Los físicos teóricos han propuesto una nueva solución al La paradoja del gato de Schrödingerlo que puede permitir que las teorías de la mecánica cuántica y la relatividad de Einstein convivan en mejor armonía.
Las extrañas leyes de física cuántica Postulan que los objetos físicos pueden existir en una combinación de múltiples estados, como estar en dos lugares a la vez o poseer varias velocidades simultáneamente. Según esta teoría, un sistema permanece en tal “superposición” hasta que interactúa con un dispositivo de medición, adquiriendo sólo valores definidos como resultado de la medición. Un cambio tan abrupto en el estado del sistema se denomina colapso.
El físico Erwin Schrödinger resumió esta teoría en 1935 con su famosa paradoja felina: utilizando la metáfora de un gato en una caja sellada que está simultáneamente muerto y vivo hasta que se abre la caja, colapsando así el estado del gato y revelando su destino.
Sin embargo, aplicar estas reglas a escenarios del mundo real enfrenta desafíos, y ahí es donde surge la verdadera paradoja. Si bien las leyes cuánticas son válidas para el reino de las partículas elementales, los objetos más grandes se comportan de acuerdo con la física clásica, como lo predijo Einstein. teoría de la relatividad general, y nunca se observan en una superposición de estados. Describir todo el universo utilizando principios cuánticos plantea obstáculos aún mayores, ya que el cosmos parece completamente clásico y carece de un observador externo que sirva como dispositivo de medición de su estado.
“La pregunta es: ¿puede el Universo, que no tiene un entorno circundante, estar en tal superposición?” autor principal Matteo Carlesso, dijo a Live Science en un correo electrónico un físico teórico de la Universidad de Trieste en Italia. “Las observaciones dicen que no: todo sigue las predicciones clásicas de la Relatividad General. Entonces, ¿qué es lo que rompe tal superposición?”
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Para abordar esta cuestión, Carlesso y sus colegas propusieron modificaciones a la ecuación de Schrödinger, que rige cómo todos los estados, incluidos los de superposición, evolucionan con el tiempo.
“Modificaciones específicas de la ecuación de Schrödinger pueden resolver el problema”, afirmó Carlesso. En particular, el equipo agregó términos a la ecuación que capturaban cómo el sistema interactúa consigo mismo, además de agregar algunos otros términos específicos. Esto, a su vez, conduce a la ruptura de la superposición.
“Estos efectos son más fuertes cuanto más grande es el sistema”, añadió Carlesso.
Fundamentalmente, estas modificaciones tienen poco impacto en los sistemas cuánticos microscópicos, como los átomos y las moléculas, pero permiten que sistemas más grandes (como el universo mismo) colapsen a intervalos frecuentes, dándoles valores definidos que se ajustan a nuestras observaciones del cosmos. El equipo describió su ecuación de Schrödinger modificada en febrero en el Revista de física de altas energías.
Sacando al gato del purgatorio
En su versión modificada de la física cuántica, los investigadores eliminaron la distinción entre objetos sujetos a medición y dispositivos de medición. En cambio, propusieron que el estado de cada sistema sufre un colapso espontáneo a intervalos regulares, lo que lleva a la adquisición de valores definidos para algunos de sus atributos.
Para sistemas grandes, el colapso espontáneo ocurre con frecuencia, lo que les da una apariencia clásica. Los objetos subatómicos que interactúan con estos sistemas pasan a formar parte de ellos, lo que lleva a un rápido colapso de su estado y a la adquisición de coordenadas definidas, similares a las mediciones.
“Sin acción de entidades externas, cualquier sistema se localiza (o colapsa) espontáneamente en un estado particular. En lugar de tener un gato muerto Y vivo, lo encontramos muerto O vivo”, dijo Carlesso.
El nuevo modelo puede explicar por qué el universo tiempo espacial la geometría no existe en una superposición de estados y obedece a las ecuaciones clásicas de la relatividad de Einstein.
“Nuestro modelo describe un universo cuántico, que eventualmente colapsó y se volvió efectivamente clásico”, dijo Carlesso. “Demostramos que los modelos de colapso espontáneo pueden explicar el surgimiento de un Universo clásico a partir de una superposición cuántica de Universos, donde cada uno de estos Universos tiene una geometría espacio-temporal diferente”.
Si bien esta teoría puede explicar por qué el universo parece estar gobernado por leyes clásicas de la física, no hace nuevas predicciones sobre procesos físicos a gran escala.
Sin embargo, hace predicciones sobre cómo se comportarán los átomos y las moléculas, aunque con desviaciones mínimas de la mecánica cuántica convencional.
Como resultado, probar su modelo cuántico modificado no será tan sencillo. El trabajo futuro estará dirigido a realizar tales pruebas.
“Junto con colaboradores experimentales, estamos tratando de probar los efectos de las modificaciones del colapso o derivar límites a sus parámetros. Esto es completamente equivalente a probar los límites de la teoría cuántica”.
