El sencillo experimento gedanken

En el año 1896 el joven Albert Einstein, que por aquella época contaba con apenas 17 años de edad, fue enviado a la pequeña localidad suiza de Aarau para terminar sus estudios secundarios.

Alojado como huésped en la casa de uno de sus profesores, Jost Winteler, el adolescente, además de dar rienda suelta a sus hormonas flirteando con la hija de Winteler, ocupaba sus ratos libres en otros curiosos pensamientos.

Llegaba a su habitación, encendía la lámpara, y tras unos instantes pensativo, el chaval ponía a funcionar lo que Poirot llamaba células grises y se decía para sí: Imaginemos que puedo correr tan rápido como quiera.

Es más, imaginemos que puedo moverme tan rápido que pudiera viajar a la misma velocidad que la luz que sale de mi lámpara. Soy tan veloz que viajo a la misma velocidad, exactamente la misma…
¿Qué es lo que vería? ¿Cómo vería la luz si pudiera correr junto a ella con su misma rapidez?

Faltaban cuatro años aun para llegar al siglo XX y a Einstein, que ya había estudiado con cierta profundidad a Maxwell y a Newton, no le cuadraban algunas cosas.

Si la luz y yo viajásemos a la misma velocidad, en ese camino juntos la luz estaría quieta respecto a mí. Vería la luz en reposo y eso es imposible: si la luz existe es simplemente porque se mueve, porque viaja.

Al igual que no existe una ola quieta, la existencia de la luz se debe a que se mueve y por tanto no puedo verla en reposo… ergo, es imposible que yo pueda moverme a la velocidad de la luz.

Una década más tarde, en 1905, Albert Einstein revolucionaría el mundo de la ciencia publicando una serie de artículos científicos entre los que se encontraba su famosa teoría de la relatividad especial.

Aquellas carreras imaginarias de juventud a la velocidad de la luz, que el propio físico relató en diversas entrevistas antes de su muerte, fueron el germen de su posterior trabajo y en el mundo de la ciencia se conocen como “experimentos gedanken”.

Son hipótesis imaginarias que se realizan mentalmente para comprender cómo funciona la Naturaleza, una especie de experimento pensado, un barato laboratorio preparado en nuestro cerebro.

Otro personaje irreductible al que se le daban muy bien estos gedankenexperiment fue Nikola Tesla que se pasaba horas visualizando mentalmente sus ingenios.

El genio de los mil y un inventos dejaba volar su imaginación durante largos ratos desarrollando estructuras, creando planos y artefactos que, primeramente, funcionaban en su cabeza.

Así fue como, un día sentado en un parque, en uno de estos momentos enfrascado en sus pensamientos, imaginó un mecanismo y lo fue desarrollando mentalmente. Al rato buscó desesperado un lápiz y un papel para dejarlo impreso por escrito, pero no pudo encontrar nada a su alcance.

 En su lugar lo único que se le ocurrió fue dibujar con su dedo en la arena de aquel parque. Cuando llegó a su taller y se puso a trabajar en ello, descubrió que todo encajaba perfectamente… acababa de crear el primer motor polifásico de corriente alterna.

Bueno, y qué decir del gedankenexperiment por antonomasia, el gato de Schrödinger. Un felino imaginario encerrado en una trampa mortal que revolucionó el mundo cuántico estando vivo y muerto a la vez.

A lo largo de la historia muchos de los descubrimientos y avances realizados por la ciencia, se han producido en primer lugar en la mente de quienes, observando la realidad, se aventuraron a imaginar qué ocurriría si…

Ahora, y viendo que no resulta (para algunos) demasiado difícil imaginar consecuencias a partir de unas condiciones hipotéticas, vamos a intentarlo nosotros.

Comencemos primeramente por unos cálculos mentales sencillos, aunque con bastantes ceros. El año pasado, el consumo mundial de petróleo alcanzó un nuevo record situándose en 86,60 millones de barriles diarios.

Teniendo en cuenta que un barril de crudo es igual a 42 galones, o lo que es lo mismo unos 159 litros, la multiplicación es la siguiente:

86.600.000 barriles x 159 litros = 13.769.400.000

Pongámoslo en letras y, aunque no sea muy científico redondeemos un poco: consumimos a diario unos Catorce mil millones de litros de petróleo. Todos los días. Cada veinticuatro horas.

