A mediados de los años 30 del siglo XX ya estaban establecidos los fundamentos de la Mecánica Cuántica y su interpretación ortodoxa. Sin embargo, fue en esa época cuando los físicos empezaron a ponerla en cuestión con rigurosidad. Uno de esos físicos fue el austriaco Erwing Schrödinger, precisamente uno de sus creadores.

La primera aparición de nuestro gato fue en el mes de noviembre de 1935 en un artículo titulado Die gegenwärtige Situation in der Quantenmechanik (''La situación actual de la Mecánica Cuántica") en la revista alemana Die Naturwissenscheften (''Ciencias Naturales").

En este experimento mental, Schrödinger maquina una composición diabólica. Se trata de un gato encerrado en una caja de acero en el que hay una vasija cerrada con cianuro de hidrógeno (gas venenoso), amenazada por un martillo acoplado a un contador Geiger. Además, hay una fuente de átomos radiactivos, de manera que si se produce la desintegración radiactiva de algún átomo, el contador Geiger disparará el martillo, que romperá la vasija y, por consiguiente, el gato morirá.

La Mecánica Cuántica nos da una probabilidad del 50% de que al cabo de una hora se haya producido la desintegración y el gato esté muerto. ¿Qué sabemos entonces, después de esa hora y sin abrir la caja, del estado del gato? Aparentemente se podría definir un estado puro para el gato en el que se mantuviera vacilando entre la vida y la muerte, en la superposición:

Este estado ya de por sí solo puede considerarse bastante chocante, pero más sinsentido si cabe le parecía a Schrödinger el hecho de que, si miráramos por una mirilla el estado del gato, éste pasaría a estar, o bien vivo, o bien muerto. Y que este hecho de la observación parezca definir la vitalidad del gato deviene, en efecto, absurdo.

De hecho, cualquier observación, por mínima que fuese, podría discernir el estado del gato y por consiguiente colapsar su estado de superposición. Un solo fotón nos podría dar la información de la vitalidad que buscamos y colocaría al gato en un estado vivo o muerto.

Pero a su vez, y este es uno de los aspectos más profundos y controvertidos de la paradoja, cualquier observador ajeno a nosotros podría colapsar ese estado, ¿o no? ¿Qué hay del propio gato observando el frasco? ¿Puede considerarse sólo la consciencia humana capaz de colapsar funciones de onda?

Las diferentes interpretaciones y soluciones que dan los físicos de este interesante experimento siguen siendo hoy en día cuestión de opinión, si bien es cierto que a mi juicio hay opiniones sobre esta paradoja que se alejan bastante del ámbito científico adentrándose en terrenos más resbaladizos, especialmente cuando entran en juego filosofías "orientalizantes", acabando en verdaderos disparates.

Vamos a ver algunas de las líneas interpretativas que a grandes rasgos se han podido encontrar.

Esta es la interpretación más aséptica, la que menos se compromete, ya que según ella lo prescriptivo es no intentar hacer averigüaciones sobre la realidad subyacente. Lo único que tenemos son las predicciones de la Mecánica Cuántica, y según estas la mitad de las veces encontraremos al gato vivo y la otra mitad muerto, cosa que en efecto ocurre. Caso cerrado. Los físicos nos referimos a esto con un viejo aforismo: "¡Calla y calcula!".

No obstante, en mi opinión ningún físico ha estado del todo cómodo con este planteamiento (que en realidad es un "no planteamiento") y, recordando al extraordinario pensador de fundamentos cuánticos John Bell, apetece seguir su máxima: ''soy ingeniero cuántico, pero los domingos tengo mis principios". Vamos a ver alguna otra línea de interpretación de la que se sirvieron sin duda para llenar algún día festivo.

En los tiempos de la fundamentación de la Mecánica Cuántica pronto se vieron los problemas que planteaban sus postulados, especialmente el relacionado con la medida que rompía frontalmente con la evolución. Fue entonces cuando se pueden situar las explicaciones de la Mecánica Cuántica relacionadas con la consciencia (von Neumann, Wigner), hoy en su mayoría superadas.

