ordenadores, telecomunicaciones, dispositivos de medida, etc,etc.
      2º) Un árbol que cae en el bosque hace ruido independientemente de que lo oigas o no. Y por supuesto si lo talas cae, independientemente de que lo veas o no. Si no me crees puedes hacer la prueba y ponerte debajo sin mirarlo a ver que pasa :D .
      3º) El observador no condiciona la realidad, el observador (cualquier medida) colapsa la función de onda. Los experimentos son totalmente repetibles, un sistema cuántico preparado de forma idéntica a otro obtendrá estadísticamente los mismos resultados. Evidentemente el método científico sigue siendo válido en mc.
      Un saludo

      • Rompetechos

        Vaya, pues nada, no se puede acertar siempre y para todos, ya lo siento :)

        1) Cierto, pero también lo es, que su aplicación práctica es el resultado de la observación de ciertas propiedades que seguimos sin entender.

        2) Esa afirmación es igual de válida que la contraria. Si no hay observador, no se puede afirmar ese hecho. Si me pongo debajo, me convierto en observador y hago que la función de onda colapse, la cuestión es ¿que ocurre cuando no hay observador? Piensa mas sobre la pregunta y verás que no es tan obvia la respuesta.

        3) También cierto, pero como tu mismo dices un sistema cuantico, al ser observado desde una perspectiva del macrocosmos, donde no rigen las mismas reglas, produce el colapso de la función.

        Lo que quise expresar, sería demasiado extenso para desarrollarlo aquí, pero básicamente, mi intención era mostrar como la fisica cuantica cuestiona todos los métodos y planteamientos usados hasta ahora por la ciencia, dejando ante nuestros ojos un vasto terreno desconocido y sobre el que existen muchas mas preguntas que respuestas. Durante los últimos siglos el racionalismo y una cierta euforia científica parecían apuntar hacia la idea de que sólo era cuestión de tiempo que llegaramos a comprender todo, y que no habia nada mas alla de nuestras tres dimensiones observables, pero en cierta forma, hemos abierto la caja de pandora y todo vuelve a empezar desde cero.

  4. Jesus Castañeda

    Este experimento hace patente el fenómeno de la interferencia cuántica, pero no demuestra la explicación que se da de ella. La explicación que se da, es la de múltiples posibilidades de estado que se pueden dar a capricho en el momento de abrir la caja del gato, pero existe al menos otra explicación. Pienso que el error es restringir a las partículas espacialmente, y negar que puedan tener interacción con su entorno, con los bordes de las rendijas en el caso del experimento. Creo que las partículas generan el fenómeno de interferencia, no porque presenten sus estados caprichosamente al interaccionar con el aparato de medida, sino porque “sienten” los bordes de las rendijas, pienso que los campos de las partículas se ven afectados por la presencia cercana de materia, de forma que alteran su trayectoria sin perdida sustancial de su energía, y alteran su trayectoria dependiendo de lo cerca o lejos que pasen de cada borde, curiosamente el fenómeno no se presenta en ausencia de rendijas, ni bordes, porque incluso podríamos poner simplemente el borde de un objeto, una pelota por ejemplo, y observar claramente el fenómeno de la penumbra o difracción. No es que el gato esté vivo y muerto a la ves, mas bien, sucedió que el gato empezó a frotarse contra los objetos, lo que hizo que generara estática, que afecto al dispositivo y provocó su muerte, o bien, el gato se hecho a dormir y nada le pasó, claro el ejemplo es burdo, no es lo mismo desviar un fotón, que provocar un decaimiento radiactivo.

    • Jesus Castañeda

      Se me ocurre lo siguiente: dentro de una estrella de neutrones es tanta la fuerza gravitacional y de presión, que es muy improbable que los neutrones presenten decaimientos radiactivos, esto es, que se separen en protones, electrones y neutrinos, es decir, los neutrones se ven afectados por su entorno, impidiendo su decaimiento. Pero aquí en la tierra, los neutrones libres inevitablemente decaerán en protones, electrones y neutrinos, porque el entorno de baja gravedad y presión, los afecta dándoles las condiciones para que lo hagan. El estado de las partículas se ve influenciado por su entorno, si cambia ese entorno el estado cambia…

    • Rompetechos

      Tiene sentido tu punto de vista, pero sin ser un experto en la materia (aunque un apasionado de ella), creo (y si estoy equivocado, que alguien me corrija) que en presencia de las rendijas no es que la partícula vea alterada su trayectoria, lo que ocurre es que se comporta como una onda y por tanto ‘penetra’ simultáneamente todas ellas, provocando asi un patrón de interferencia con la propia onda inicial.

