Si la teoría cuántica establece que una partícula puede estar en 2 lugares al mismo tiempo, ¿puede un fotón estar aquí y en el sistema TRAPPIST simultáneamente?

Aclaremos exactamente lo que dice la teoría cuántica.

No dice que una partícula, en cualquier sentido clásico de la palabra (como, por ejemplo, dos copias de la misma bala de cañón en miniatura) esté en dos lugares al mismo tiempo.

Lo que sí dice es que antes de que se observe la partícula, hay una probabilidad distinta de cero de que se detecte en cualquiera de esos dos lugares (o en una multitud de otros lugares).

Entonces, dado un fotón que aún no se ha observado, puede calcular la probabilidad de observarlo aquí en la Tierra y también en el sistema solar TRAPPIST-1.

Pero dependiendo de los parámetros de un fotón, puede ser abrumadoramente más probable que se detecte aquí en la Tierra que en un planeta de TRAPPIST-1. Lo que, en cualquier caso, no sucedería por otros 40 años (la teoría del campo cuántico respeta mucho la causalidad de la teoría de la relatividad). Más importante aún, una detección excluye a la otra: ese fotón se detecta aquí en la Tierra o en TRAPPIST- 1, pero no ambos. (Pero, por supuesto, no podría ser ninguno; podría detectarse en otro lugar o no detectarse en absoluto. Detección significa que interactúa con algo que consideramos “clásico”: un humano, un gato, un instrumento científico, de modo que podamos usar “Colapso de la función de onda” como modelo matemático para describir el evento de detección).

Es importante aclarar lo que de hecho se entiende en QM al predecir la posición de una partícula. QM hace predicciones solo al decir la probabilidad de resultado de un determinado experimento. La probabilidad de tener una posición determinada significa que en muchos experimentos idénticos el resultado de una parte conocida de los experimentos dará cierta posición. Por lo tanto, QM siempre habla de una gran cantidad de experimentos idénticos (aunque podrían hacerse casi simultáneamente, como en la dispersión de un flujo de partículas), pero no sobre un experimento con una partícula dada. La afirmación de que la partícula podría tener diferentes posiciones con diferentes probabilidades no es muy sorprendente en este contexto. No es lo mismo tener dos posiciones diferentes simultáneamente.

Lo sorprendente es que la probabilidad de tener cierta posición para una partícula cuántica depende de su entorno cercano dentro de una escala, inversamente proporcional a su momento. Esta escala se llama longitud de onda. Y esta propiedad es una propiedad de una ola. Cuanto más grande es la longitud de onda (y, por lo tanto, más lenta es una partícula), más entornos están involucrados. Esta es la piedra angular de QM. Esta es la propiedad de onda de una partícula.

La mayoría de la gente no sabe que hay dos “teorías cuánticas”. Una es la mecánica cuántica, que es una teoría de partículas, y la otra es la teoría cuántica de campos, en la que solo hay campos. Lo que se llama partícula en QM es un fragmento (es decir, cuántico) de campo en QFT. Ahora no sé qué es el sistema TRAPPIST, pero sé que un campo no tiene problemas para estar en diferentes lugares, eso es lo que hacen los campos. Aquí hay un pasaje de mi libro sobre cómo QFT resuelve el Principio de Incertidumbre:

“La interpretación probabilística de la ecuación de Schrödinger finalmente condujo al principio de incertidumbre de QM, formulado por Werner Heisenberg en 1927. Este principio establece que la posición exacta de una partícula, digamos un electrón, no puede determinarse, pero la incertidumbre en la posición está relacionada con La incertidumbre en el momento por una ecuación matemática. Entonces, no solo tenemos que lidiar con la dualidad onda-partícula, tenemos que lidiar con partículas que podrían estar aquí o allí, sino que no podemos decir dónde. Si el electrón es realmente una partícula, entonces es lógico pensar que debe estar en algún lugar .

“Resolución . En QFT no hay partículas (detenme si has escuchado esto antes) y, por lo tanto, no hay posición, segura o incierta. En cambio, hay manchas de campo repartidas por el espacio. En lugar de una partícula que está aquí o aquí o posiblemente allí, tenemos un campo que está aquí y aquí y allá. Separarse es algo que solo un campo puede hacer; Una partícula no puede hacerlo. De hecho, existe una propiedad de los campos llamada teorema de Fourier que relaciona la extensión espacial de un campo con la extensión de sus longitudes de onda. Ahora, en QFT, la longitud de onda de un cuanto está relacionada con su momento, por lo que el teorema de Fourier es equivalente a la relación entre la posición y el momento en el Principio de incertidumbre. Todavía recuerdo mi momento de comprensión en la escuela de posgrado cuando me di cuenta de que la relación de Heisenberg entre las incertidumbres de la posición y el impulso no es más que el teorema de Fourier ”

Tal vez algún día la gente DESPERTARÁ Y HUELE LOS CAMPOS (o al menos leerá mi libro).

Definir “simultáneamente”. No en serio. Uno de los resultados de la relatividad especial es que si dos eventos son simultáneos o no depende del marco de referencia que esté utilizando. Alguien en un marco de referencia muy rápido en relación con usted verá los eventos por delante y en el futuro (desde su perspectiva) que sucederán antes, a veces incluso “ahora”; y verá otros eventos detrás de esto y, desde su perspectiva, en el pasado sucedió más tarde, a veces incluso “ahora”. La versión extrema de esto ocurre con un fotón, donde todo a lo largo del curso del fotón a través del espacio y el tiempo ocurre al mismo tiempo. Entonces absolutamente sí; desde la perspectiva de un fotón, puede estar en la Tierra y en el sistema trapense simultáneamente. Sin embargo, no desde nuestra perspectiva. Desde nuestra perspectiva, está aquí ahora y en el sistema trapense dentro de 40 años (o hace 40 años), dejó nuestro sistema hace 40 años y ahora está llegando al sistema trapense, o acaba de salir del sistema trapense y llegará aquí en 40 años. Y así.

Esto tiene implicaciones para la teoría cuántica, ya que en realidad no aborda la noción de simultaneidad relativa. O más bien, las interpretaciones de la misma (especialmente, pero no exclusivamente, aquellas que presentan colapso de la función de onda) tienden a tropezar con una simultaneidad relativa. ¿Cómo puede colapsar la función de onda sin preferir un marco de referencia sobre los otros? O, en el caso de la interpretación de Muchos Mundos, ¿cómo puede dividirse (decohererse) sin privilegiar un marco de referencia?

Este fenómeno * puede * ocurrir en condiciones muy especiales, y para distancias muy lejanas, en condiciones especiales bastante bonitas (pero más comúnmente en escalas muy pequeñas de distancia y duración). Por lo tanto, es muy poco probable que este sea el caso en la configuración que menciona (además, cualquier interacción rompería el doble estado).

La verdad subyacente es que toda la energía está en todas partes, pero que la complejidad codificada en ella la hace evidente en cualquier lugar del otro. Sin embargo, en el nivel fundamental, como en la longitud de onda más sutil, no se puede afirmar realmente que algo está aquí o allá, solo podemos concluir que es observable aquí, allá, en ambos lugares o en ninguno.

En consecuencia, no tiene sentido analizar la naturaleza o la estructura del universo sin el papel de la conciencia como una herramienta de enfoque que lleva la información a la realidad, lo que en realidad ya es evidente a partir de las teorías actuales que dependen de marcos de referencia, pero no está bien aceptado.