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La paradoja del Gato de Schrödinger, es un experimento desarrollado por el físico Austriaco Erwin Schrödinger en 1935 que ilustra lo que el físico vio como el problema de la interpretación de Copenhagen de la Mecánica Cuántica, aplicada a los objetos del día a día.

La paradoja del Gato de Schrödinger fue pensada como una discusión del Articulo ERP, llamado así por las siglas de sus autores; Einstein, Podolsky, y Rosen el mismo año. Este artículo resaltaba la extraña naturaleza de la Superposición cuántica; lo que en términos generales, es la combinación de todos los estados posibles de un sistema; donde la Interpretación de Copenhagen implica que dicha superposición colapsaría en un estado definido solo en el momento preciso de la medición cuántica.

Pero no podemos hablar del Gato de Schrödinger, sin antes hablar de la “Ecuación de Schrödinger”:

LA Ecuación de Schrödinger, llamada así en honor a su descubridor (1926), Erwin Schrödinger, es una ecuación que describe como el “Estado Cuántico” de un sistema físico cambia en el tiempo.

Esta ecuación representa para la Mecánica cuántica, lo que las Leyes de Newton representan para la Mecánica Clásica. En la interpretación estándar de la Mecánica Cuántica, el Estado Cuántico;  también llamado Función de Onda o Vector de Estado, representa la descripción más completa que puede ser dada a un sistema Físico.

Las soluciones a la Ecuación de Schrödinger no solo describen sistemas atómicos, subatómicos y moleculares, sino que también pueden describir Sistemas Macroscópicos y posiblemente el Universo entero como sistema.

La forma más general de la Ecuación de Schrödinger es la Tiempo-Dependiente, la cual describe la evolución de un sistema con el tiempo. Para sistemas estacionarios, la ecuación aplicable es la Tiempo-Independiente, cuyas soluciones aproximadas son usadas frecuentemente para calcular los niveles de energía y algunas otras propiedades de Átomos y Moléculas.

LA Ecuación de Schrödinger, puede variar dependiendo de la situación física a la cual se aplica; por ejemplo:

Para un Sistema Cuantico en General:

Donde

• es la Función de Onda; la amplitud de probabilidades para las diferentes posibles configuraciones de un sistema para diferentes momentos de tiempo.
• es el operador de energía; donde i es la raíz imaginaria y   la constante de Plank reducida.
• es el operador Hamiltoniano.

Para una partícula con energía potencial V:

Donde

• es el operador de la energía cinética, donde  m es la masa de la partícula.

• el operador de Laplace. Para tres dimensiones, el operador de Laplace es:

, donde  “x”, “y”, y “z” son las coordenadas cartesianas en el espacio.

• es la función tiempo-Dependiente de la Energía Potencial en la posición  r.
• es la Amplitud de Probabilidad para la particular a ser encontrada en la posición r en el tiempo t.

Ecuación independiente del Tiempo para una partícula con energía potencial V:

Esta ecuación describe las soluciones de ondas estacionarias de la ecuación tiempo-dependiente, los cuales son los estados con energía definida.

Una vez conocida las ecuaciones, volvemos con el Gato de Schrödinger:

Para ilustrar aún más el carácter incompleto putativo de la mecánica cuántica, Schrödinger aplico la Mecánica Cuántica, a una entidad viva que puede o no ser consciente. En su experimento original, describió como se podría transpolar la superposición de un átomo para sistemas a gran escala de un gato vivo y muerto, acoplando gato y átomo con la ayuda de lo que llamo “un mecanismo diabólico”. Proponiendo un escenario con un gato en una caja sellada, en la que la vida  o muerte del gato, dependía del estado de una partícula subatómica.

Según Schrödinger, la interpretación de Copenhague implica que el gato seguía estando tanto vivo como muerto (para el universo fuera de la caja), hasta que la misma se abre.

Según esta interpretación, un sistema deja de estar superposicionado de estados y pasa a estar o en uno o en otro estado cuando tiene lugar una observación.

Por otro lado, en 1957  Hugh Everett formulo la Interpretación Multiuniverso de la Mecánica Cuántica. En la cual, ambos estados del gato (Vivo y Muerto), persisten aun después de que la caja es abierta, pero son incoherentes una respecto a la otra. En otras palabras, cuando la caja es abierta, el sistema conformado por el observador y el ya dividido gato; se dividen en un observador viendo una caja con un gato vivo y un observador viendo una caja con un gato muerto. Pero como los estados vivo y muerto del gato son deconherentes, no existe comunicación efectiva o interacción entre ellos.

Al abrir la caja el observador se enlaza con el gato; por lo que un Observador de Estado correspondiente al gato estando vivo y otro al gato estando muerto son formados. Cada observador es enlazado con el gato, por lo que “la observación del estado del gato” y “el estado del gato” corresponden el uno con el otro.

La Decoherencia cuántica asegura que los diferentes resultados no tienen ninguna interacción el uno con el otro. El mismo mecanismo de la decoherencia cuántica es también importante para la interpretación en términos de historias consistentes. Sólo el “gato muerto” o “gato vivo” puede ser una parte de una historia coherente en esta interpretación.

En la Interpretación Multiuniverso de la Mecánica Cuántica, el aspecto subjetivo del Colapso de la Función de Onda, es explicado por el mecanismo de la Decoherencia Cuántica, ya que; por Decoherencia esta interpretación pretende resolver todas las paradojas de correlación de la Teoría Cuántica, como son; la paradoja EPR y la paradoja del Gato de Schrödinger ya que cada posible resultado de cada caso define o existe en su propio “ Historia”,  ”mundo” o “Universo”.

