¿Qué tan bien entendió Einstein la mecánica cuántica, en comparación con los gigantes de su tiempo? ¿Su objeción de EPR refleja un fracaso de comprensión, en relación con los gigantes de su tiempo? ¿O fue una crítica inteligente de la nueva teoría emergente?

En mi opinión, Einstein entendió QM perfectamente bien *. Simplemente no le gustaban las implicaciones metafísicas de esto.

Si observa el documento EPR [1] verá que pudieron realizar correctamente los cálculos con respecto a las partículas en estados entrelazados. Y también para inferir que el colapso de la función de onda hace que partes espacialmente separadas del sistema cambien de estado cuando se realizan mediciones locales. Esto molestó a los autores, como se ve en esta cita:

Esto hace que la realidad de [aspectos del segundo sistema] dependa del proceso de medición llevado a cabo en el primer sistema, que no perturba el segundo sistema de ninguna manera. No puede esperarse que una definición razonable de la realidad permita esto.

¡Lo curioso es que la comprensión actual de QM concuerda exactamente con lo que pensaban que era totalmente irracional! Una cosa que no consideraron explícitamente fue el hecho de que no es posible transmitir información con un par tan enredado. Aunque diría que incluso con este entendimiento, a los autores no les gustó lo que QM estaba diciendo sobre el mundo.

Lo que ha cambiado en nuestra comprensión desde entonces es que acabamos de aprender a vivir con este comportamiento extraño de la realidad, y estamos de acuerdo con eso porque no viola la causalidad (¡aunque todavía es muy extraño!).

* He decidido que esta declaración necesita una advertencia. Einstein probablemente no entendió las desigualdades de Bell, que son muy importantes para formar una imagen de la naturaleza de la realidad mecánica cuántica, pero, de nuevo, aún no se descubrieron.

[1] ¿Se puede considerar completa la descripción mecánica cuántica de la realidad física?

Einstein no solo entendió la mecánica cuántica, Douglas Stone. TS Kuhn, John Stachel y otros, han argumentado convincentemente que Einstein debería llamarse el Padre de la Mecánica Cuántica. Entendió la teoría cuántica temprana mejor que nadie de esa época.

* Albert Einstein fue el primero en demostrar la existencia de átomos en su artículo seminal sobre el problema de ~ 100 años del movimiento browniano (esto, por cierto, también demostró la existencia de moléculas y es uno de los 10 documentos más citados del siglo XX) .

* Albert Einstein fue uno de los primeros científicos en inventar una nueva forma de calcular el Número de Avogrado (por cierto, su disertación).

* Es probablemente la figura más influyente en la historia de la mecánica cuántica gracias a su trabajo de 1905 sobre la cuantización del campo de radiación, denominado incorrectamente el “Papel de efecto fotoeléctrico” (hace mucho más que simplemente explicar el efecto fotoeléctrico). Este trabajo seminal revolucionó la física al postular que la luz era una partícula y que los intercambios de energía en el campo de radiación vienen en trozos discretos de partículas indivisibles. En esencia, propuso que el campo mismo se cuantificara (muy revolucionario de hecho). Él, más que Max Planck, introdujo el concepto de cuantificación de la energía en la mecánica atómica.

* Einstein, en su artículo sobre el Calor específico de los sólidos (1906), fue el primer físico, utilizando su propio trabajo en la cuantificación del campo de radiación, para explicar con precisión las condiciones para el equilibrio térmico entre la materia y la radiación.

* Einstein propuso el fotón, la primera partícula portadora de fuerza descubierta para una interacción fundamental, y propuso la noción de dualidad onda-partícula, basada en sólidos argumentos estadísticos 14 años antes del trabajo de De Broglie.