No obstante, aún hoy en día existen ideas residuales que relacionan de una forma misteriosa los estados físicos con la conciencia, aunque también hay que decir que algunas de esas ideas las defiende todavía gente con una reputada carrera científica, con exposiciones bastante meditadas (Penrose), pero lógica y lamentablemente esto ha servido de caldo de cultivo en la sofística de la ciencia contemporánea, y hoy en día cualquier chamán puede tener su propia interpretación del problema.

Según estas interpretaciones, en el colapso de la función de onda juega un papel relevante la conciencia, aunque a veces no se deja claro cuál puede ser la definición de esta conciencia. Por ejemplo, qué entes pueden tener suficiente conciencia como para colapsar funciones de onda. Con el humor que le caracterizaba, el mismo John Bell se pregunta, si el sistema es el Universo,"¿estaba la función de ondas esperando a 'saltar' desde hace miles de millones de años, hasta que apareciera un organismo viviente unicelular? ¿o tuvo que esperar algo más hasta la aparición de un medidor cualificado, un doctor en física?".

Como hemos dicho, en los orígenes de la Mecánica Cuántica esta interpretación parecía inevitable y fue propuesta por Eugene Wigner para dar fin a los aparatos de medida que se iban exigiendo recursivamente para que se produjera el colapso de la función de onda. Todo acabaría en la conciencia humana. En la década de los 80 Roger Penrose en cierta medida lo alimentó, si bien de forma mucho más sutil, al ser consciente de las limitaciones del argumento de Wigner. Penrose relaciona el proceso del colapso con la supuesta nueva teoría de la gravitación cuántica, y afirma que la conciencia debe de jugar algún papel activo, siempre que se defina la misma en términos de esa nueva teoría física. También parece admitir que el propio funcionamiento cerebral se debe en gran parte a efectos cuánticos: "...me parece que existe una posibilidad definida de que tales hechos puedan desempeñar un papel en los modos de pensamiento conscientes. Quizá no sea demasiado caprichoso sugerir que las correlaciones cuánticas podrían desempeñar un papel operativo en amplias zonas del cerebro". Parece no obstante que ni la opinión de sus colegas ni los hallazgos biofísicos sobre el funcionamiento del cerebro han apoyado sus teorías. (Para empezar porque en un órgano que funciona a temperatura ambiente parece inviable que se den efectos cuánticos).

Un punto de vista relacionado con la teoría ortodoxa de Wigner es el de universo participatorio de John A. Wheeler. Según este enfoque, las superposiciones lineales pueden resolverse en alternativas reales sin la presencia de una conciencia siempre que su evolución haya conducido a la localización de un ser consciente cuya existencia se explica precisamente porque aquellas superposiciones han colapsado. Es un argumento circular al que no le falta atractivo: nuestra sola existencia explica multitud de colapsos.

Wheeler cuenta, a propósito de esta idea, una leyenda hebrea basada en una lucha de egos entre Jehová y Abraham: "ni siquiera existirías si no hubiera sido por mí", le dice Jehová, ''es cierto, Señor, ya lo sé, pero también es cierto que Tú no serías conocido si no fuera por mí".

Este perfume holístico de la Mecánica Cuántica es el que ha hecho que a veces se encuentre rodeada de corrientes filobudistas ajenas a la Ciencia.

Una de las teorías más llamativas que prescinden del colapso como determinante de la realidad fue la de los muchos universos publicada en 1957 por Hugh Everett III. Según esta teoría la función de onda nunca colapsaría, a costa de tener una visión de ella más global.

Para Everett, cada superposición de vida y muerte en el gato debe estar relacionado a su vez con distintos estados del observador, el que ve el gato vivo y el que ve el gato muerto. En cada medida que se produce el mundo se desdobla, de modo que en cada universo habrá un ejemplar distinto de observador y de gato:

Everett defiende que nunca se puede separar al observador de la función de onda, y que evolucionan siempre de forma determinista. Lo que ocurre es que cada versión del "yo" sólo percibe una parte de la función de onda global desdoblada en múltiples universos. El universo se bifurca cada vez que se realiza una medida generando constantemente nuevos universos paralelos con historias ligeramente diferentes.

Lógicamente esta curiosa interpretación se ha topado con numerosas críticas, especialmente en lo que atañe a su falta de realidad y poca economía (a su autor, ya fallecido, le han llegado a propugnar insultos como, "fumador empedernido"). Desde un punto de vista más riguroso, cabría preguntar todavía acerca de cuándo exactamente se produce la bifurcación de los mundos o si tenemos que contemplar diferentes líneas de desdoble dependiendo de la base en la que desarrollamos el vector de estado.