Saludos Cordiales:.

La “Teoría del Big Bang” o Teoría de la Gran Explosión es un modelo científico que trata de explicar el origen del Universo y su desarrollo posterior a partir de una singularidad espacio-temporal…?

Así es…; Después del “Big Bang”, el universo comenzó a expandirse para llegar a su condición actual, y de hecho lo continúa haciendo en nuestros días.  Científicamente hablando y según la teoría que lo postula, en aquel instante toda la materia y la energía del universo observable se encontraban concentradas en un punto de densidad infinita.

En sus primeros momentos el universo se expandió y se enfrió rápidamente, experimentando cambios de fase análogos a la condensación del vapor o a la congelación del agua, pero relacionados con las partículas elementales. 

Aproximadamente 10^-35 segundos después de lo que los científicos denominan “Época de Planck”, un cambio de fase causó que el Universo se expandiese de forma exponencial durante un período llamado inflación cósmica. Al terminar la inflación,  los componentes materiales del Universo quedaron en la forma de un plasma de quarks-gluones( que son las partículas más pequeñas que el hombre ha logrado identificar), en donde todas las partes que lo formaban se encontraban en movimiento en forma relativista. 

Con el crecimiento en tamaño del Universo, la temperatura descendió. Luego a cierta temperatura, y debido a un cambio aún desconocido denominado bariogénesis, los quarks y los gluones se combinaron en bariones tales como el protón y el neutrón, produciendo de alguna manera la asimetría observada actualmente entre la materia y la antimateria. El constante descenso de la temperatura condujo a nuevos cambios de fase, que rompieron la simetría, así que les dieron su forma actual a las “fuerzas fundamentales de la física” y a las partículas elementales.

Más tarde, protones y neutrones se combinaron para formar los núcleos de deuterio y de helio, en un proceso llamado “nucleosíntesis” primordial. Al enfriarse  el Universo,  la materia gradualmente dejó de moverse de forma relativista y su densidad de  energía comenzó a dominar gravitacionalmente  sobre la radiación. Pasados unos 300.000 años, los electrones y los núcleos se combinaron para formar los átomos (mayoritariamente de hidrógeno).

Al pasar el tiempo, algunas regiones ligeramente más densas de la materia casi uniformemente distribuida crecieron gravitacionalmente,  haciéndose  más densas, formando nubes, estrellas, galaxias y el resto de las estructuras astronómicas que conocemos y observamos en la actualidad.  De acuerdo a los seguidores de esta teoría asi tuvo origen  el mundo tal y como lo conocemos.  Mas que impresionante, se podría decir….!!!

Por otro  lado, es bien sabido que la teoría del Big Bang, como muchas otras,  se desarrolló a partir de observaciones y avances teóricos, sin embargo; hasta este  punto, los lectores  más perspicaces, eruditos y grandes pensadores del tema ya habrán notado que aun existen algunas incoherencias que solventar acerca de esta teoría, como por ejemplo; 

Partiendo del  hecho de que las observaciones astronómicas indican que  el Universo tiene una edad de 13,73 ± 0,12 mil millones de años y por lo menos 93 mil millones de “años luz” de extensión…. y que  de acuerdo con la teoría especial de la relatividad, la materia no puede moverse a una velocidad superior a la de la luz; no es acaso paradójico que dos objetos del universo(digamos el punto inicial del “Big Bang” y el objeto más  alejado, es decir el borde del universo) puedan haberse separado 93 mil millones de años luz en un tiempo de sólo 13 mil millones de años…?

De igual forma, se presenta otro hecho paradójico en la denominación del evento “Big Bang”, lo que se traduce literalmente como ”Gran Explosión“, ya que  técnicamente hablando (ojo, no científicamente… ), en cierto modo no pudo haber sido grande ya que se produjo exactamente antes del surgimiento del espacio-tiempo, por lo cual, habría sido el mismo “Big Bang” lo que habría generado las dimensiones  a partir de  la mencionada singularidad y además, tampoco puede ser llamada exactamente una explosión en el sentido estricto del término, ya que no se propagó fuera de sí mismo, porque de ser así, hacia donde se hubiera propagado…? si es de suponer que , según la misma teoría,  antes del evento mismo no existía ni el espacio ni el tiempo…!!! lo que a título personal  me lleva a realizar las siguientes preguntas abiertas a la  comunidad científica:  

1. En donde se produjo semejante explosión…?,

2. Como es que el universo se sigue expandiendo, si una vez que nos remitimos al borde exterior del universo, se supone que mas allá del borde no debe existir absolutamente nada…? entiéndase espacio y tiempo…?

3. Suponiendo que se despejan las dos primeras interrogantes de forma favorable a esta teoría… entonces no sería muy alocado pensar que;  así como ocurrió convenientemente  esa singularidad que dio origen al “Big Bang”, pudieron haber ocurrido no uno sino varios, quizás cientos o miles de eventos similares dando origen cada uno a un Universo distinto…?

Bueno, creo que ha sido suficiente por un post, espero haya podido interesar sus mentes con este articulo. Demás esta decir que tanto los lectores, como mi persona, apreciaríamos las respuestas que algún ser ascendido con una mayor compresión del Universo pudiera ofrecernos…

Saludos Cordiales:.