* Einstein, en su artículo sobre Emisión espontánea y estimulada, fue el primero en reconocer la aleatoriedad intrínseca en los procesos atómicos e introdujo la noción de probabilidades de transición, incorporada en los coeficientes A y B para la emisión y absorción atómicas. Einstein también fue el primero en introducir una noción central para la mecánica cuántica conocida como complementariedad. En este artículo vemos a Einstein inventar una derivación completamente original (y elegante) de la ley de radiación de Planck, así como una derivación completamente original (y elegante) de la regla de frecuencia de Bohr. Su trilogía de documentos entre 1916 y 1917 forma la base del LÁSER y es una obra de genio profético. Lea el documento de Daniel Kleppner (MIT) sobre el trabajo:

http://cua.mit.edu/8.421/Papers/ …

* Einstein también precedió a Max Born al sugerir la interpretación de los campos de ondas como densidades de probabilidad para partículas, fotones, en el caso del campo electromagnético. Born más tarde ganaría un Premio Nobel en 1954 tomando la idea de Einstein y simplemente aplicándola a los electrones, y tuvo la gentileza de darle el crédito a Einstein por la idea.

* Einstein, estimulado por Bose, fue el primero en introducir la noción de partículas indistinguibles en el sentido cuántico y derivó la fase condensada de los bosones, que es uno de los estados fundamentales de la materia a bajas temperaturas. Por esto, Manuel Cardona y otros han llamado a Einstein “el padre de la física de la materia condensada”:

http://arxiv.org/ftp/physics/pap …

* Su trabajo en estadística cuántica a su vez estimuló directamente a Schrodinger hacia su descubrimiento de la ecuación de onda de la mecánica cuántica. Schrodinger siempre reconoció esto (ver: Abraham Pais “Sutil es el Señor”, 1982).

* Einstein fue el primer científico en predecir el entrelazamiento cuántico en su controvertido artículo de EPR Paradox que luego fue validado por John Bell (es decir, el Teorema de Bell). Einstein teorizó sobre el enredo como una prueba, pero no obstante fue el primer científico en ver donde otros no podían ver. Sus ideas sobre las variables ocultas y la no localidad todavía se debaten hoy, 80 años después del hecho.

Fue solo debido a su rechazo de la teoría final debido a incongruencias filosóficas que generalmente no es reconocido como la figura más central en este logro histórico de la civilización humana.

Fuentes:

Profesor Douglas Stone (Jefe de Física Aplicada en la Universidad de Yale): “Einstein y el Quantum: La búsqueda del valiente suabo” (2014)

Abraham Pais (Profesor del Instituto de Estudios Avanzados de Princeton): “Sutil es el Señor” (1982)

Daniel Kleppner (Profesor de Física en el MIT): “Relectura de Einstein sobre la radiación” (2005)

Nadie entendió la mecánica cuántica en aquel entonces. Todavía hoy, nadie lo entiende, aunque hay muchos que piensan que lo hacen.

Si su propio sistema de creencias personales los hace felices, los mantiene contentos y no perjudica a nadie más, ¿por qué objetar? Sin embargo, estos son algunos poderosos “si”.

Einstein entendió QM tan bien que hemos estado explicando sus ideas y demostrando sus predicciones en QM durante casi 100 años.

El efecto fotoeléctrico: lanzamiento del campo de la mecánica cuántica

Estoy escribiendo para proporcionar una visión de esto para el no físico: Einstein fue, en un sentido importante, el fundador de Quantum Mechanics (QM), y ganó su premio Nobel no por la relatividad, sino por el efecto fotoeléctrico, que abrió El campo de la Mecánica Cuántica.

La paradoja de EPR

El trabajo de Einsteins en la paradoja de Einstein – Podolsky – Rosen (EPR) no fue una objeción a la mecánica cuántica, sino una investigación directa en el campo. Este pensamiento desafió la interpretación de Copenhague de QM, no QM en sí. No fue un desafío para la mecánica cuántica, sino una presentación de una paradoja que requirió un mayor desarrollo en el campo de la QM. La paradoja que presentó fue válida, y abrió la puerta al concepto de enredo cuántico.

