¿Por qué la gente sigue hablando sobre el hecho de que ‘la observación cambia tu respuesta’ en mecánica cuántica?

La superposición en física cuántica NO es por falta de información

La superposición es un tipo de existencia fundamentalmente diferente, que no se creía posible antes de que se observara experimentalmente. El ejemplo más simple pero más convincente que puedo darle para probar esto es el joven experimento de doble rendija. Antes del descubrimiento de QM, la luz se consideraba una onda o un campo. Por lo tanto, la luz podría extenderse en múltiples direcciones al mismo tiempo. Pero Einstein explicó el efecto fotoeléctrico (y ganó el Premio Noble) al demostrar que la luz está hecha de partículas, que llamamos fotones. Ahora hagamos el experimento de doble rendija de Young con fotones en lugar de ondas.

Experimento joven de doble rendija

Preparar
Hay dos rendijas en una gran pared de cartón. En un lado de la pared hay una fuente de luz y en el otro hay una pantalla fotográfica. Ahora, si brillamos mucha luz en las dos rendijas (de una sola fuente), observaremos un patrón alterno brillante y oscuro en la pantalla fotográfica. (Si solo hubiera una ranura, no habría un patrón de interferencia sino un solo punto brillante en la pantalla justo en frente de la ranura). Esto se denomina patrón de interferencia y es causado por el campo de una ranura que cancela el campo de la otra ranura en algunos lugares mientras se refuerza en otros lugares, dependiendo de la distancia de la pantalla desde las dos ranuras. En la versión fotónica de la luz, esto puede explicarse (incorrectamente ) diciendo que los fotones de la hendidura cancelan los fotones del otro en algunos y se refuerzan en otros puntos para formar el patrón.

La prueba
Podemos probar esta teoría. ¿Qué pasa si disparamos solo un fotón en las dos rendijas? La mecánica clásica diría que el fotón atravesaría uno u otro. En cualquier caso, no hay cancelación o refuerzo porque no hay luz en la otra ranura, por lo tanto, no debería haber un patrón de interferencia. Pero la hay . Lo que está cancelando el fotón, los fotones no se dividen en mitades. La única explicación aquí es que el fotón atraviesa ambas ranuras simultáneamente, está en una superposición de atravesar cualquiera. Entonces, el patrón surgirá porque el fotón interfiere consigo mismo, cancelando y reforzando, tal como esperamos que hagan los campos. Es por eso que en QM, WaveFunction proporciona una descripción precisa de los objetos, que es similar al campo difundido en el espacio-tiempo y puede existir una sola partícula en dos lugares a la vez.

La captura
Ahora qué pasa cuando medimos. Digamos que colocamos un detector en una de las ranuras, la ranura 1. Ahora, si el fotón pasa por la ranura 1, el detector hace clic. Si el fotón pasa por el detector de la hendidura 2, no hace clic y en su lugar vemos el fotón en la pantalla fotográfica. El verdadero golpe es que, todas las veces que el detector no hace clic, vemos el fotón en la pantalla y no produce un patrón de interferencia. Simplemente hace un punto brillante simple en frente de la ranura. No hay forma de que esto sea posible si la Física Cuántica no fuera cierta. ¿Cómo sabe el fotón, que obviamente pasó por la ranura 2 ( porque el detector no hizo clic ) saber sobre el detector en la ranura 1 y no hacer un patrón? En el momento en que retiramos el detector, el patrón regresa, coloca el detector, incluso sin el clic, el patrón desaparece.

Inferencia
El detector destruye la superposición, si hace clic, sabemos que el fotón atraviesa la ranura 1; si no lo hace, sabemos que pasó por la ranura 2. Pero si la superposición se debió solo a nuestra ignorancia, solo debería afectar nuestra interpretación, y no cambiar cualquier cosa física en el sistema. Pero lo hace, el patrón en la pantalla es diferente cuando lo sabemos, y diferente cuando no lo sabemos. Por lo tanto, la superposición no es que no sepamos por qué hendidura atravesó el fotón, es que atraviesa ambas rendijas al mismo tiempo, y si la medimos, destruimos la superposición, colapsando la superposición en una de las posibilidades.

