¿Es cierto que “nadie entiende realmente la mecánica cuántica”?

Por supuesto, muchos físicos entienden el formalismo matemático de la mecánica cuántica y cómo aplicarlo a los sistemas físicos. El problema surge cuando uno intenta entender lo que significa , es decir, tratar de entenderlo en términos de nociones familiares del mundo en que vivimos. De esto estaba hablando Feynman cuando dijo que nadie entiende la mecánica cuántica. Quiere decir que nadie puede interpretarlo en términos de nuestras nociones de realidad de sentido común. Es por eso que hay docenas de interpretaciones de la mecánica cuántica, ninguna de las cuales se ajusta al sentido común, y no hay consenso sobre cuál es la correcta. Y esta es quizás la razón por la cual Feynman dijo que tratar de interpretar la mecánica cuántica “lo llevará a un callejón sin salida del cual nadie ha escapado”.

La cita proviene del libro de Feynman The Character of Physical Law , que se basa en sus Messenger Lectures en Cornell. Aquí hay un video de la conferencia de Feynman donde hace esta declaración. La cita llega justo después de la marca de 8 minutos.

Depende de lo que quieras decir con comprensión. Un significado común de la palabra es implicar que estamos relacionando una situación desconocida con algo con lo que estamos familiarizados y, por lo tanto, podemos predecir un resultado sin tener que pasar por un análisis detallado, algo que se llama “tener un presentimiento”. Todos nos hemos encontrado con eso: nos enfrentamos a un problema, descubrimos la solución y sabemos que tenemos razón, aunque no podemos justificarlo. ¿Alguien puede hacer esto con qm? Dudoso, simplemente porque el mundo cuántico es muy diferente al nuestro. De hecho, esto es lo que causa problemas con tantos estudiantes que intentan “entender” qm. ¿Cómo puede un electrón ser tanto una onda como una partícula? ¿Cómo puede un electrón atravesar dos puertas al mismo tiempo? ¡Preguntas comunes que todos hemos enfrentado!

Sin embargo, con tiempo y experiencia, la mayoría de los científicos que se ocupan del mundo cuántico desarrollan una sensación intuitiva. Son capaces de predecir cómo se comportará un sistema qm, sin resolver los detalles. Pueden usar imágenes verbales para describir el mundo qm, usando imágenes muy diferentes de las habituales. Una vez escuché una historia sobre Majorana (hay historias similares sobre otros físicos como Fermi y Bohr) que un estudiante una vez tomó un largo cálculo para mostrarle a Majorana, ¡quien echó un vistazo a la respuesta final y dijo que estaba equivocado! (¡Esta historia puede ser inventada por todo lo que sé!) Sin embargo, esta facultad está presente entre la mayoría de los científicos que trabajan en esta área.

¿No es esto comprensión qm?

El problema es que las nociones de mecánica cuántica para los sistemas físicos están completamente en desacuerdo con todas las nociones clásicas y empíricas que tenemos para ellos, como causalidad, separabilidad, independencia y certeza. Por lo tanto, ninguna mente humana podría deducir ni siquiera el marco matemático de la mecánica cuántica, como las ecuaciones de onda probabilísticas o las relaciones de indeterminación para observables, formalizando su entorno natural (a 300 K y presión atmosférica) en ecuaciones. Especialmente la aleatoriedad aparente y las características no locales que aparecen en mediciones individuales son particularmente alucinantes y cambian nuestra dirección de pensamiento sobre la naturaleza desde una perspectiva analítica de un solo valor, fuertemente implicada por el principio de acción estacionaria de Hamilton, hacia una actitud más algebraica, perspectiva orientada a la relación, implicada primero por el trabajo temprano de Heisenberg. Sin embargo, estos últimos hechos simplemente tienen que ser tragados y aceptados, pero no son parte de nuestro conjunto de habilidades mentales ‘a priori / prenatales’.

De hecho, el famoso trabajo de los premios Nobel como Bohr, Heisenberg, Schrödinger o Born se basa en algunos postulados importantes que solo podrían justificarse para ajustar los datos sin satisfacer las ideas mencionadas anteriormente sobre la realidad física. Nadie puede entender intuitivamente los “saltos cuánticos de electrones”, la indeterminación entre productos de observables conjugados o amplitudes de probabilidad para ondas. Originalmente, Schrödinger ni siquiera creía en esta última descripción, quien (a primera vista) estaba convencido de que la famosa ecuación, encontrada por él mismo, describía la evolución temporal de la densidad de carga del electrón. Esta interpretación fue corregida adecuadamente por la primera idea “ingenua” de Born y Schrödinger de una propagación de carga “borrosa” que solo sobrevivió para una ecuación de onda de orden relativista 2. llamada ecuación de Klein-Gordon, que hoy solo describe spin-0 campos y sus cuantos (como piones).

Esto está en marcado contraste con todo el trabajo realizado en física clásica, incluida la teoría de la relatividad especial y general de Einstein, que podría deducirse principalmente de las observaciones del mundo macroscópico y el uso de los criterios formulados anteriormente para una realidad (local). La teoría newtoniana de la mecánica y las ecuaciones de Maxwell para la electrodinámica clásica son ejemplos principales para la conversión de hechos observables en ecuaciones de movimiento con gran poder explicativo para los fenómenos cotidianos, expresando el genio de los científicos a los que se hace referencia.

Sin embargo, incluso si tiene a mano el aparato matemático de la mecánica cuántica que teóricamente se puede “derivar” de la “hipótesis de cuantificación de la acción” (ver, por ejemplo, Dirac, Schwinger y Feynman), todavía se enfrenta a muchas ideas locas y conceptos que no vienen a la mente de inmediato, incluso de manera cualitativa (como implicaciones holísticas y no locales de coherencia cuántica y entrelazamiento cuántico, indistinguibilidad de cuantos de campo, simetrías de calibre y muchos más aspectos no triviales). Ni siquiera para mencionar todas las posibles interpretaciones de la mecánica cuántica, planteadas por muchos científicos muy respetados.

Tal nivel de abstracción para las predicciones y la ” divergencia ” adicional en cuestiones de interpretación están ausentes en el formalismo clásico y el usuario de la teoría generalmente está plagado de incertidumbre cuantitativa sobre la realidad, como simplemente no tener suficientes recursos computacionales para predecir un fenómeno exactamente

En mi opinión, esta es la razón por la que nadie entiende realmente la mecánica cuántica independientemente de haber dominado las matemáticas relevantes y / o sentirse cómodo con una interpretación particular o no.

Asumiendo que alguien está contento con las matemáticas, su respuesta depende de si han encontrado una interpretación de la mecánica cuántica con la que están contentos. Si se sienten cómodos con su interpretación elegida, sentirán que entienden la mecánica cuántica; de lo contrario, sentirán que ellos, y todos los demás, no entienden la mecánica cuántica.

Entonces, cuando escuchas a alguien decir “nadie entiende QM”, significa que no están contentos, en términos de interpretación.

Sí, en el sentido de que nadie puede imaginar un solo objeto que sea tanto una partícula como una onda y desde allí se vuelve cada vez más extraño con partículas enredadas que pueden comunicarse instantáneamente. No se parece en nada al mundo real, y no sé si es real, pero sean cuales sean los experimentos que hagan, actúa así.