En esta línea de negación del colapso y huyendo de las interpretaciones que aluden a la conciencia se encuentra la teoría de de Broglie-Bohm (debido a que fue creada en su origen por Louis de Broglie y retomada y ampliada por David Bohm). En ella la función de onda es reinterpretada físicamente como un campo real de naturaleza ondulatoria que existe independientemente del observador, y es definida por la ecuación de Schrödinger. Pero además existe la partícula determinista que va "guiada" sobre la onda, cuya apariencia aleatoria se explica por indeterminaciones en la posición inicial. A menudo se habla por ello de la onda piloto, ya que la función de onda define el potencial que guía a la partícula. El colapso impuesto por Copenhague no es aquí más que el resultado de la interacción entre partículas con trayectorias determinadas.

Hay que decir, sin embargo, que la parte de la función de onda correspondiente a lo no observado podría tener influencia futura, y que el mismo Bohm no creía que su teoría evitara completamente el problema de la conciencia. Como curiosidad decir que Einstein, a quien va dirigido el único agradecimiento de su artículo principal, dijo entre colegas: "David ha hecho algo bueno, pero no es lo que yo le dije".

Como vemos , una objección importante a estas interpretaciones es lo que ocurre con las ramas de la función de onda que no se miden, ya que podrían dar lugar a futuras interferencias que en el mundo clásico no son observadas. La respuesta a esta cuestión parece que la da un proceso denominado decoherencia, que vamos a estudiar aparte por ser compatible con las demás interpretaciones.

Según este fenómeno, nunca podremos ver los efectos cuánticos de superposición e interferencia en los sistemas complejos debido a la interacción con el entorno de sus múltiples grados de libertad. Se admite que las fluctuaciones con el entorno eliminan las coherencias de la función de onda, es decir, los procesos cuánticos de interferencia de las ramas de la función de onda son tan aleatorios que no se puede definir un estado puro coherente para un objeto tan complicado.

En el caso del gato, la decoherencia negaría la posibilidad de que se pueda escribir con una superposición como la dada. Un gato es un sistema muy complejo, de unos 10²³ átomos, muy difícil de aislar del entorno (aparte de que la fuerza de la gravedad no se puede apantallar) y en muy poco tiempo la superposición pasa a ser una mezcla de estados incoherentes en donde el gato, o bien estará vivo, o bien muerto, independientemente del observador. (La Luna continúa existiendo ahí fuera aunque nadie la mire porque es imposible que se mantenga en una superposición coherente).

Hay que puntualizar aquí una cosa, y es que nadie está negando que los efectos cuánticos se den a escala macroscópica. Lo que la decoherencia explica es la imposibilidad de observarlos, lo cual por otra parte es lo que nos dice la vida cotidiana. Si se pudiera descifrar exactamente todo lo que ha ocurrido en el entorno podríamos incluso advertir qué ramas darían un patrón de interferencia y exactamente qué otras ramas han hecho que finalmente no se observe. Si pudiéramos controlar exactamente todas las variables en efecto podríamos definir un estado puro total para el sistema, pero nos tenemos que conformar con un estado reducido mezcla estricta.

La decoherencia es por tanto un proceso de pérdida de información, y está relacionado por tanto con los procesos irreversibles. Y un ejemplo de estos sería el colapso. Mientras que la evolución de una función de onda es unitaria y reversible, el colapso es un proceso irreversible cuyos detalles serían justificados por este fenómeno. En este sentido la explicación por historias decoherentes sería la evolución moderna de la interpretación de Copenhague, pero de hecho lo que pretende es describir un proceso físico real, no proponer una interpretación más. De esta forma estaría apuntalando la interpretación de Copenhague de la Mecánica Cuántica, en el sentido de entender el colapso como un proceso físico.

También ha sido llamada darwinismo cuántico por uno de sus defensores más convencidos, el físico de origen polaco Wojciech Hubert Zurek, debido a que se produce una suerte de selección natural debido a la cual sólo sobrevivirían los estados más estables.