El condensado de Bose-Einstein

Einstein hizo otras contribuciones a QM, incluida la predicción teórica de los condensados ​​de Bose-Einstein, un nuevo estado de la materia que tendría propiedades únicas debido a las interacciones de QM. Predijo esto en 1924–25, y el helio superfluido, el primer descubrimiento que indicaba que tenía razón, llegó en 1938. El primer condensado puro de Bose-Einstein de helio 4 se produjo en 1995.

Descubrimiento # 1: Helio superfluido

Todos los fluidos tienen cierta viscosidad, es decir, cierta tendencia a pegarse, a ser espesos. La miel es más espesa que el agua. Es decir, es más viscoso. Una cualidad de un superfluido que lo hace no líquido es que tiene una viscosidad cero. Es decir, no se adhiere a sí mismo en absoluto. Este efecto es evidente en el helio cuando está a una temperatura por debajo de 2,17 grados Kelvin (2,17 grados por encima del cero absoluto). Sin viscosidad, el helio superfluido fluirá por los lados de un contenedor, contra la gravedad, porque tendrá más atracción hacia las paredes del contenedor que hacia sí mismo. Puedes ver eso en este video:

El helio superfluido no puede estar contenido en un recipiente sólido que contenga helio líquido. También se puede mover a un estado de movimiento constante, incesante y sin fricción. Ambos se demuestran en este video.

Nota: Esta no es una máquina de movimiento perpetuo. En realidad, es un montón de átomos que actúan como si fueran un solo átomo. Permanecen en movimiento macroscópico, pero si les quitas energía, la fuente se detendrá.

Estos experimentos son importantes porque muestran propiedades macroscópicas y visibles que surgen de los fenómenos cuánticos. Tenemos una cantidad visible de fluido con cada átomo (si hay átomos separados en este estado) que permanecen exactamente a la misma temperatura, y toda la sustancia, de alguna manera, actúa como una sola partícula.

Yendo más allá de los superfluidos, si nos ponemos aún más fríos, podemos producir un condensado puro de Bose-Einstein. Esto se hizo por primera vez con Helium-4 en 1995 a una temperatura de ??. Hoy, podemos hacerlo con átomos de sodio a 277 nanokelvins, es decir, 277 billonésimas de grado por encima del cero absoluto.

Este video muestra aspectos del condensado de átomo de sodio Bose Einstein que nos están enseñando cosas nuevas hoy no solo sobre la física, sino también sobre los orígenes del universo.

Otros expertos en Mecánica Cuántica tardaron 70 años en demostrar que Einstein tenía razón.

La idea de que Einstein no entendió o rechazó QM es un completo malentendido del hombre y su trabajo. Se basa en dos hechos: desarrolló la mitad de la física que no es QM. Lo llamamos relatividad general. Y criticó la interpretación filosófica de QM hecha por Neils Bohr y otros y llamó a la Interpretación de Copenhague.

¿Pero entiendes la mecánica cuántica? Puedes apostar tu dulce fotón a que Einstein entendió la mecánica cuántica tan bien o mejor que nadie de su tiempo. Pasó la mayor parte de su vida trabajando en el campo e hizo importantes contribuciones desde el principio.

Sin la conjetura original de Einstein sobre el condensado de Bose Einstein, no estaríamos tan avanzados en mecánica cuántica o cosmología como lo estamos nosotros.

Einstein entendió muy bien la mecánica cuántica y, de hecho, fue uno de los fundadores del campo, con su teoría del efecto fotoeléctrico. Y EPR fue una obra de genio, a pesar de que demostró una contribución al campo en lugar de una refutación de él como Einstein había esperado.

Las objeciones de Einstein fueron más filosóficas y estéticas que cualquier otra cosa: dijo que no podía creer que Dios tirara los dados. Él mismo admitió cuando se le preguntó que si no hubiera tenido una objeción fundamental a la idea de que él mismo podría haber hecho las contribuciones básicas en el campo.