En 1956 y realizando cálculos similares a los que hemos realizado para el consumo actual de petróleo, el geofísico Marion King Hubbert se aventuró a realizar una predicción sobre las reservas de Estados Unidos y adelantó que, para finales de la década de los 60, la producción de petróleo norteamericana llegaría a su punto máximo para a partir de ahí comenzar a descender.

Muchos consideraron entonces que las predicciones de Hubbert no iban más allá de meras especulaciones mentales adornadas con bonitas funciones gaussianas sin ninguna base real… hasta que en 1971 se cumplieron y el geofísico saltó a la fama con aquella teoría del pico de Hubbert.

Pero continuemos con nuestro gedanken y añadamos algunos elementos más para imaginar qué futuros escenarios podrían presentarse o cuáles serían sus posibles consecuencias.

Viviendo en un planeta finito en donde, como es evidente, los recursos naturales se acabarán tarde o temprano, el siguiente movimiento debería contemplar la demografía y la cantidad de energía necesaria para cubrir sus necesidades.

La ONU estima que en el año 2050 la población mundial llegará a los 9.000 millones de habitantes y la demanda de energía, según un estudio publicado por la propia multinacional del petróleo Shell, será tres veces mayor que la del año 2000.

El escritor y semiólogo italiano Umberto Eco dijo una vez, a modo de metáfora muy aclaradora, que el día en que los chinos comenzasen a usar papel higiénico podríamos despedirnos del Amazonas.

Pues bien, vivimos en un planeta en el que ya pocos se conforman con papel higiénico, también quieren (y con todo el derecho) sus propios iPhones, coches de 16 válvulas, pantallas de plasma superplanas y aire acondicionado para el verano. Y 9.000 millones es mucha gente.

El mundo que disfrutamos se ha creado en apenas unas décadas. En menos de un siglo hemos pasado de la carreta y el caballo de nuestros abuelos al avión supersónico. Nuestra vida, nuestra comodidad, nuestros pequeños (o grandes) logros nos han ido llegando a un ritmo espectacular, poseemos tecnología que, con la sonrisa cómplice de Clarke, pasaría perfectamente por magia hace tan solo unos años.

Sin embargo, es un gigante con los pies de barro.

Tal y como nos recuerda Kaku, nuestra gran civilización se basa en realidad en plantas muertas que, tarde o temprano, se acabarán regalándonos una estruendosa bofetada de realidad y una verdadera crisis, una de las gordas.

Y las crisis no suelen venir solas… en nuestros días, la burbuja inmobiliaria desinfló la bolsa que llevó a una crisis financiera que ha desembocado en crisis económica mundial, y sin embargo, esto no es más que un rasguño comparado con los hachazos que nos esperan a la vuelta de la esquina.

Hagan su propio gedanken… planteen su experimento mental e intenten prever el futuro escenario que nos espera, resolviendo una ecuación mental en donde hay que restar el petróleo, sumar población, añadir demanda de energía y finalizar con un más que posible cambio climático… los resultados que a mí me salen .... pues en realidad me asustan !

El mundo macroscópico que vemos se comporta clásicamente. Es decir, no exhibe comportamientos cuánticos.

Hay algo en el proceso de transición desde el mundo diminuto de átomos y moléculas al mundo visible que rompe la coherencia cuántica.

Podemos tener partículas en una superposición de estados durante mucho tiempo, pero no podemos tener un gato en un estado de superposición vivo-muerto, ni tan siquiera por un instante.

No hay consenso entre los físicos sobre si esta transición es brusca y la Mecánica Cuántica (MC) deja de funcionar a partir de un tamaño dado o si es todo más gradual y suave. La realidad es que los físicos no se ponen de acuerdo en muchos de los aspectos de la MC.

Si consideramos que el proceso es gradual, la decoherencia vendría dada por el ambiente. Habría cada vez mayor dificultad de aislar un sistema, que se hace cada vez más grande, de los efectos de ese ambiente, pues el ruido ambiental realizaría lo que se considera una medición y colapsa la función de ondas del sistema cuántico.

En los últimos tiempos se han venido publicando resultados sobre superposición de estados de objetos mesoscópicos, sobre algunos de los cuales nos hemos hecho eco aquí.

De este modo, hay varios grupos de investigación que afirman haber conseguido estados superpuestos con tambores de Schrödinger.

