¿Qué eventos están sujetos a la indeterminación cuántica?

Cualquier cosa que implique la medición de un estado cuántico. Eso incluye: Todas las emisiones de luz. La emisión espontánea se caracteriza por una vida útil, lo que significa que el tiempo de emisión real de un solo átomo excitado es indeterminado. Los efectos de interferencia, como la interferencia de doble rendija, se producen porque el camino real de una partícula es indeterminado hasta que se realiza una medición. La ruta de transporte de carga en una molécula fotosintética es indeterminada, lo que le permite buscar eficientemente la ruta más eficiente. Esto ha abierto el campo de la biología cuántica. La posición precisa del electrón dentro de un punto cuántico excitado es indeterminada. Mientras que el electrón excitado debe provenir de un solo átomo (que se llama el “agujero”), la posición exacta del electrón y el agujero son indeterminados dentro del punto cuántico completo. Además, el tiempo en el que el electrón y el agujero se recombinan para emitir un fotón también se caracteriza por una vida útil y, por lo tanto, también es indeterminado. Muchos televisores de alta definición desarrollados recientemente ahora usan puntos cuánticos para ofrecer una gama de colores mejorada.

En última instancia, gran parte del mundo que nos rodea funciona debido a esta indeterminación cuántica. Es solo que pasa desapercibido. Si tomáramos el ejemplo del gato de Schrodinger, podríamos reemplazar el átomo radiactivo con otra medición cuántica, digamos el experimento de interferencia de doble rendija, donde muerto corresponde al aterrizaje de fotones a la izquierda y vivo por la derecha. El experimento de pensamiento del gato de Schrodinger fue ideado como un medio de ilustrar el principio de superposición cuántica para objetos grandes. Esto ha inspirado la investigación para llevar a cabo un experimento real del gato de Schrodinger con sistemas cuánticos más grandes que utilizan análogos al experimento de interferencia de doble rendija. Un fotón es una partícula cuántica y exhibe interferencia consigo mismo. Un electrón es una partícula cuántica y exhibe interferencia consigo mismo. Este experimento se ha llevado a partículas cada vez más grandes, incluida la molécula C60 con forma de balón de fútbol llamada Buckminsterfullerina e incluso una molécula derivada de porfirina de 10000 amu.

Estos impresionantes experimentos que demuestran las interferencias cuánticas con grandes sistemas de materiales pronto pueden verse eclipsados ​​por el fuerte esfuerzo de investigación en enfriamiento de objetos macroscópicos en el estado fundamental. Recientemente, un resonador micromecánico se enfrió con láser al estado fundamental de la mecánica cuántica. Es como una cuerda de guitarra en miniatura que se ha enfriado hasta el punto de que ya no vibra, pero no se queda quieto, debido a la incertidumbre cuántica residual en su posición. Este resonador se puede ver directamente a través de un microscopio, por lo que en cierto sentido es realmente macroscópico. El siguiente paso es ponerlo en un estado de superposición en analogía directa con el experimento del gato de Schrodinger. Tal estado puede ser una superposición de ser tocado y no ser tocado (para referirse a la analogía de la guitarra). En ese punto, el loco experimento mental de Erwin Schrodinger finalmente se realizará en un sistema que realmente podemos ver.

Muchos tipos de eventos están sujetos a la indeterminación cuántica. Usted da el ejemplo de la desintegración radiactiva, que involucra el núcleo, pero hay otros casos que involucran los electrones del átomo o la luz fuera de los átomos.

En un átomo que no está en el estado fundamental, un electrón puede caer de una órbita de energía más alta a una más baja, y se emitirá un fotón. Podemos detectar el fotón en algún punto distante, pero no es posible determinar de antemano la cantidad de tiempo que tendremos que esperar, y será diferente cada vez que repitamos el experimento, incluso con condiciones de inicio idénticas.

Otro caso es si pasamos una fuente de luz tenue a través de un agujero y detectamos fotones que llegan a una pantalla. Si la luz es lo suficientemente tenue, la frecuencia de detección de fotones podría ser solo una vez por segundo en promedio. Pero cada fotón llegará a una ubicación aleatoria diferente. Esto muestra que la ruta desde el agujero de alfiler a la pantalla no está determinada.

Volviendo al caso de los fotones emitidos por los átomos, otro factor indeterminado es la energía del fotón que detectamos. Esto es aproximadamente igual a la diferencia en los niveles de energía para las viejas y nuevas órbitas del electrón, pero no se determina con precisión (ver “amplitud de línea”).

Se pueden dar muchos otros ejemplos de aleatoriedad. Quizás sea más interesante encontrar casos en los que algo sobre un evento se conozca con certeza, porque entonces es posible que hayamos descubierto una ley natural.