      • Jesus Castañeda

        Así es como se explica en la mecánica cuántica, que esa onda al atravesar las rendijas, es separada en dos ondas, las cuales entran en interferencia, sin embargo, lo que no es muy convincente es que después se transforman en una partícula al chocar con la pantalla detectora, así que al ser partícula no puede estar en toda la pantalla, sino en sólo un punto, y en que punto lo decide una función probabilistica definida por el patrón de interferencia, puede estar en cualquier punto de la pantalla, pero mas probablemente en los máximos de la función de interferencia. No hay ninguna explicación para el hecho de que la función sea probabilistica, sólo decir que es el azar, que igual podríamos decir que es Dios o que es un fantasma o un alma en pena. La ciencia prefiere llamarle azar, pero en realidad se debería llamar ignorancia, simplemente lo ignoramos y capaz que nunca vayamos a saber porque ocurre eso, mejor aceptar nuestra ignorancia a hacer un fanatismo llamado azar, al cual se aferran los científicos estandar. Lo mas extraño de la teoría cuántica es que acepta que la partícula atraviesa las rendijas, y que justamente las rendijas alteran la onda para producir el efecto de interferencia, pero no puede aceptar que de igual modo puede alterar las trayectorias de la partículas según la distancia a los bordes y así no tener que recurrir al sacrosanto azar, sino a una función determinística. Pero es sólo una idea de la que no tengo ninguna certeza, de la misma manera que no hay ninguna certeza de la existencia del azar; la función deterministica puede modelarse y ponerse a prueba y capaz que resulta falsa, pero el azar jamás podrá ser demostrado o refutado, es decir, nuestra ignorancia jamás desaparecerá…

  5. [...] como si fueran un gato de Schrödinger. Te recoimendo leer la traducción de Kanijo, “Engordando al gato de Schrödinger,” 6 abril 2011 (traducción de un artículo de Phillip Ball en Nature News). ¿Cuántas [...]

  6. peter

    PlancK dice:
    Los experimentos son totalmente repetibles, un sistema cuántico preparado de forma idéntica a otro obtendrá estadísticamente los mismos resultados. Evidentemente el método científico sigue siendo válido en mc.
    Pues no estoy de acuerdo, en Mecánica cuántica, A+B no siempre dan C, por muy fino que hiles, debido a la incertidumbre en repetir A y repetir C, luego esa imposibilidad hace que no siempre obtengas C por resultado.

  7. Helena Gómez

    No es raro que un grupo grande de atomos atraviese un conjunto de rendijas y forme una interferencia, después de todo seria posible que el conjunto se dividiera en partes que atravesaran por diferentes agujeros de las rendijas y el conjunto se volviera a formar una vez atravesada la rendija, lo realmente sorprendente es que esto ocurra con una sola partícula, que parece estar en dos lugares a la vez, como si estuviera formada por elementos más pequeños, lo que entra en contradicción con la teoría cuántica. De todas maneras el hecho de que una partícula parezca estar en dos lugares o en dos estados distintos a la vez no está en contradicción con el principio de indeterminación, y parece ser, más bien, una consecuencia de este.

  8. Los fenómenos cuánticos se han explicado de forma científica, y una aplicación futura serán los computadores cuánticos, que de hecho, parece ya se fabricó el primero.

    Otra cosa es que no entendamos el verdadero asunto porque siempre estaremos buscando la relación entre causas y efectos de forma indefinida, pero esto no impide que manipulando modelos matemáticos, así sean probabilísticos, los usemos para fabricar tecnología útil para el hombre.

