¿Qué es la teoría de las ‘variables ocultas’?

Einstein se opuso a la teoría de la mecánica cuántica porque parece contradecir la relatividad especial. Cuando Schrodinger extendió su función de onda al caso de dos partículas, creó una función que da la probabilidad de que las dos partículas estén en dos posiciones y con giros determinados. En el caso de que las dos partículas nunca hayan interactuado entre sí, esta función de onda combinada es simplemente el producto de las funciones de onda para las partículas individuales. Sin embargo, en el caso donde dos partículas interactúan, su función de onda de dos partículas es más complicada que eso. En esencia, dice “la probabilidad de que la partícula 1 esté en la ubicación A con giro hacia arriba y la partícula 2 para estar en B con giro hacia arriba es x, y la probabilidad de que la partícula 1 esté en C con giro hacia arriba y la partícula 2 sea en D con giro es y, y … ” para todas las diferentes posiciones y giros de las dos partículas. Esto significa que si mide la partícula 1 obtiene información adicional sobre el estado de la partícula 2, e incluso se puede decir que ha influido en la partícula 2, que es una situación bastante no intuitiva.

Einstein dijo que obviamente el efecto anterior no podría suceder realmente, ya que requeriría una influencia más rápida que la luz, y que era una paradoja que denominó “acción espeluznante a distancia”, por lo que debe faltar algo en la teoría cuántica. Sugirió que podría haber “variables ocultas” que podrían proporcionar información adicional sobre cada partícula que no se conocía hasta que se midió. Tenga en cuenta que Bohr y los otros fundadores de la teoría cuántica insistieron en que la posición y el momento, etc. de una partícula ni siquiera existían hasta que se midieron, no eran simplemente cantidades desconocidas en espera de ser medidas.

Esta controversia continuó durante años hasta que Bell mostró qué tipo de experimento sería necesario para demostrar la existencia del efecto, y Aspect realizó un experimento que demostró que Einstein estaba equivocado y demostró que las variables ocultas no podían explicar los resultados del experimento. Einstein no vivió para ver que esto sucediera.

Ahora la pregunta es qué está pasando realmente aquí.

En primer lugar, no es necesario decir que la información se comunica a la velocidad de la luz, porque los resultados de medir las propiedades de la partícula 1 o 2 son aleatorios (la posición, el momento e incluso el giro no se determinan hasta la medición. ) No puede usar este efecto para comunicarse de alguna manera. Sin embargo, los resultados de medir las dos partículas están fuertemente correlacionados, incluso si están ampliamente separados.

Ahora Bohr habría dicho que “la medición de la partícula 1 hace que su función de onda conjunta colapse, lo que afectará las mediciones posteriores de la partícula 2. El colapso ocurre en todo el espacio al instante”. Naturalmente, Einstein tuvo problemas con esto.

Everett, en su artículo “Estado relativo”, afirmó que la paradoja de Einstein era una “falsa paradoja” porque suponía el hecho del colapso, mientras que Everett demostró en el documento que el colapso no es necesario para explicar nuestras observaciones y que lógicamente debe ser descartado por Occam maquinilla de afeitar que dice que las teorías simples son mejores.

Desafortunadamente, no es tan simple como eso, porque la teoría de Everett implica que medir una partícula crea nuevas copias del observador, una para cada posible resultado de la medición. Aunque la teoría explica adecuadamente por qué estas copias nunca se ven e incluso explica por qué ocurren las correlaciones entre las mediciones de las dos partículas, muchas personas dirían que el requisito de que existan copias indetectables de los observadores es una nueva suposición importante en sí misma, entonces Everett fue incorrecto al llamar simple a su teoría. Más tarde, DeWitt popularizó la teoría como la interpretación de muchos mundos, que es aceptada por muchos físicos.

En cuanto a por qué la teoría de Everett explica la correlación sin ninguna comunicación superluminal, resulta que si un observador de la partícula 2 alguna vez intenta encontrar (o contactar de otra manera) al observador de la partícula 1, solo puede encontrar la copia del observador que vio resultados que fueron consistentes con los resultados del observador 2. Solo pueden reunirse mediante el transporte convencional, y solo pueden comunicarse por medios convencionales como la radio, por lo que nada excede la velocidad de la luz. Todo esto se predice automáticamente por la teoría cuántica estándar si elimina la suposición del colapso de la función de onda.

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OK, déjame darte una respuesta relativamente corta, y puedes hacer un seguimiento si se necesitan más detalles. Esto también es en respuesta a su comentario, incluyendo (estoy reformulando) “cuál es la diferencia entre causalidad y localidad ? … ¿cuál es la diferencia entre variables ocultas y enfoque cuántico? ”

1. La interpretación (comprensión) más común de la teoría cuántica sugiere que la teoría puede predecir eventos solo con cierta probabilidad; pero los eventos en sí ocurren sin causa específica. Es decir, no hay una causalidad del 100% en el mundo cuántico. Para citarme

Por ejemplo, en la desintegración radiactiva, un núcleo “estalla” antes y otro más tarde. Sin embargo, se cree que todos los núcleos son físicamente absolutamente idénticos y, en principio , no puede haber ninguna razón para que se comporten de manera diferente.