Conclusión
Esta idea es tan extraña que la magia sería un eufemismo. Pero es lo que hace que la QM y la física en general sean tan sorprendentes, porque no inventamos estas reglas. Tuvimos que hacer estas reglas basadas en la observación experimental, la naturaleza realmente se comporta de esta manera mágica. El experimento de la doble rendija de Young se ha verificado absolutamente muchas veces. Si vives en 1905 y no “crees” en los fotones, este experimento también se ha repetido con electrones, átomos e incluso moléculas grandes.

Experimento de doble rendija

Se requeriría un conocimiento más avanzado de QM para seguir mis reflexiones (conjetura pura y no fáctica) sobre el problema de medición en mi blog Por qué el universo es lo que es: una conjetura.

Observar algo no cambia la respuesta solo en QM, cambia incluso en la mecánica clásica que se entiende muy bien. En ciencia, el término efecto observador se refiere a los cambios que el acto de observación hará en un fenómeno observado. Esto es a menudo el resultado de instrumentos que, por necesidad, alteran el estado de lo que miden de alguna manera. Un ejemplo común es verificar la presión en un neumático de automóvil; Esto es difícil de hacer sin dejar salir algo de aire, cambiando así la presión. Este efecto se puede observar en muchos dominios de la física.

El efecto del observador en un proceso físico a menudo puede reducirse a insignificancia mediante el uso de mejores instrumentos o técnicas de observación.

Históricamente, el efecto del observador se ha confundido con el principio de incertidumbre.

Simplemente busque “Efecto de observador” y obtendrá su respuesta.

Cuando estamos escribiendo una función de onda para un sistema cuántico, se cree que es un estado de máximo conocimiento sobre el sistema cuántico. Por ejemplo, una función de onda no es una forma de describir nuestra falta de información perfecta sobre el sistema cuántico, y nuestras creencias sobre el sistema no entran en una función de onda.

Compare con un objeto clásico como un dado: suponga que lanzo un dado, pero no lo mire. Podría creer que es probable que los dados muestren cualquier cara de 1 a 6 antes de mirar los dados. Entonces, si me dice que el número en la cara es par, revisaría el modelo para que sea p = 1/3 para cada uno de los valores 2,4,6 y p = 0 para 1,3,5. El dado no cambia cuando me dices que la cara apuntando hacia arriba es pareja, pero mi modelo de dados está cambiando: la distribución de probabilidad es una declaración sobre mis creencias, pero el dado siempre tiene solo una cara hacia arriba y cambia mi La creencia no cambia físicamente los dados.

En mecánica cuántica, es todo lo contrario. Si tengo un sistema en una superposición de dos estados como A + B, esto es diferente a preparar el estado A con 50% de probabilidad y el estado B con 50% de probabilidad, pero manteniendo en secreto la elección de la preparación.

Si tuvieras un dado cuántico que pudieras colocar en una superposición de cada orientación, y luego alguien midió ese dado y descubrió que mostraba una cara pareja (pero no te dijo qué cara par), entonces el estado físico de el objeto cuántico es cambiado por la medida que dice “par”.

No soy un científico de QM ni de ese nivel, sin embargo, daré un ejemplo de ingeniería a nivel macro del mundo real del “proceso de medición” que afecta la Cantidad que se está midiendo.

El mejor ejemplo es la medición de la presión en el neumático de su automóvil. Tiene un neumático en el que hay una presión de ceratina para medirlo, conecta un medidor de presión, una cierta cantidad de aire ingresa al medidor de presión y al tubo de conexión. Esto permite que el aire dentro del neumático se expanda y muestre una presión más baja que antes de la medición. Además, ese aire nunca vuelve a entrar en el neumático.

El punto es que no podemos observar algo en superposición. Entonces, si algo está en superposición y lo observas, es casi como si la observación en sí misma colapsase la superposición.

Pero esta es una interpretación de QM, no la teoría misma. Una interpretación que ha perdido popularidad en las últimas décadas, y es más probable que se encuentre en los libros de ciencias populares que en cualquier otro lugar.

Muchas buenas respuestas largas y detalladas, pero aquí hay una breve:

No, estás confundiendo la incertidumbre de la falta de información humana con la incertidumbre intrínseca de la naturaleza, que es la diferencia entre la física cuántica y la física clásica y la razón de todo el alboroto.