¿Cómo sabe una partícula cuántica que está siendo observada y, por lo tanto, cambia su comportamiento?

No he respondido en Quora antes, pero siento que ninguna de las respuestas hasta ahora explica el problema completo. Su pregunta en realidad toca un problema abierto en la mecánica cuántica: el problema de la medición.

Cuando se mide una partícula cuántica, el resultado de la medición es siempre un estado definido (en oposición a una superposición cuántica de esos estados). Algunas de las otras respuestas dicen que esto puede explicarse por el hecho de que, para medirse, la partícula debe interactuar con otra cosa (como un fotón) y, por lo tanto, su estado se altera. Pero creo que esto pasa por alto algunas cosas. Cuando un fotón (por ejemplo) interactúa con una partícula cuántica que está en un estado de superposición, interactúa con todos los estados de la superposición y su propio estado se convierte en una superposición que se enreda con el estado de la partícula original. No solo la partícula original todavía está en dos estados a la vez, ¡también lo está el fotón que usamos para medirla! Si este fotón interactúa nuevamente con otra cosa, esta otra cosa también se convierte en parte del sistema enredado.

La verdadera pregunta es cuándo (y si) este estado enredado cada vez más desordenado de este sistema colapsa en algo bien definido. Como dije, este es un problema abierto en física sin una solución totalmente aceptada.

Una interpretación (la interpretación de Copenhague) dice que el estado del sistema realmente cambia cuando es observado por un ‘observador’. El problema ahora es quién cuenta como observador. ¿Cómo sabe el fotón que colapsa su función de onda cuando interactúa con un átomo en su ojo pero no cuando interactúa con un átomo atrapado como parte de su experimento?

Una alternativa popular es la interpretación de muchos mundos que dice que cuando el observador interactúa con el fotón se enreda como cualquier otra cosa. Esto significa que si la partícula cuántica original que se observa estaba en una superposición de dos estados, el observador ahora también está en una superposición de dos estados. En el ejemplo de dos rendijas, ahora hay un ‘mundo’ donde observaste la partícula que pasaba por la rendija izquierda y un ‘mundo’ donde observabas que pasaba por la rendija derecha.

En cuanto a hacer mediciones y predecir los resultados de los experimentos, ambas interpretaciones funcionan exactamente de la misma manera y predicen las mismas respuestas, por lo que algunas personas argumentan que no importa cuál sea la correcta, pero la segunda (o variantes de la misma), vea el artículo de Wikipedia. ) me parece más lógico.

Muchas respuestas incorrectas o al menos incompletas o ingenuas aquí. No es necesario “perturbar” una partícula para “observarla”. Las versiones modernas del infame experimento de doble rendija pueden generar información de qué ruta sin interactuar nunca con la partícula, la partícula se etiqueta en la emisión y, al analizar el resultado, los científicos pueden determinar qué ruta atravesó (o si atravesó ambas rendijas y interferido consigo mismo) sin ninguna interacción desde la emisión hasta la detección.

Algunos procesos físicos exigen generar información, otros no. En el experimento de la doble rendija podemos colocar un detector para generar información de qué ruta o no podemos hacerlo. Nosotros, los seres conscientes, solo estamos involucrados en decidir qué disposición física establecemos.

Después de eso, no estamos involucrados en absoluto. Si el experimento se ejecuta con una configuración que genera información de qué ruta, el experimento generará dicha información, y será la ranura A o la ranura B. Si el experimento se ejecuta con una configuración que no genera información de qué ruta, Producirá una interferencia entre ambos caminos. No importa si alguien mira esos resultados o no, es la disposición física de la configuración la que determina cómo será el resultado.

Por supuesto, si nadie mira el resultado, nunca podremos probar cuál fue el resultado, y si alguien mira el resultado, algunos pueden decir que el resultado fue X porque él lo miró. Eso no es así, el resultado depende solo de la disposición física del sistema, ya sea que genere información o no, independientemente de los posibles observadores.

Podemos contar sobre la historia pasada de la Tierra antes de que existieran seres sintientes en ella, porque los procesos a través de la historia del planeta han generado mucha información, incluso cuando no había nadie para mirar esa información. La conciencia no es necesaria para generar información sobre un sistema.

Piénsalo de esta manera. Estás en una habitación completamente sin luz y alguien está disparando pelotas de tenis al azar a través de la habitación. No puedes escucharlos, no sabes dónde están ni qué tan rápido van.

Ahora, tiene un recipiente lleno de canicas que puede usar para medir algo sobre esas pelotas de tenis. Al tirar una canica puedes escuchar el sonido de golpear una pelota de tenis y usar esa ubicación precisa. Pero la canica cambiará la velocidad y la dirección de la pelota, por lo que no puedes saber su velocidad de interacción previa a la canica.

Y eso es lo que se entiende por “observar” en la física de partículas: medir algo al interactuar con él. La interacción cambia algo sobre la partícula, lo que hace imposible saber todo sobre ella.

Una pelota de béisbol no “sabe” que va a ser golpeado por el bate y, por lo tanto, cambia de dirección, el acto de golpearlo con el bate cambia su dirección. De la misma manera, el acto de observar el experimento cambia el resultado, la partícula en sí misma no es consciente de nada. En el mundo cuántico (y de acuerdo con experimentos recientes, la realidad no existe hasta que la medimos, el experimento cuántico confirma) nada existe hasta que se observa o mide. Esto significa que hasta el momento en que miró no había partículas allí, solo era una fluctuación de energía cuántica, su aspecto cambió eso.

Las partículas subatómicas son demasiado simples para “saber” en absoluto. Es su simplicidad lo que los hace tan susceptibles a cambios proporcionalmente grandes en cada interacción.

No lo hace. Has sido mal informado.