2. Muchas personas ( ¿minoría notable? ), No aceptarían esta falta de causalidad, este indeterminismo.

Sugieren que de la misma manera que es posible, al menos en principio, predecir de qué manera cae una moneda lanzada, es posible predecir qué núcleo se desintegra cuando. Que los núcleos no son idénticos. Que hay una diferencia entre ellos, lo cual es simplemente desconocido para nosotros en el nivel actual del desarrollo científico. Que hay parámetros físicos adicionales que distinguen entre los núcleos; estos parámetros están ocultos para nosotros (al menos por ahora). En otras palabras, que hay algunas variables ocultas , que tienen valores diferentes para los diferentes núcleos.

Esta es la esencia de todas las teorías de variables ocultas.

3. En los años sesenta y setenta, hubo un desarrollo notable en nuestra comprensión de estos temas, relacionados con las llamadas desigualdades de Bell. Resultó que las variables ocultas que se comportan como variables físicas razonables conducirían a resultados diferentes de las predicciones de la teoría cuántica estándar.

[¿Qué significa, variables físicas razonables ? Solo te daré un ejemplo. ¿Qué parámetros pueden afectar la caída de la moneda? Ubicación exacta de la moneda, velocidad, rotación, distribución de masa; tal vez el estado del aire alrededor de la moneda, las propiedades del piso en el área de caída, algunos pequeños golpes y caídas allí, etc. Todas estas son variables físicas bastante razonables].

Dado que los experimentos apoyan la predicción cuántica, las desigualdades de Bell dieron un gran golpe a las hipótesis de variables ocultas.

4. Las personas que todavía quieren seguir con las variables ocultas, deben asumir que estas variables tienen propiedades extrañas, no físicas. Que las variables para un núcleo pueden cambiar cuando algo le sucede a otro núcleo; y el cambio ocurre instantáneamente, incluso si el otro núcleo está ubicado lejos. Además, dado que el cambio ocurre instantáneamente a través de cualquier distancia, este no puede ser un cambio físico real (a menos que acepte violar los principios de la relatividad especial). Esto es cuando la gente habla sobre la no localidad de estas variables.

Por lo tanto, si desea utilizar algunas variables que explicarían el comportamiento cuántico, deberían ser tan extrañas que necesitará otra teoría para explicar su comportamiento. Por lo tanto, personalmente no veo ninguna utilidad de tales variables hoy . No ayudan a nuestra comprensión del mundo cuántico.

Alexander Fainshtein

A continuación, hay algunas aclaraciones / correcciones a las respuestas de otros:

Localidad : esa información no se puede transferir con una velocidad superior a la velocidad de la luz.

Causalidad : esa causa siempre es anterior al efecto.

Cono de luz pasada : define todos los puntos del espacio-tiempo, que pueden observar el mismo orden de secuencia de dos eventos.

Localidad + Causalidad: esa causa es antes de que se observe el efecto en todos los marcos inerciales del cono de luz pasado.

Determinismo : si conoce la causa, conoce el efecto y viceversa, si hay un efecto, debería haber una causa.

En QM, algunos eventos pueden ocurrir sin razón aparente, sin embargo, esto no viola la causalidad, porque causalidad significa que si tiene una causa y un efecto, la causa debe ser antes que el efecto. Pero esto viola el determinismo.

Ejemplo : la caída no se debe a la gravedad como se suele decir, es solo movimiento, toma este camino particular (hacia abajo) debido a la curvatura espacio-temporal, sin embargo, esto no es la causa, esta es la única dirección posible de movimiento libre en la gravedad , y esto no significa que viole la causalidad.

En QFT : al igual que en QM, la causalidad y la localidad se fusionaron, y significa que estos dos conceptos son relevantes / deberían aplicarse al principio en distancias infinitamente pequeñas.

Variables ocultas : debido a que QM no es determinista, no es una verdadera teoría de la realidad, puede ser una aproximación, es decir, hay algunos parámetros ocultos / perdidos en QM que hacen que parezca ser determinista, pero no lo es.

El resultado: todos los experimentos realizados mostraron que es imposible tener una teoría de variables ocultas que describa nuestra palabra, sin embargo, algunos físicos encuentran algunas lagunas en esos experimentos, así que hasta los días actuales esto está en discusión, sin embargo, la mayoría de esas lagunas han sido cerradas por nuevos experimentos .

Mencioné solo unas definiciones aproximadas, todos esos conceptos tienen muchas subclases con definiciones más fuertes que hacen que la discusión sea más compleja y filosófica.

Tom McFarlane

Una teoría de la variable oculta en la mecánica cuántica plantea la existencia de valores definidos para variables dinámicas, como la posición de una partícula. Por el contrario, las variables dinámicas en la formulación estándar de la mecánica cuántica en general no tienen valores definidos. El famoso documento EPR de 1935 argumentó que esta falta de definición indica que la descripción mecánica cuántica está incompleta y que los valores reales para las variables dinámicas existen, pero actualmente están ‘ocultos’ debajo de la descripción mecánica cuántica probabilística.

En 1927, De Broglie propuso una teoría de variables ocultas. Pero debido al teorema de 1932 de Von Neumann, las teorías de variables ocultas fueron ampliamente consideradas imposibles durante varias décadas. Luego, sorprendentemente, David Bohm construyó un contraejemplo al teorema de Von Neumann: la teoría de De Broglie-Bohm, que es una teoría de variables ocultas que reproduce todas las predicciones de la mecánica cuántica. En esta teoría, las partículas tienen estados de posición ocultos con valores definidos. El problema es que postula la existencia de un potencial cuántico no local que guía el movimiento de las partículas.