Una paradoxa molt animal

I ja tornem a ser aquí!!!

Avui per tornar-nos a dentrar en el món de la física quàntica. Aquest gran desconegut (moltes vegades pels seus instigadors i investigadors també) al que crec, que no podem témer si no coneixem una mica millor.

Per tal de fer-ho sense traumatitzar a ningú, avui us duc una paradoxa:

EL GAT DE SCHRÖDINGER.

Amb això, veurem una mica què és i com treballa la física quàntica, amb una introducció molt elemental, però prou interessant i novedosa (crec) per la majoria de vosaltres. Espero que no us espanteu, que arribeu al final i que ho disfruteu (en la mesura del possible, clar...).

DEL FORMULADOR DE LA MECÀNICA ONDULATÒRIA

Doncs si, Erwin Schrödinger, a part de tenir aquest cognom tan difícil d'escriure i fer aquesta cara de bona persona va ser un dels capdavanters en la formulació de la Mecànica Quàntica. Ho va fer mitjançant l'equació de Schrödinger.

Per explicar-ho de manera planera, aquesta equació permet trobar la funció d'ona de qualsevol partícula que estiguem estudiant en unes determinades condicions energètiques (que nosaltres imposarem).

Òbviament ara hem d'explicar què és una funció d'ona.

Una funció d'ona ens donarà la informació que volem saber d'una partícula.

En física clàssica tenim equacions, en les que imposant unes condicions (forces que actuen sobre les partícules (o cossos) que estudiem) obtenim la posició de l'objecte en l'instant de temps que nosaltres volguem.

Doncs bé, en física quàntica (per motius que ja explicarem un altre dia) no podem treballar amb posicions exactes, hem de treballar amb probabilitats. La màxima informació que podrem obtenir d'una partícula, és la probabilitat que estigui en un lloc determinat, en un moment determinat... mai saberem del cert on és fins que no fem la mesura i ho "veiem".

Doncs Schrödinger, va trobar ni més ni menys que l'equació que ens dóna aquesta informació (treball per la qual cosa va ser galardonat amb el premi Nobel de física el 1933). Així doncs, mereix ser reconegut com un dels GRANS de la mecànica quàntica.

DE QUÈ VA AIXÒ?

Estem treballant amb conceptes abstractes, complicats i el que és pitjor... ANTI-INTUÏTIUS.
El món atòmic no funciona com ens té acostumats el món que habitem, i aquesta és una gran barrera per que molts físics i habitants del món en general, entrin amb bon peu en el món de la quàntica.
Schrödinger n'era prou conscient i per això, va idear la paradoxa que porta el seu nom. La paradoxa no té altre objectiu, que equiparar els fets quàntics amb el que podria passar al món macroscòpic si fossin les lleis quàntiques les que hi regnéssin.

Després d'això no entendreu la física quàntica, però tindreu una idea de com ens explica (i està demostrat experimenalment que així és) que es desenvolupen els esdeveniments en aquest extrany món.

Som-hi! Què ens explica Schrödinger?

LA PARADOXA DEL GAT (versió original)

La paradoxa és un experiment mental (recurs utilitzat per molts físics del segle XX per explicar grans paradoxes derivades de la física moderna), així que ens permet tornar a una antiga "secció" que feia temps que no apareixia per aquí...

VOSALTRES MATEIXOS...

Imagineu que tenim una caixa tancada i opaca, de manera que no veurem què hi ha dins d'aquesta.
En el seu interior hi tenim:

• un gat
• un ampolla de verí
• un martell lligat a un mecanisme que quan el deixa lliure, cau i trenca l'ampolla
• un dispositiu detector de partícules alfa, connectat amb el martell
• una mica de material radioactiu

(Entenc que amb aquesta paradoxa estic alimentant, la llegenda urbana que els físics estem un pèl bojos... però llegiu una mica més, i veureu com no és tan esbojarrat com sembla).

Bé, el dispositiu consta de tancar el gat amb el verí dins la capsa. El verí està contingut en una ampolla que està situada sota d'un martell. Aquest martell està lligat a un dispositiu que s'activa quan detecta l'arribada d'una partícula alfa. (Les partícules alfa, no són res més que dos protons units. Els materials radioactius són els que les emeten.)
Per tant, el dispositiu està muntat de manera que quan el material radioactiu emeti una partícula alfa, el detector s'activarà i això farà que el martell caigui sobre l'ampolla, alliberi el verí i el gat mori. En cas que no arribi cap partícula al detector el gat seguirà "vivito i coleando".

Suposem ara que, durant una hora, tenim la mateixa probabilitat que el material deixi anar la partícula alfa com de no fer-ho (50%-50%).

La física clàssica ens diu, que el gat serà viu o mort. No ho sabem perquè la caixa és tancada, però quan l'obrim ho sabrem. Senzill.

Enfoquem ara l'experiment segons la vessant quàntica.

Si utilitzem el aquest formalisme arribem a una curiosa conclusió: el que trobem a dins la capsa ve descrit per una funció que és la superposició dels dos estats possibles.
És a dir, la superposició del cas "gat mort" amb la superposició "gat viu".
L'intuïció aquí ens diu, que el gat o és mort o és viu, però no pot ser mort i viu alhora... Doncs la física quàntica ens diu que fins que no obrim la caixa tindrem un estat viu-mort del gat.

...



...



...


Bé, i ara que ja heu tingut una mica de temps per pair-ho amb tranquilitat, continuem.

SÓN BEN BOJOS AQUESTS FÍSICS

Aquesta segurament és la frase que es passa per qualsevol ment no-pervertida per la física, després de llegir el que tenim més amunt. Però em sap greu dir-vos que potser una mica si, però no tant com us penseu.

La paradoxa de més amunt, l'únic que fa és posar a escala humana el funcionament de la naturalesa a escala atòmica. Però aquest funcionament és, i està comprovat que això funciona així. El determinisme sembla que ha mort, i per molt que Einstein ho negués... Déu sembla que si que juga als daus.

La reacció més humana després de llegir el que ve més amunt, és pensar:

"Home, doncs pot passar que el gat estigui mort o estigui viu... No ho sabem, però encara que no ho haguem vist podem pensar que el gat dins la capsa és mort o és viu. No cal pensar que és mort i viu alhora!"

Ben raonat, però mentida.

Els primers físics que es van afrontar amb aquestes qüestions ho van pensar i van decidir treure'n una resposta. Van agafar una hipòtesi i van desenvolupar-la per dues vies: la primera suposava que hi havia una superposició d'estats (gat viu + gat mort) i la segona que encara que no el coneguéssim hi havia un estat determinat (gat viu o gat mort). A partir d'aquí, van obtenir mitjançant la teoria els resultats experimentals que resultarien per les dues vies...

... i quina va ser la sorpresa quan van veure que els resultats experimentals provaven que la situació que s'havia donat era la superposició d'estats (gat viu + gat mort).

Mai deixaré d'al·lucinar amb la natura. Per mi la quàntica és una cura d'humilitat per la humanitat.

Crec que la millor manera (i més tranquilitzadora) d'acabar aquest post, és amb una frase del gran Feynmann:

"Qui em digui que ha entès la física quàntica, és que no entén el que és la física quàntica"