Cabe agregar que Einstein reconoció y entendió la validez y la necesidad de los desarrollos en la mecánica cuántica, a lo que, como dije, había contribuido él mismo. Sus objeciones no fueron ingenuas, sino que incluyeron preguntas como si la mecánica cuántica estaba completa o si había variables ocultas que pudieran producir el mismo resultado a través de un mecanismo causal y determinista.

Dicho esto, Einstein no se mantuvo al día con todos los avances en física de partículas más adelante en la vida, dedicándose a trabajar en su Teoría de campo unificada.

Lo entendió muy bien. Probablemente mejor que los partidarios de QM. Entendió las implicaciones metafísicas, junto con la imposibilidad lógica de muchas de las afirmaciones de QM.

Era solo uno de los últimos realistas en física. Ahora todos están en este campo de “la realidad es subjetiva”, depende de las circunstancias que rodean el colapso de la función de onda en ese momento en particular. Matemáticamente, podría ser cualquier cosa.

La ciencia fue fundada como un ejercicio de realismo y racionalismo. El universo es real y también lo es todo a nuestro alrededor. La realidad de un objeto es objetiva. No importa quién crea qué, o qué herramientas se utilizan para la medición, o las ecuaciones que se utilizan para confundir a las personas. Ninguna de esas cosas hace la diferencia. La existencia de ese objeto está determinada por factores ajenos a nuestra creencia u observación.

Bueno, eso es lo que los científicos solían pensar de todos modos.

Sabes, ¿no es así, que Einstein fue uno de los gigantes de su tiempo, uno de los que realmente inventó la mecánica cuántica ?

Einstein entendió la mecánica cuántica perfectamente bien. También entendió que funcionó. A pesar de esa comprensión, Einstein rechazó conscientemente la teoría por razones puramente filosóficas. Lo consideró, en el mejor de los casos, un trampolín hacia la teoría correcta. Es una pena que nunca haya tenido mucho contacto con la generación más joven de físicos que completaron la teoría cuántica relativista durante su vida.

La propuesta de EPR no fue un malentendido o una falla de comprensión. En cambio, era una propuesta bastante específica para un experimento y trató de agudizar el desacuerdo básicamente filosófico que Einstein tenía con la mecánica cuántica. La propuesta condujo a una serie de experimentos reales fascinantes, todos los cuales al final apoyaron la mecánica cuántica.

Es el único residuo de lo que fue esencialmente un debate semántico largo y muy poco interesante que tuvo lugar en las Conferencias de Solvay, principalmente entre Einstein y Bohr, en el que Bohr fue, finalmente, el vencedor.

Las obras de Bohr siguen siendo críticas para leer, especialmente en la teoría de la medición. Pero él es muy prolífico y filosófico, por lo que prácticamente nadie lee a Niels Bohr en estos días.

La cuestión de la nueva teoría cuántica a la que Einstein se opuso fundamentalmente ya estaba sobre la mesa mucho antes de que se propusiera la “paradoja” del EPR. Einstein tuvo objeciones tan pronto como salió la interpretación de Born de la función de onda. Estaba perfectamente feliz con De Broglie y también con los primeros esfuerzos de Schroedinger.

Pero Max Born tenía las cosas correctas. No hay mecánica cuántica sin la regla de Born.

¡Apuesto a que lo hizo! De hecho, su trabajo sobre la fotoeléctrica puso la teoría cuántica “en el mapa”. A la larga, Einstein no creía que la teoría cuántica pudiera llevar a los físicos a la realidad “real”. En cierto sentido tenía razón. La teoría cuántica trata sobre los fenómenos, lo que es observable y medible.

Einstein también estableció la base teórica de los láseres. Del artículo de Wiki:

El mecanismo de producción de radiación en un láser se basa en la emisión estimulada, donde la energía se extrae de una transición en un átomo o molécula. Este es un fenómeno cuántico descubierto por Einstein, quien derivó la relación entre el coeficiente A que describe la emisión espontánea y el coeficiente B que se aplica a la absorción y la emisión estimulada. Sin embargo, en el caso del láser de electrones libre, los niveles de energía atómica no están involucrados; Parece que el funcionamiento de este dispositivo bastante exótico puede explicarse sin referencia a la mecánica cuántica.

