Superposición: el gato y el malentendido

Qué vas a poder hacer al terminar

La superposición es el concepto cuántico que más aparece en los titulares y el que más se maltrata. Se dice que un gato está vivo y muerto a la vez, que una partícula está en dos lugares, que la realidad no existe hasta que alguien la mira. Ninguna de esas frases describe lo que la teoría afirma. Esta lección separa tres cosas que suelen ir mezcladas: lo que el formalismo cuántico predice, lo que Schrödinger quiso mostrar con su gato y lo que ocurre con un objeto macroscópico real. Al terminar vas a poder explicar la superposición con una frase correcta, situar el experimento de 1935 en su contexto y decir por qué tu sala no es una caja cuántica.

1. La superposición, sin gato

Un sistema cuántico se describe con un estado, que es una herramienta matemática para calcular probabilidades. Si el sistema puede dar el resultado A o el resultado B, también se puede preparar en una combinación de ambos: una superposición. En esa combinación, cada alternativa lleva un número llamado amplitud. La amplitud no es una probabilidad; es un número con fase, y por eso las alternativas pueden sumarse o cancelarse. Al medir se obtiene A o B, y la probabilidad de cada uno depende del cuadrado de su amplitud.

La diferencia entre una superposición y la simple ignorancia se ve en la interferencia. Si un electrón pasa por una doble rendija y no sabemos cuál camino tomó, podría parecer que su estado es una mezcla de dos caminos. Pero si fuera solo ignorancia, el patrón en la pantalla sería la suma de dos manchas. Lo que se observa es un patrón de franjas: las amplitudes de los dos caminos interfieren. Esa interferencia es la firma de que el estado no es una lista de propiedades ocultas, sino una combinación que produce efectos medibles.

• Lo que la teoría predice: las probabilidades de cada resultado y los patrones de interferencia entre alternativas.
• Lo que no dice: que el sistema ya tenga un resultado secreto que solo falta descubrir.
• Lo que no autoriza: afirmar que cualquier objeto está en superposición con cualquier otro, sin aislamiento ni control.

2. El gato de Schrödinger: qué quería mostrar

En 1935, Erwin Schrödinger publicó un artículo sobre la situación de la mecánica cuántica y propuso un caso imaginario para señalar un problema. No era un experimento de laboratorio ni una mascota de verdad: era un experimento mental. Dentro de una caja cerrada hay un átomo radiactivo, un contador, un mecanismo que libera un veneno y un gato. Si el átomo decae, el contador lo detecta, el mecanismo se activa y el gato muere. Si no decae, el gato sigue vivo.

El argumento de Schrödinger era este: si el átomo se prepara en una superposición de decaer y no decaer, y la caja entrelaza su estado con el del gato, el formalismo permite escribir un estado del sistema completo en el que las dos ramas siguen presentes. Él no creía que eso fuera un retrato del mundo. Lo escribió para mostrar que la descripción cuántica, aplicada tal cual a un objeto macroscópico, lleva a una conclusión absurda. El gato era una objeción, no una receta.

La lectura correcta tiene tres pasos. Primero, el formalismo permite escribir esa superposición si se trata al gato como un sistema cuántico aislado. Segundo, un gato real no está aislado: su cuerpo intercambia calor, luz y moléculas con el entorno todo el tiempo. Tercero, esa interacción destruye la interferencia entre las ramas en escalas de tiempo brevísimas. El gato de Schrödinger señala un problema de la teoría; no describe un gato de tu sala.

3. Por qué tu sala no es una caja cuántica

Un objeto macroscópico está en contacto permanente con su entorno. Las moléculas de aire golpean su superficie, los fotones lo iluminan, las paredes vibran. Cada una de esas interacciones deja información sobre el estado del objeto: qué posición tiene, cómo se mueve, qué temperatura alcanza. Cuando el entorno obtiene esa información, las fases que permitían la interferencia se pierden. Ese fenómeno se llama decoherencia.

La decoherencia explica por qué no vemos superposiciones en la cocina: son extraordinariamente frágiles fuera del laboratorio. Pero conviene no pedirle más de lo que da. Explica la pérdida de interferencia, no por qué en una medición concreta aparece un solo resultado. Esa pregunta es el problema de la medición, y se discute en la lección siguiente. La decoherencia no necesita un observador consciente: basta con que el entorno deje rastro.

• El gato real no está en una superposición de vivo y muerto: su estado se entrelaza con el entorno y pierde coherencia.
• La caja no lo aísla: ningún material bloquea todas las interacciones con el exterior.
• La conciencia no es el interruptor: una cámara o una molécula de aire pueden registrar información sin que nadie mire.

4. Dos casos resueltos: la nota y el qubit

Los dos casos son ficticios y sirven para practicar la separación entre formalismo, intención y titular. No son experimentos reales ni testimonios.

5. Lo que te llevas: una ficha de tres columnas

El producto de la lección es una ficha de tres columnas. Elige un titular o una frase sobre el gato que hayas visto. En la primera columna, escribe qué se midió o qué se preparó. En la segunda, qué permite decir el formalismo. En la tercera, qué añade el titular que la fuente no dice. Si la tercera columna tiene más palabras que las dos primeras, ya sabes dónde está el mito.

No se trata de dejar de usar la imagen del gato: es una puerta de entrada excelente a la física cuántica. Se trata de usarla sabiendo qué es. Un experimento mental no es un fenómeno; una superposición no es una lista de resultados; y un gato no es un sistema aislado. Con esas tres frases claras, puedes leer casi cualquier nota sobre el tema sin perder el hilo.

Fuentes y para saber más

Esta lección no presenta resultados nuevos ni cifras de eficacia: explica un concepto y sitúa un experimento mental de 1935. El artículo original de Schrödinger y las discusiones sobre decoherencia se consultan en los archivos de abajo. Lo que pertenece a la interpretación se presenta como interpretación, y lo que pertenece a la divulgación se marca como añadido.

Internet Archive: el artículo de Schrödinger
Busca la traducción del texto de 1935 sobre la situación de la mecánica cuántica y lee cómo plantea el caso.

Project Gutenberg: divulgación clásica
Los libros anteriores a 1930 muestran cómo se hablaba de los cuantos antes de la industria del mito.

Para dominar este tema

Ya tienes la superposición en su sitio: una combinación de amplitudes, no una lista de resultados ni un gato en dos estados. Sabes qué quiso mostrar Schrödinger en 1935, por qué su gato era una objeción y qué hace la decoherencia con un objeto real. Lo siguiente es la medición: qué cuenta como observar y qué se discute sobre el colapso.