El gat de Schrödinger, l’experiment que explica una part de la mecànica quàntica.

En el nostre dia a dia estem envoltats de fenòmens físics succeint contínuament. Som capaços de definir i preveure molts d’aquests moviments amb la lògica i els coneixements que la nostra experiència ens ha aportat. Però, i si parléssim dels fenòmens atòmics? Podríem aplicar la nostra saviesa de la física quotidiana en aquests casos? La resposta és no, i és així perquè les normes que governen el comportament quàntic i les del comportament macroscòpic son totalment diferents. Les primeres estan d’acord amb les lleis de la mecànica quàntica i, en canvi, les segones, es basen en les lleis de la mecànica clàssica. 

La mecànica quàntica està dissenyada per a mostrar les probabilitats del que podria passar quan observem. Es dedica a l’estudi de les partícules que formen la matèria, com els electrons, els protons o els neutrons. 

Una manera d’il·lustrar la complexitat de la mecànica quàntica és el famós experiment imaginari del gat que està viu i mort a la vegada. En 1935 Erwin Schrödinger, un dels fundadors de la mecànica quàntica, va plantejar una situació: tanquem un gat en una caixa amb alguna cosa que tingui el 50% de probabilitats de matar-lo en un temps determinat. Un cop ha passat el temps, intentem deduir quin és l’estat del gat. La lògica ens diu que com la probabilitat de què estigui viu o estigui mort és la mateixa (50%), no hi ha altra forma de saber l’estat del gat que obrint la caixa i mirant.

Tanmateix, gràcies a diversos experiments s’ha trobat una altra manera d’explicar aquesta situació amb la física quàntica. Ho fa amb el concepte de superposició, el qual afirma que abans que l’ull observi el gat, aquest no està ni viu ni mort, sinó que ambdues estan succeint a la vegada. Aleshores, quan obríssim la caixa que veuríem? Doncs a l’hora d’exposar-se a la nostra vista, el gat només mostraria un dels dos estats, amb un 50% de probabilitats cadascun. Per tant, podem dir que mentre no mirem, un objecte és indefinit, però és quan observem que es defineix. 

Aquest mateix cas es pot donar en sistemes físics a escala quàntica. El fenomen de la superposició en física quàntica és causat per la naturalesa dual de partícula (el que significa que actua com a ona i partícula a la vegada) i la longitud d’ona. Peraquè un objecte tingui una longitud d’ona, s’ha d’expandre per l’espai i ocupar moltes posicions simultàniament. Amb això podem deduir que hi ha moltes longituds d’ona diferents alhora. En objectes quotidians les propietats d’ona són indetectables, ja que la longitud d’aquesta disminueix en proporció a l’augment del momentum, què és l’efecte de la massa i la velocitat sobre un cos en moviment. Com que els objectes dels quals estem envoltats tenen una massa i un moviment elevats, la longitud d’ona d’aquests és impossible de notar. Contràriament, una partícula petita, com podria ser un electró, sí que fa notòria la seva naturalesa dual.

Un experiment que mostra molt bé el concepte quàntic de superposició és l’experiment de la doble escletxa. Aquest tracta sobre disparar partícules a través d’una paret amb dues escletxes. Al passar per les escletxes toparan amb una pantalla que ens assenyalarà on ha caigut. En aquesta primera part inicial, la pantalla va quedar com els científics esperaven; de la següent manera: 

Més tard, els científics proven de fer passar un electró, un element quàntic amb un comportament complex. Aquest és el resultat:

Amb aquest patró és impossible definir quina de les escletxes ha travessat. Els científics troben una manera d’identificar-ho; tornen a repetir l’experiment amb un detector que ens dirà per quina ha passat. El resultat és el mateix que en la primera part de l’experiment. Què ha passat? Les conclusions que podem extreure són que en el món quàntic, tots els estats succeeixen alhora i només quan observem, les partícules trien una de les opcions i es manifesten amb aquesta. 

Aquesta mateixa idea és en la que es basa el cas del gat de Schrödinger; encara que el gat estigui viu i mort alhora, en comprovar-ho només una de les opcions es mostrarà. 

Fet per: Ariadna Vidal, 1r de Batxillerat.

Deixa un comentari

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

Esteu comentant fent servir el compte WordPress.com. Log Out /  Canvia )

Twitter picture

Esteu comentant fent servir el compte Twitter. Log Out /  Canvia )

Facebook photo

Esteu comentant fent servir el compte Facebook. Log Out /  Canvia )

S'està connectant a %s