Pero veamos de forma más clara que dice el fenómeno decoherente sobre el problema del gato. Podemos pensar en un estado puro un poco más complejo que el admitido hasta ahora, tal como:

Sabemos de cuando definimos la expresión de los estados que siempre podemos representar de forma más general ese estado mediante el proyector unidimensional:

Los elementos no diagonales son los respondables de los fenómenos de interferencia, las famosas coherencias que el proceso de decoherencia eliminaría quedando el estado como una mezcla incoherente representada por la matriz densidad (puesta de nuevo en desarrollo de proyectores):

Aparte de esto, la mayoría de las explicaciones por decoherencia del fenómeno del gato hacen hincapié en lo ridículo que puede ser partir de un estado tan naif como el de partida. En primer lugar porque si se prepara ese estado el gato debería tener multitud de otras propiedades distintas de la vitalidad perfectamente definidas (como las relacionadas con la expresión de su cara, por poner un ejemplo). O bien el gato podría estar también en los estados puros:

Lógicamente hay mucha literatura científica discutiendo este fenómeno, especialmente sus partes oscuras, como la elección de la base para su explicación, la naturaleza de la interacción con el entorno o los tiempos en los que tiene lugar, pero hoy en día podemos decir que es muy asumible para muchos físicos. (Teniendo en cuenta, por supuesto, que esto sigue siendo materia de opinión, no de ciencia).

Admitiendo por tanto que la Mecánica Cuántica es válida para todos los órdenes de magnitud, tanto microscópicos como macroscópicos, y observando el hecho de que a nivel macroscópico no se dan los efectos cuánticos relacionados con la superposición, cabe preguntarse qué ocurre en la escala intermedia, la mesoscópica, es decir, ¿se pueden observar mesogatos?

La respuesta la está dando la física experimental en las últimas décadas, y parece afirmativa. En principio la base del problema es limitar el número de estados que pueden alcanzar los sistemas, es decir, el problema estaría más relacionado con la complejidad que con la escala métrica. Lo que parece al alcance de cualquier laboratorio es enfriar los materiales cerca del cero absoluto, pero hay que encontrar también tanto un material de naturaleza adecuada como el dispositivo idóneo a emplear.

Aunque ya se dio un primer paso por científicos de la Universidad de Florencia en 1994 con moléculas de Mn₁₂Ac₁₆, los primeros imanes monomoleculares, en donde se observaban superposiciones magnéticas por una décima de microsegundo, el hallazgo más conocido se debe a Anton Zeilinger y sus colegas de la Universidad de Viena, en donde en 1999 se observaron interferencias cuánticas con fullerenos, moléculas de carbono de 60 átomos (C₆₀). A partir de este descubrimiento el año siguiente uno de los firmantes del artículo, Markus Arndt, y colegas de Alemania, Estados Unidos y Suiza lograron reproducir un experimento muy similar de hasta 430 átomos.

No obstante, el descubrimiento más espectacular en este sentido se ha producido en 2010 por el grupo de investigación de Andrew Cleland, en la Universidad de California (EEUU). En este experimento han entrado en juego los llamados SQUIDs (Superconducting Quantum Interference Devices), toros superconductores con una o varias uniones de Josephson (cortes de unos pocos nanómetros que, por efecto túnel, actúan como un cubit, con dos estados cuánticos bien definidos). Enfriándolo a 25 mK se observaron estados de superposición en un material con unos ¡20 billones de átomos! Estos estados puros cuánticos correspondían a corrientes eléctricas en un sentido y el opuesto, cuyas superposiciones correspondían a dos autoestados de la energía (el fundamental y el excitado) que fueron los observados experimentalmente.

Debido al hecho de que "SQUID" en español se traduce como "calamar", los angloparlantes pueden afirmar que, aunque no se han observado gatos de Schrödinger, los calamares de Schrödinger ya han sido observados (aunque hay que tener claro que no a simple vista).

Desgraciadamente los tiempos de decoherencia calculados hasta ahora teóricamente a temperatura ambiente nos dan valores inferiores a la unidad de Planck, por lo que se puede afirmar que es prácticamente imposible observar efectos cuánticos en un sistema clásico, por mucho que la literatura periodística y la "sabiduría" no científica afirme que los físicos defendemos la ubicuidad de los gatos.