¿Se puede cuantificar el contenido total de información de una partícula atómica o subatómica individual?

Si bien no estoy familiarizado con los detalles de las matemáticas, el contenido total de información de un sistema se mide por su entropía de Shannon. Quizás contrarias intuitivamente, mientras que la entropía creciente representa un orden decreciente, al mismo tiempo representa información creciente.

No hay partículas atómicas en el lenguaje científico. Partícula es un término usado convencionalmente en el dominio de la física para discutir los componentes clásicos de un átomo. más a menudo llamadas partículas subatómicas. Pero hay un nivel por debajo del de las partículas subatómicas (electrones, nuetrones y protones), que se describe en el Modelo estándar. Este nivel está poblado por lo que generalmente se llama partículas elementales. Incluyen:

6 tipos de quarks
3 leptones
3 neutrinos
4 portadores de fuerza (fotón, gluón, bosón Z, bosón W)
1 bosón de Higgs

Si hay otras 17 partículas de sombra es una cuestión de discusión. Pero cada uno de los anteriores (y las partículas de sombra) se pueden caracterizar por referencia a su posición, velocidad, giro, carga, carga de color y masa, creo. En cualquier caso, la lista de atributos necesarios para caracterizar completamente el estado instantáneo de un átomo en términos del estado instantáneo de todas sus partículas elementales es finita.

Entonces, sí, hay una cantidad de información finita y medible que caracteriza completamente un átomo en cualquier instante en el tiempo.

Sin embargo, esa información no se puede conocer completamente según el Principio de incertidumbre de Heisneberg. Además, algunas interpretaciones de la mecánica cuántica dicen que no solo estos attirubtes no se pueden conocer, sino que sin observación los valores no “colapsan” en estados clásicos caracterizados por valores numéricos discretos, sino que solo existen como formas de onda de probabilidad. En otras palabras, algunas interpretaciones de formas de onda límite QM al dominio epistemológico (conocimiento), mientras que otras lo extienden al dominio ontológico (ser). Pero las formas de onda se pueden expresar en ecuaciones discretas que representan una cantidad fija de información.

Entonces, sí, un átomo puede caracterizarse en cualquier momento como equivalente a una cantidad finita de información, ya sea que esa información sea o no conocida.

Sin embargo, en una reflexión posterior, uno podría preguntarse cuáles son las implicaciones del hecho de que los valores físicos son capaces de tener valores irracionales. Un número es irracional si solo se puede expresar con un número infinito de dígitos. Claramente, un valor físico puede ser irracional, como en una partícula que se mueve desde un punto ubicado a 3 metros de un origen arbitrario a un punto a 4 metros de dicho origen. El movimiento clásico se limita a los trazados que se trazan como curvas continuas, la partícula debe ubicarse en algún punto π metros para el origen, siendo π un número irracional. Sin embargo, este es un arenque rojo. Si bien un número irracional no tiene una descripción adecuada expresada únicamente como una relación entera o una cadena de números arábigos de longitud finita, siempre tiene alguna representación finita utilizando otras convenciones matemáticas, creo, por ejemplo, π o

La cantidad de información está relacionada con la cantidad de estados disponibles.

El número de estados disponibles está relacionado con la energía / temperatura del sistema. En ausencia de un campo magnético, todos los diferentes estados de espín de una partícula (compuesta o elemental) son degenerados, lo que significa que no hay diferencia de energía entre ellos. Una partícula spin j tendrá 2j + 1 estados degenerados.

La entropía máxima para una partícula que tiene N estados está dada por
[matemáticas] s = \ text {max} (- \ text {Tr} \ rho \ log \ rho) = \ log N [/ math]
donde [math] \ rho [/ math] es la matriz de densidad de un sistema. Para un estado que tiene N estados igualmente poblados, la matriz de densidad es matriz diagonal
[matemáticas] \ rho = \ text {diag} (1 / N, 1 / N, \ cdots, 1 / N) [/ matemáticas].

El número total de estados accesibles es el exponencial de esto y (que es esencialmente tautológicamente en este caso) es
[matemáticas] N _ {\ text {eff}} = \ exp (\ log s) [/ matemáticas]
en situaciones más complicadas, no todos los estados son igualmente accesibles y es más fácil calcular [math] \ rho [/ math] para obtener un número efectivo de grados de libertad, que es una medida de la información que puede contener un sistema.

Para el uranio-235, su estado fundamental es una partícula de espín 7/2, lo que significa que tiene 8 estados degenerados fuera de un campo magnético. El uranio 238 parece ser spin 0 y solo tiene 1 estado disponible.

No soy un científico, pero entiendo su pregunta y diría que sí, puede cuantificarse, pero con una advertencia (lea más).

Dado un “diccionario” de traducción y reglas adecuadas, cualquier información puede traducirse en código binario, 0 y 1, más un conjunto de reglas sobre cómo se debe interpretar la información.

Para la información de elementos atómicos, las reglas deberían ser las mismas, y el contenido de información de un átomo de uranio es claramente más grande que el de un átomo de hidrógeno. Si lo ponemos en código binario, se necesitarán más datos para describir un átomo de uranio que un átomo de hidrógeno.

Pero cuidado, esto no significa que el átomo de uranio contenga intrínsecamente más información que el átomo de hidrógeno, solo que es una configuración más compleja que requiere que se describan más datos.

Si pasamos a lo básico, las ecuaciones que rigen el comportamiento de los átomos son las mismas para el hidrógeno o para el uranio. Una misma ecuación, con diferentes entradas, nos llevará a un átomo de hidrógeno o un átomo de uranio. En este sentido, su contenido de información no es diferente, ambos nos informan de la misma ecuación, solo que con diferentes entradas.

Debido a que usó “información total” en su pregunta, tengo que decir que no. Tenemos que usar probabilidades para determinar las áreas donde existe el electrón en sus orbitales. La información obviamente existe, pero nuestros avances tecnológicos aún no nos han dado la capacidad de una cuantificación total.

Podemos decir cuántos protones o electrones tiene el átomo. Podemos saber cuánto pesa. Podemos saber que es una fuerza débil y fuerte. Pero no tenemos una idea real de lo que causa esta fuerza (los portadores de fuerza no explican la fuerza, solo te dice partículas que transportan la fuerza). Podemos medir la velocidad. Y sabemos que tiene carga. ¿Qué está causando la carga? Eso podría ser más filosófico, pero podría ser un aspecto de la información total que puede cuantificarse.

A la gente le gusta creer que hay una respuesta completa, y que todo en un átomo puede ser cuantificable. Le pregunto si les cree, luego mire el principio de incertidumbre de Heisenbergs, hay un límite de lo que podemos saber sobre la posición y el impulso. Esto solo descarta la palabra “Total”.

Información cuantificada

Miden algunos aspectos de lo que está sucediendo con el paciente. Ya sea el peso, la edad, el resultado de un laboratorio o la cantidad de dosis de un medicamento, estos valores son críticos tanto para el ser humano como para el software para comprender lo que está sucediendo con el paciente.

La última categoría es lo que discutiremos en esta publicación.

Si. Como otros han explicado, hay una manera de cuantificar la información total como entropía. El número exacto que no conocemos para un átomo pero hay un límite superior llamado límite de Berkenstein:

[matemáticas] S \ leq \ frac {2 \ pi k RE} {\ hbar c} [/ matemáticas]

Donde [math] R [/ math] es el radio del átomo y [math] E [/ math] la energía de masa.