Si podemos medir físicamente cantidades ‘negativas’, ¿por qué no podemos medir cantidades imaginarias?

Podemos. Así como la “dirección negativa” es una elección arbitraria de la dirección de la persona del sistema de coordenadas, podemos asignar números de valores complejos a ciertos objetos bidimensionales, como la ubicación de un punto en un piso plano. En lugar de coordenadas \ [math] vec {P} = (x, y) [/ math] podemos definir como número complejo simple z [math] = x + i \ cdot y [/ math]. En este caso simple, hemos adaptado un único número complejo z para reemplazar un vector bidimensional [math] \ vec {P} [/ math]. Ahora podemos medir un valor complejo muy fácilmente.

Los números complejos se utilizan en el procesamiento de señales para describir una señal con amplitud A y fase [matemática] \ phi [/ matemática] en relación con una señal de referencia de una frecuencia conocida. Esto se hace comúnmente usando la presentación compleja [matemática] S = Ae ^ {i \ phi} [/ matemática] conocida como fasor. Las señales se almacenan y procesan comúnmente, ya que los números de valores complejos se pueden medir en consecuencia.

¿Dónde está el límite? En la mecánica cuántica hay un sistema de números de valores complejos para la onda cuántica en el que los observables, esos números que podemos medir, son reales. Es el mismo modelo de fase de señal que discutí anteriormente, sin embargo, un objeto cuántico pierde la fase mientras se mide, por lo que [math] \ phi [/ math] no es observable.

Su teléfono móvil 4G funciona con mediciones “reales” e “imaginarias” de la señal de radio todo el tiempo.

A una velocidad de hasta 14 veces por milisegundo, su teléfono tomará muestras de la señal recibida, realizará una transformación FFT de valor complejo y luego demodulará al menos algunas de las secuencias del dominio de frecuencia.

Los números imaginarios son solo la mitad de los llamados números complejos y son simplemente un buen truco para trabajar con cosas muy reales.

Supongo que, con esta pregunta, te estás refiriendo a la mecánica cuántica, en la que estamos motivados a elegir “observables hermitianos” porque producen variables reales.

Personalmente, no tomo eso como una excelente motivación, por la razón que notas: no hay una razón obvia de que los observables tengan que producir valores reales. Después de todo, ¿por qué no podríamos simplemente medir “i veces la energía”?

Atarlo a la estructura matemática de QM es mejor (“espacio complejo de Hilbert” hace que “autoadjustable observable” la estructura matemáticamente natural), en mi humilde opinión, como motivación.

Dicho esto, al final del día: es un axioma de QM que los operadores autoadjuntos dan cantidades observables de acuerdo con la regla de Born. A menos que pienses que la regla de Born puede derivarse de algo, eso es todo lo que obtienes a modo de explicación.

La razón por la que podemos medir cantidades negativas es nuestra capacidad de cambiar el origen a un punto deseado. Esto es similar al uso de la función de tara de una báscula de cocina. Cuando usamos la función de tara y eliminamos algunos alimentos de la báscula, obtenemos un número negativo, cuyo valor absoluto muestra el peso de los alimentos eliminados. El número negativo no indica un peso negativo, sino que es solo la diferencia de un número que elegimos como nuestro origen.

Las cantidades negativas se miden en un marco de referencia 3D dado. Las cantidades imaginarias se pueden medir en un marco de referencia de 4ta dimensión que relaciona el tiempo como eje.

¿Pretende “i” el número imaginario definido por la raíz cuadrada de -1?

“I” es solo un operador matemático que no puede medirse como cualquier número u operador en matemáticas.