Estos son sistemas en los que una pequeña lámina oscila en una superposición de estados de vibración. Es curioso, porque todos ellos dicen haberlo conseguido “por fin”.

El problema es que, hasta el momento, no había una manera de cuantificar la calidad de esa supuesta superposición de estados.

Si asumimos (es mucho asumir) que un día se pudiera usar ese tipo de dispositivos en un computador cuántico, de nada nos serviría si el tiempo en el que se puede mantener la superposición de muchos estados antes de que la decoherencia los destruya es muy pequeño.

Ahora, un grupo de investigadores alemanes ha diseñado un modo de cuantificar cómo de grandes pueden ser estos objetos macroscópicos para mantener dos o más estados en superposición cuántica.

Los físicos han ido realizando experimentos de superposición en los últimos tiempos con objetos cada vez más grande con la intención de ver en dónde se produce la transición del mundo cuántico al clásico.

Se usaron, por ejemplo, grandes moléculas en experimentos de doble rendija para que interfirieran consigo mismas, pequeñas corrientes circulando al mismo tiempo en direcciones opuestas en dispositivos superconductores, etc.

Siempre ha habido cierta ambigüedad a la hora de cuantificar cómo de grande (de macroscópico) es el sistema usado o la calidad de esa superposición.

Stefan Nimmrichter y Klaus Hornberger, de la Universidad de Duisburg-Essen, han definido esa “macroscopicidad” en términos del experimento usado para realizar cierto estado cuántico, en lugar de usar una propiedad del estado en sí mismo (número de átomos, etc).

Diseñan una expresión matemática que describe las modificaciones mínimas necesarias a realizar sobre la ecuación dinámica de Schrödinger para destruir ciertos estados cuánticos.

La macroscopicidad de un resultado experimental dado está entonces determinada por el número de esas modificaciones que el resultado obtenido ha conseguido descartar.

A mayor número de resultados macroscópicos descartados más modificaciones.

Este esquema descasa principalmente en el conocimiento que se tenga de la duración del tiempo de coherencia de la superposición en cuestión, pues una superposición que dure más descarta un mayor número de modificaciones.

Pero la masa del objeto es también importante. Con moléculas más masivas, por ejemplo, se descarta una clase de modificaciones más grande que con moléculas pequeñas para un tiempo de coherencia dado.

Al final se evalúa un parámetros que denominan μ que se entiende mejor si se considera que está basado en una escala logarítmica.

A mayor valor de μ mayor será la macroscopicidad. Así por ejemplo, para el experimento realizado en 2010 en la Universidad de Viena, en el que se usaron 356 átomos, se obtiene un valor de μ=12.

En interferómetros superconductores de tipo SQUID se alcanzan valores menores porque el delicado estado cuántico en ese caso mantiene la coherencia durante sólo unos pocos nanosegundos.

Estos investigadores estiman que un agregado de medio millón de átomos de oro puede tener una valor de μ=23, valor similar al calculado para la autointerferencia de nanoesferas de dióxido de silicio.

Aunque este tipo de experimentos no se han realizado aún.

Si se considera una esfera de 4 kilogramos de agua para simular al famoso gato de Schrödinger y se asume que existe en superposición de otra situada a 10 cm, entonces estos físicos calculan un μ igual a 57.

Esto es equivalente a una superposición en electrones de 1057 segundos de duración, es decir, 1039 veces la edad del Universo.

“Uno nunca puede decir nunca jamás, pero probablemente nunca seremos capaces de poner a un gato en un estado de superposición cuántico”, dice Nimmrichter.

Diagnóstico de la parálisis cerebral | VCN

... Un escán TC puede mostrar las áreas del cerebro subdesarrolladas, quistes anormales (sacos usualmente rellenos de líquido) en el cerebro u ...


Hongo mata cucarachas | VCN

... encontraron que el hongo Aspergillus westerdijkiae, puede infectar al insecto todavía en su fase embrionaria, junto con los sacos de huevos ...


Secretos del Titanic | VCN

 ... Estos empleados de correos fueron responsables de los 3.423 sacos de correo ( siete millones de entregas de correo) que iban a bordo del ...


Copyleft: a http://neofronteras.com/?p=4093
Creative Commons Atribución-CompartirIgual 3.0 Unported