Si se requiere un observador para colapsar una función de onda, ¿cómo existe el observador?

El gran problema, y ​​algo que surge una y otra vez en las percepciones erróneas populares de la mecánica cuántica, es que la palabra “observador” no significa lo que crees que significa.

Cuando escuchas “observador”, piensas “alguien parado allí mirando algo”. Eso no es lo que un observador es en física. Para un físico, un “observador” es cualquier cosa que interactúa con algo de una manera que hace que la función de onda colapse. ¿Un fotón golpea una roca y se absorbe? ¿Adivina qué? La roca es un observador.

Antes de hacer (o dejar que alguien más lo haga) esto es más complicado de lo que debe ser …

Un sistema cuántico puede existir en un estado propio; o puede existir en un estado mixto. Un sistema cuántico se caracteriza típicamente por unos pocos (efectivos) grados de libertad.

Lo que llamamos un sistema “clásico” es un sistema que está casi en un estado propio casi todo el tiempo . Esto se debe al hecho de que un sistema “clásico” tiene muchos, muchos grados de libertad, y la probabilidad de encontrarlo en cualquier otra cosa que no sea un estado propio es muy pequeña.

Cuando un sistema cuántico interactúa con un sistema clásico, el sistema resultante también tendrá muchos grados de libertad, por lo que será clásico. Cuando modelamos esta interacción como un proceso dependiente del tiempo, lo consideramos un “colapso de la función de onda”.

El “observador” es simplemente el sistema clásico con sus muchos grados de libertad y su probabilidad de desaparecer de cualquier otra cosa que no sea un estado propio. No tiene que ser un ser humano … ni siquiera tiene que ser una computadora o un gato.

Hablando de gatos … aquí hay una comparación de dos experimentos de pensamiento, uno que involucra un electrón confrontado por dos rendijas, el otro que involucra al infame felino de Schrödinger. Cuando el electrón atraviesa las rendijas, no tiene un camino clásico. El patrón de interferencia en la pantalla lo demuestra. Y tampoco es posible reconstruir el camino del electrón después de observar su impacto, porque realmente nunca tuvo uno. Realmente no tenía una posición bien definida durante su viaje; estaba en una superposición genuina de muchos caminos clásicos posibles, es decir, un estado mixto.

Por el contrario, cuando encuentra al gatito muerto, un veterinario calificado puede decirle con bastante precisión cuándo murió el gatito (mejor aún, solo deje una cámara de grabación en la caja también). Y si el gatito está (con suerte) vivo, habría estado vivo todo el tiempo. Al contrario de lo que lees en la literatura popular, nunca hay una superposición de un gato muerto y un gato vivo. El gato es un sistema clásico con una cantidad increíblemente grande de grados de libertad, por lo que realmente nunca se encuentra en otro estado que no sea un estado propio.

En primer lugar, no se requiere ningún observador en el significado tradicional de la palabra para colapsar una función de onda. Las interpretaciones que proponen que el universo no existió en ningún estado definido hasta que surgieron las primeras entidades que podrían calificar como “observadores”, aunque pueden ser técnicamente sólidas y algunos científicos de gran reputación los defienden, parecen encontrarse inevitablemente en serios problemas ontológicos.

En segundo lugar, ni siquiera estamos seguros de que el colapso de la función de onda sea realmente una noción adecuada. La verdad es que la teoría describe un mundo de ondas que evolucionan de manera determinista, pero, curiosamente, esto no es lo que observamos. En cambio, la realidad que observamos está hecha de partículas cuyo comportamiento solo se puede predecir probabilísticamente. No observamos ese mundo de ondas descrito por la teoría y no tenemos una buena teoría de partículas que pueda describir lo que observamos. La teoría y la realidad parecen estar en conflicto entre sí.

Entonces, como salida, asumimos que el mundo de las ondas de alguna manera se convierte en el mundo de las partículas (cuando se realiza una medición u observación) y el mundo de las partículas de alguna manera se convierte en el mundo de las ondas cuando no se observa o mide. Pero si bien esto se ha convertido en la línea de pensamiento estándar durante casi un siglo, admitirá que suena un poco inestable, por decir lo menos, esto podría ser una suposición resultante de nuestra ignorancia.

Mi interpretación preferida de “medición” u “observación” es cualquier evento que imprima en su entorno un cambio irreversible en su información para reducir la posible evolución futura del sistema de conjuntos. Un estado coherente, digamos para la simplicidad más alta, un experimento de doble rendija no observado en el que un solo electrón parece pasar a través de ambas rendijas y causa un punto consistente con interferencia, la evolución futura permanece abierta a cualquier posibilidad. El futuro aún puede tomar cualquier forma que pueda ser consistente con que ese electrón haya pasado a través de cualquiera de las dos rendijas, y estará bien, la consistencia se mantendrá entre el pasado y el futuro.

Pero cuando el electrón aterriza en una posición que solo es consistente con haber pasado a través de A pero no a través de B, o viceversa, la evolución futura se ha reducido a historias en las que ese electrón pasó a través de una sola rendija definida. De lo contrario, se violaría la coherencia entre el pasado y el futuro.

Más sobre esto aquí

La respuesta de Gerard Bassols a ¿El experimento de doble rendija realmente muestra que se requiere observación consciente para que un fotón colapse de una onda a una partícula?

La decoherencia “colapsa” la función de onda. Pero si desea una imagen completa, vea Everett y la interpretación de muchos mundos.