Su pregunta al formularla supone algo que esperamos sea realmente imposible. El principio de incertidumbre de Heisenberg le dice que si la posición o el momento de una partícula es definida con una alta precisión, entonces la otra variable es altamente indeterminada. No es solo que no sabemos qué valor tiene; el valor está en un espectro de posibles valores que se superponen.
Sin embargo, todavía es posible tener en un sentido información completa sobre el estado de una partícula (o sistema de partículas). La gente a menudo se ha preguntado si la naturaleza era determinista, en el sentido de que el estado de un sistema aislado (o de todo el universo) es computable desde su estado en un momento diferente.
Hay dos formas clave en que la naturaleza podría ser no determinista mientras satisface la física cuántica tal como la hemos formulado. Una es que el hamiltoniano (que gobierna la dinámica habitual de un sistema) podría ser indiscutible. Si lo fuera, el sistema aún sería determinista de alguna manera (el nuevo estado podría determinarse a partir del estado anterior y algunos hechos matemáticos que simplemente no son computables). He leído sobre personas que especulan que la gravedad cuántica o algo podría hacer que el Hamiltoniano sea indiscutible. Es una especulación divertida, pero por lo que puedo decir, no parece tener mucho que ver.
- ¿Cuál es la base de la teoría cuántica?
- ¿Qué es la teoría cuántica? Explícame como si tuviera 5 años.
- ¿Cómo se ve el campo de electrones cuando la partícula está en reposo?
- ¿Cuál es la diferencia entre física general y física teórica?
- ¿Cómo es matemáticamente / lógicamente posible que una partícula esté en dos lugares al mismo tiempo?
El otro depende de qué interpretación de la física cuántica sea correcta. Muchas personas prefieren las interpretaciones de la física cuántica en las que el resultado de una medición es aleatorio, pero el valor de un observable llega a tener un valor bien definido cuando se mide (un proceso conocido como reducción de estado o colapso de la función de onda). Entonces, por ejemplo, si tengo un átomo radiactivo en un recipiente por un tiempo, y luego miro para ver si se ha descompuesto o no, se cree que es completamente aleatorio si lo ha hecho, pero de hecho lo ha hecho (de alguna manera) o se quedó como estaba.
La interpretación de muchos mundos de la física cuántica no considera que realmente ocurra la “reducción de estado”, lo que la hace determinista en cierto sentido. Sin embargo, si esperaba poder predecir si los átomos se desintegran o no, no tiene suerte. En cualquiera de las interpretaciones, sin embargo, si intenta determinar de antemano si el átomo se desintegrará en un momento determinado, algunas veces fallará. Las interpretaciones con reducción de estado dicen que fallarás porque la descomposición es un evento realmente aleatorio. La interpretación de muchos mundos dice que fracasarás en una parte del estado y triunfarás (una vez) en la otra, de la misma manera que el gato de Schroedinger es un perdedor parcial.
Existe una interpretación determinista que dice que podría predecir si un átomo se desintegrará si tuviera información completa. La interpretación de la onda piloto de Boglie-Bohm dice que un sistema como un átomo radiactivo tiene un estado que es en parte el estado cuántico habitual, y en parte cierta información adicional que solo la interpretación de la onda piloto dice que está presente. Aproximadamente, hay un estado de onda que “pilotea” una partícula que está en una posición definida. Si conocía este estado inicial en su totalidad, entonces, en principio, podría determinar cuándo el átomo iba a decaer. Hay personas que hacen bonitas imágenes de los caminos tomados por estas “partículas” pilotadas. Desafortunadamente, la explicación de por qué la teoría de la onda piloto produce las mismas predicciones que la mecánica cuántica estándar supone que no tienes forma de saber dónde están las partículas.
El fenómeno de la dependencia sensible de las condiciones iniciales (efecto mariposa – Wikipedia) evita que haya un determinismo prácticamente útil en el mundo. Si conocía el estado de un sistema con una precisión grande pero finita (digamos 1000 dígitos) a medida que el sistema experimenta su dinámica, si tiene una dependencia sensible de las condiciones iniciales, la precisión de su conocimiento de su estado desaparecerá dígito a dígito. , y tu capacidad de pronosticar desaparece una vez que se ha ido Si no recuerdo mal, se cree que el límite superior para pronósticos meteorológicos precisos es de aproximadamente tres semanas. (El clima es un promedio del clima es más predecible). Alguien que realizaba simulaciones del sistema solar descubrió que la posición de Plutón saldría de manera diferente en mil millones de años más o menos, dependiendo de pequeñas diferencias en las entradas.
La termodinámica dice que la entropía (que es aproximadamente una medida de su ignorancia del estado del sistema) está garantizada para aumentar. Las cosas en la termodinámica que le impiden reducir la entropía también interferirán con su aprendizaje del estado completo del universo. Un examen reciente del Demonio de Maxwell (demonio de Maxwell – Wikipedia) muestra que, en principio, podría reducir la entropía de un sistema en una caja en equilibrio térmico y extraer energía de él, si tuviera suficiente memoria en blanco para almacenar el estado del sistema. Sin embargo, borrar la memoria a la misma temperatura requiere devolver la energía. Puede ser que tenga bastante memoria en blanco, pero estoy bastante seguro de que no tiene suficiente para almacenar el estado del resto del universo.
Debido a que usted mismo es parte del universo, existen problemas de “perseguir su propia cola” con su conocimiento del estado de todo el universo, independientemente de cómo sea realmente la física. Sin embargo, si las leyes de la naturaleza son deterministas en principio es uno de esos temas permanentes.
