Habéis oído hablar alguna vez del gato de Schrödinger? ¿Y habéis logrado entender la paradoja? Trataremos de explicarlo de una manera sencilla. Pero vayamos por partes.

En 2002, el historiador de la Ciencia Robert P. Crease tuvo la idea de hacer una encuesta para elegir los 10 experimentos más bellos de la Física. Los resultados fueron originalmente publicados en la revista Physic’s World y dieron el salto al resto del mundo cuando el New York Times le dedicó un artículo. En nuestro país dio incluso lugar a un interesante libro de Manuel Lozano Leyva, que recomiendo, sobre los diez experimentos elegidos, De Arquímedes a Einstein. Los diez experimentos más bellos de la física. Y también Robert P. Crease publicó el suyo, El prisma y el péndulo. Podéis ver la lista completa de los diez experimentos elegidos, bien comentados, aquí. Algún día hablaremos de algunos de ellos.

El que encabeza la lista es, precisamente, el que hubiéramos elegido nosotros, la difracción del electrón en una doble rendija. En origen es un experimento mental de Richard Feynman que él pensó que nunca se podría llegar a realizar. Lo planteó para poner en evidencia lo extraña que es la física cuántica. Se inspiró en el experimento de la doble rendija de Thomas Young.

Supongamos que lanzamos dos piedras en un estanque de agua. Cada una de las piedras provocará una serie de ondas concéntricas. Estas se mezclarán y darán lugar a lo que se denomina interferencia. Young, iluminando una doble rendija, puso en evidencia, en 1801, la naturaleza ondulatoria de la luz. Solo las ondas interfieren, no así las partículas.

Parecía el final de una larga discusión histórica. ¿Está la luz formada por partículas -fotones- o es en realidad una onda? Un siglo más tarde, en los albores de la física moderna, la cosa terminó en empate. La luz tiene naturaleza dual y a veces se comporta como si estuviese compuesta por partículas mientras que otras, es una onda. Si esto resulta ya difícil de entender, en 1923 Louis de Broglie, dentro de lo que probablemente fueron los años más vertiginosos de la historia de la física, propuso que la materia es también de naturaleza dual.

Y al hilo de esto surge el experimento mental de Feynman. Propuso que el experimento de Young podía realizarse con partículas y se pondría así en evidencia la naturaleza dual de la materia. Feynman imaginó un experimento en el que partículas diminutas, electrones, por ejemplo, eran lanzadas a una pantalla con dos rendijas suficientemente cercanas. Los electrones atravesarían ambas ranuras, cual onda de luz, y se recogería un diagrama de interferencia en una segunda pantalla. Feynman propuso el experimento a finales de los 50 pero nunca pensó que pudiera llegar a realizarse. En 1961 Claus Jönsson lo logró, utilizando para ello un haz de electrones.

La versión más ambiciosa del experimento la realizó Akira Tonomura en 1989, confirmando trabajos previos de Pier Giorgio Merli. Tonomura logró lanzar contra la doble rendija electrones, de uno en uno, asegurándose así que cada electrón pudiera tan solo interferir consigo mismo. Básicamente el experimento consiste en lo siguiente. Cada electrón llega a la doble rendija y, al comportarse como una onda, atraviesa las dos rendijas simultáneamente. Al otro lado de las rendijas se produce la interferencia, que es recogida en una segunda pantalla.

Y ahora viene, por fin, lo más sorprendente. Si, intrigados, tratamos de averiguar por cual de las dos rendijas pasó en realidad el electrón, este se comporta como una partícula y desaparece el diagrama de interferencia. De alguna manera, el electrón se da cuenta de que lo observamos y cambia su naturaleza. El observador influye por tanto en lo que sucede. Se ha tratado de mil y un formas diferentes de saber por donde pasa el electrón, sin perturbarlo. En vano.

Podéis ver mejor como es el experimento en el siguiente video.

El experimento tiene una versión aún más bonita, que una vez leí, pero no hemos podido confirmar si se ha llevado a cabo. En esta versión participan múltiples laboratorios de todo el mundo. Cada uno realiza el experimento con un solo electrón. El electrón atraviesa las rendijas como una onda, interfiere consigo mismo e impacta en la pantalla. Al igual que la luz, la naturaleza dual del electrón le hace comportarse unas veces como onda y otras como partícula. Impacta en la segunda pantalla como una partícula. Es decir, cada laboratorio recogerá solamente un impacto en la pantalla. ¿Donde está entonces el diagrama de interferencia? Al poner en una sola pantalla los resultados de todos esos laboratorios es cuando surge el diagrama de interferencia. ¡¡Genial!!

Vayamos, por fin, con el gato de Schrödinger. El gato de Schrödinger es un experimento imaginario, propuesto por Erwin Schrödinger para atacar la interpretación de Copenhaguen de la física cuántica que propusieron Niels Bohr, Heisenberg y otros. Ni Schrödinger, ni Einstein aceptaban como real el extraño mundo cuantico. Pensaban que la teoría estaba, de alguna manera, incompleta. Schrödinger propuso su famoso experimento para poner en evidencia lo absurdo e inadmisible que es, a su entender, el mundo cuántico. Llegó el momento de explicarlo.

Schrödinger propone meter un gato en una caja cerrada, de tal manera que no podamos obtener ninguna información desde el exterior. Colocamos en el interior de la caja un gas venenoso, que solo será liberado si una partícula radiactiva se desintegra. Pongamos que cerramos la caja durante una hora. Y que en ese tiempo, la partícula tiene una probabilidad del 50% de desintegrarse. Esta desintegración sigue las leyes de la mecánica cuántica. Para entender la conclusión, nos viene que ni pintado el experimento de la interferencia del electrón consigo mismo. En aquel, el sistema se monta de tal manera que el electrón tiene un %50 de posibilidades de pasar por cada una de las rendijas. Si nadie mira, el electrón pasa por ambas. Cuando alguien mira por donde pasó el electrón, una de las dos posibilidades se hace real. Y todo cambia. Lo mismo sucede con el gato. Hasta que no abramos la caja, el gato está vivo y muerto. Únicamente cuando un observador interviene, mirando, el gato estará vivo o muerto. Pero no es algo aparente, sino real. Al igual que el electrón atraviesa las dos rendijas, el gato está tanto vivo como muerto.

Se le puede dar al experimento muchas vueltas, a cada cual más diabólica. ¿Cuenta el gato como observador? ¿Si, en vez de abrir la caja, grabamos su interior y vemos la cinta al día siguiente? Pues resulta que ver la cinta equivaldría a abrir la caja. En ese momento se decidiría que pasó con el gato.

Por esto, entre otras cosas, Einstein no aceptaba lo que parecía derivarse de la física cuántica. Y sentenció con una de sus famosas frases: “Dios no juega a los dados”. Ha pasado mucho tiempo desde entonces y la cuántica ha superado todas las pruebas a las que ha sido sometida. Parece que Dios sigue queriendo jugar a los dados. No solo eso. Como dice Stephen Hawkins, Dios juega a los dados y los echa además donde no podamos verlos.

Para ilustrar el experimento, este video de Redes:

Para terminar con un poco de humor relacionado con el gato de Schrödinger, un trozo de una serie que nos encanta, The Big Bang Theory. Serie que en España está maltratando Antena 3. La comenzó a emitir en verano pero ahora únicamente se puede seguir por Antena Neox (y alguna digital de pago). La traducción tiene pinta de estar hecha para algún país sudamericano y algún giro no se sigue bien. Pero merece la pena, porque es buenísimo.