    Con seguridad si logramos determinar como fue el origen del universo, siempre habra que buscarle después origen al origen, y así indefinidamente ….

  9. keyman

    Noticia en los telediarios:

    “Un hombre que llevaba 14 años desaparecido es encontrado muerto en su casa. Este caso desconcertó a la familia y a los cuerpos de seguridad del estado, a la interpol y a los cuerpos de seguridad de otros paises, ya que nunca encontraron el cuerpo porque no encontraron pistas lógicas que desvelaran su paradarero, asesinato, rapto, secuestro, etc..

    Un sobrino del hombre decidió hace unos dias entrar por la ventana al interior de la vivienda y encontró los restos. Al parecer murió de causas naturales hace 14 años..”

    ………

    El hombre, todo este tiempo hasta el segundo antes de ver sus huesos, o hasta la comparación de muestras de ADN en qué estado estuvo: vivo? muerto? o vivo y muerto a la vez? o ninguna de las anteriores?

    Vergüenza siento de comprobar en casos como este la estupidez del hombre como ejemplo de inteligencia. Vergüenza siento por la familia, por tener tan poca capacidad de reaccion para no ABRIR LA PUERTA, en su dia.

    A mi me encanta teorizar, por eso leo estas noticias, porque me gusta aprender para saber mas y mejor. Leo reportes de ciencia, medicina, historia para aprender a entender el por qué de las cosas, el por qué fueron y el porque serán y por si puedo cambiarlas a mejor.

    Lo que aparte de verguenza me provoca miedo y estupor, es que los cuerpos de seguridad, las administraciones, los “organismos competentes” y las mentes pensantes no hayan tenido esa reacción tan básica y hayan invertido dinero todo este tiempo, sin ningun resultado.

    “Quanta” aplicación práctica le veis al ejemplo?

    Desgraciadamente tengo una variante rara de una enfermedad relativamente conocida, y me encuentro con el jodido gato en la caja todos los dias, pero los médicos no ven al gato porque están sentados en su despacho, pasando consulta y no tienen ni tiempo, ni dinero. (ni mucha motivacion por lo visto) ni es su responsabilidad. El “gato” no va a su consulta a hablar con los médicos porque es un gato (ademas de teórico y metafórico), pero voy yo en su lugar, que también estoy “en la caja Schrödinger” y soy real.

    Paciente: Me pueden prestar atención? Soy más competente que el gato?
    Medico: Ah, pero ud. no es neurólogo…
    Paciente: UD. sí lo es, puede resolver mi problema?
    Medico: “Disculpe, pero la medicina actual conoce todavía muy poco sobre el cerebro y no podemos realizar un consenso entre especialistas porque no disponemos de mas tiempo..”

    El día que muera creo que seguirán debatiendo si estoy vivo/ muerto/ o ambas ya que no se habrán levantado para hacer ninguna comprobación más allá de la teoría, ni para abrir ninguna de las puertas, pero mi familia sí ve cada día “como la bola se hace más grande, o “como engorda el gato”

    No tengo varita mágica ni recursos, pero aún me queda un resquicio de inteligencia para darme cuenta del funcionamiento (o no) de las cosas. Decir alohomora!! no me servirá, y tengo menos tiempo y dinero que los especialistas.
    Tengo una cosa que ellos no tienen, ESPERANZAS Y más ganas que nadie por ser algún día feliz!!!!!!!!!

    Todos los que leemos sobre esto nos gusta “encontrar la respuesta a la pregunta”

    Yo leo y leo sobre neurología intentando crear “el anagrama de mi enfermedad” crear un diagrama de flujo teórico para presentarlo a los especialistas y darle nuevas vías de investigación, con la esperanza de que algún especialista con alguna neurona relativamente inhibida le aplique sus conocimientos con la propiedad que se merece. No sólo me ayudará a mi sino a mucha gente. Puede que hasta le sirva a él mismo y por supuesto al gato.

    Qué opinais, que haríais en mi lugar? os quedariais en la caja o derribariais la puerta?

    Saludos!

Deja un comentario

Tu dirección de correo electrónico no será publicada. Los campos necesarios están marcados *