Gat de Schrödinger

Un gat, junt a un matraz en verí i un dispositiu en una partícula radiactiva, dins d'una caixa sagellada. Si el dispositiu detecta radiació trencarà el flasco, lliberant el verí que matarà al gat. Segons l'interpretació de Copenhague, despuix d'un temps, el gat està al mateix temps viu i mort.

El gat de Schrödinger és un experiment mental, a voltes descrit com una paradoxa, ideat pel físic austríac-irlandés Erwin Schrödinger en 1935, durant el curs de discussions en Albert Einstein. Ilustra lo que ell va vore com el problema de l'interpretació de Copenhague de la mecànica quàntica. L'escenari presenta un gat hipotètic que pot estar simultàneament viu i mort, un estat conegut com superposició quàntica, com a resultat d'estar vinculat a un event subatòmic aleatori que pot ocórrer o no.

L'experiment mental també es presenta a sovint en discussions teòriques sobre les interpretacions de la mecànica quàntica, particularment en situacions que involucren el problema de la medició. Schrödinger va falcar el terme Verschränkung (entrelazamiento quàntic) durant el desenroll de l'experiment mental.

Orige i motivació

Una figura de gat de tamany natural i mòvil en el jardí de Huttenstrasse 9, Zuric, a on Erwin Schrödinger va viure entre 1921 i 1926. Un visitant de la casa no pot saber de bestreta on estarà el gat.

Schrödinger pretenia que el seu experiment per a matar al gat fora una discussió de la paradoxa EPR, cridada aixina pels seus autors Einstein, Podolsky i Rosen en 1935. La paradoxa EPR va destacar la naturalea contraintuitiva de les superposicions quàntiques, en les que 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, cridada interpretació de Copenhague, diu que un sistema quàntic permaneix en superposició fins que interactua en el món extern o és observat per ell. Quan açò succeïx, la superposició colapsa en un o un atre dels possibles estats definits. L'experiment EPR mostra que un sistema en múltiples partícules separades per grans distàncies pot estar en tal superposició. Schrödinger i Einstein varen intercanviar cartes sobre l'artícul EPR d'Einstein, en el curs del com Einstein va senyalar que l'estat d'un barril inestable de pólvora, despuix d'un temps, contindrà una superposició d'estats explotats i sense explotar. ^{cita requerida}

Per a ilustrar millor, Schrödinger va descriure cóm es podria, en principi, crear una superposició en un sistema a gran escala fent-ho depenent d'una partícula quàntica que estava en una superposició. Va propondre un escenari en un gat en una cambra d'acer tancada, en el que la vida o la mort del gat depenia de l'estat d'un àtom radiactiu, si s'havia descompost i emés radiació o no. Segons Schrödinger, l'interpretació de Copenhague implica que el gat permaneix viu i mort fins que s'observa l'estat. Schrödinger no desijava promoure l'idea de gats morts i vius com una possibilitat séria; pel contrari, pretenia que l'eixemple ilustrara l'absurt de la visió existent de la mecànica quàntica.

No obstant, des de l'época de Schrödinger, els físics han propost atres interpretacions de la mecànica quàntica, alguns dels quals consideren que la superposició del gat «viu i mort» és prou real. Intentat com una crítica de l'interpretació de Copenhague (l'ortodòxia predominant en 1935), l'experiment mental del gat de Schrödinger seguix sent una pedra de toc per a les interpretacions modernes de la mecànica quàntica i pot usar-se per a ilustrar i comparar les seues fortalees i debilitats.

Interpretacions

Artícul principal → Interpretacions de la mecànica quàntica.

La paradoxa de la mecànica quàntica de el "gat de Schrödinger" segons l'interpretació dels molts móns. En esta interpretació, cada event és un punt de ramificació. El gat està viu i mort, sense importar si la caixa està oberta, pero els gats "vius" i "morts" estan en diferents branques de l'univers que són igualment reals pero que no poden interactuar entre sí.

• Seguint l'interpretació de Copenhague, en el moment en que obrim la caixa, la sola acció d'observar modifica l'estat del sistema tal que ara observem un gat viu o un gat mort. Este colapse de la funció d'ona és irreversible i inevitable en un procés de mida, i depén de la propietat observada. És una aproximació pragmàtica al problema, que considera el colapse com una realitat física sense justificar-ho completament. El Postulat IV de la mecànica quàntica expressa matemàticament cóm evoluciona l'estat quàntic despuix d'un procés irreversible de mida.

• En l'interpretació dels «molts móns» («many-worlds»), formulada per Hugh Everett en 1957, el procés de mida supon una ramificació en l'evolució temporal de la funció d'ona. El gat està viu i mort al mateix temps pero en branques diferents de l'univers: abdós són reals, pero incapaços d'interactuar entre sí per la decoherencia quàntica.

• En l'interpretació del colapse objectiu, la superposició d'estats es destruïx encara que no es produïxca observació, diferint les teories en quina magnitut física és la que provoca la destrucció (temps, gravitació, temperatura, térmens no llineals en l'observable corresponent). Eixa destrucció és lo que evita les branques que apareixen en la teoria dels «molts móns». La paraula «objectiu» procedix de que en esta interpretació tant la funció d'ona com el colapse de la mateixa són «reals», en el sentit ontològic. En l'interpretació dels «molts móns», el colapse no és objectiu, i en la de Copenhague és una hipòtesis ad hoc. Per lo tant, s'esperaria que el gat s'haja assentat en un estat definit molt abans de que s'òbriga la caixa, és dir que «el gat s'observa a sí mateixa».

• l'interpretació relacional rebuja l'interpretació objectiva del sistema, i propon en canvi que els estats del sistema són estats de relació entre l'observador i el sistema. Distints observadors, per tant, descriuran el mateix sistema per mig de distintes funcions d'ona. Abans d'obrir la caixa, el gat té informació sobre l'estat del dispositiu, pero el experimentador no té eixa informació sobre lo que ha ocorregut en la caixa. Aixina, per al gat, la funció d'ona de l'aparat ya ha colapsat, mentres que per al experimentador el contingut de la caixa està encara en un estat de superposició. Solament quan la caixa s'obri, i abdós observadors tenen la mateixa informació sobre lo que ha passat, les dos descripcions del sistema colapsen en el mateix resultat.

• l'interpretació asambleística o estadística interpreta la funció d'ona com una combinació estadística de múltiples sistemes idèntics. La superposició és una abstracció matemàtica que descriu este conjunt de sistemes idèntics; pero quan observem un sistema individual, el resultat és un dels estats possibles. El vector d'estat no s'aplicaria a experiments en gats individuals, sino solament a les estadístiques en gats preparats de manera similar. No obstant, esta interpretació és incapaç d'explicar fenomens experimentals associats a partícules individuals; com l'interferència d'un sol fotó en la versió quàntica del experiment de Young pero els defensors d'esta interpretació afirmen que açò fa que la paradoxa del gat de Schrödinger siga un assunt trivial.