El argumento EPR fue un análisis penetrante que aisló conceptos físicos fundamentales que estaban en desacuerdo con la mecánica cuántica. Fue tan brillante que Niels Bohr lo describió como un “rayo de la nada”. Nadie sin una comprensión profunda de la mecánica cuántica podría haber llegado al argumento del EPR. Fue el EPR el que inspiró el teorema de Bell, que cristalizó el problema e hizo posible, en efecto, poner el argumento de Einstein a prueba empírica. EPR representa una contribución importante a nuestra comprensión de la mecánica cuántica.

Así es como elaboré esto en mi respuesta a ¿Cuál fue la razón por la que Einstein no podía entender la Mecánica Cuántica?

Lo que Einstein objetó no fue la teoría cuántica en sí, sino la interpretación que adoptaron Bohr y muchos otros. Einstein era un físico realista, mientras que la interpretación de Bohr en Copenhague negó que ciertas propiedades de las partículas subatómicas tengan valores bien definidos, independientemente de la especificación de un aparato de medición. Bohr sostuvo que la descripción mecánica cuántica probabilística de un sistema es una descripción completa del estado objetivo del sistema, mientras que Einstein estaba convencido de que debe haber un estado real oculto detrás de las probabilidades. Estas se llaman variables ocultas. Los famosos debates de Bohr-Einstein se centraron en muchos de estos problemas que Einstein tuvo con la interpretación de la teoría cuántica. Ver ¿Es la teoría cuántica una descripción completa de la realidad?

La expresión más rigurosa e influyente de Einstein de su objeción a este aspecto de la teoría cuántica es su artículo de EPR. Es lamentable que Einstein no haya vivido para ver el teorema de Bell y los experimentos de prueba de Bell que demuestran definitivamente que Einstein estaba equivocado: el mundo físico (y la teoría cuántica) no es compatible con el realismo local.

EPR puso de manifiesto cuál es probablemente la diferencia decisiva entre QM y teorías anteriores. Impide que podamos examinar el comportamiento cuántico completo de los sistemas, ya que disipa gran parte de la información cuando abre el sistema al entorno. Zurek ha derivado las reglas de Born utilizando las simetrías del enredo entre sistemas y entornos.

En mi opinión, lo entendió tan bien como cualquier otra persona en ese momento. Con lo que no estuvo de acuerdo fue con la interpretación de Copenhague. No estar de acuerdo no significa no entender. Estoy seguro de que entendió lo que estaba haciendo Bohr tan bien como cualquiera, pero creía en un realismo que sustentaba la física. Su objeción de EPR fue, en mi opinión, una comprensión extremadamente profunda del problema con la interpretación de Copenhague, y considero que mucho de lo que escuchamos sobre la objeción que planteó en base a la relatividad no se responde adecuadamente. El argumento de que la función de onda colapsa instantáneamente en el espacio no está en una cuerda con la relatividad, en mi opinión.

Reconoció que no era compatible con la Relatividad general, que sigue siendo un problema.

Pero el enfoque de Bohr produjo respuestas útiles.

Extra, 26 de diciembre de 2014
Lo entendió lo suficientemente bien como para resolver la paradoja de EPR: que el enfoque de Bohr necesitaba influencias que viajaran más rápido que la luz si iba a funcionar.

Una de las mejores cosas de Einstein es que incluso cuando se equivocó, los problemas avanzaron. El experimento EPR podría haberse retrasado bastante tiempo si Einstein, et al no hubieran presentado su brillante experimento mental. Incluso el “mayor error” de Einstein, la constante cosmológica puede resultar correcta, aunque en circunstancias muy diferentes.

Tengo una pregunta relacionada.

¿La teoría de la relatividad de Einstein sufre un sesgo centrado en la materia?

Agradecería una respuesta del Sr. Nicolas Smith.