Si un átomo puede estar en dos lugares al mismo tiempo, ¿puede estar en tres lugares al mismo tiempo? Cuatro? Mil millones?

La respuesta de Viktor T. Toth es precisa, pero no del todo exacta. Su respuesta se refiere al caso general de superposición, pero no al caso específico de enredo en el que el estado de dos o más objetos son inseparables entre sí; así, sus ubicaciones en el espacio y en el tiempo son concomitantes en un argumento similar al de Toth.

Ignorando los argumentos que comienzan descartando la premisa de la pregunta, los átomos pueden estar en “dos lugares al mismo tiempo” en un sentido significativo y físico. La relación que describe eso es entrelazamiento cuántico y podría decirse en un sentido más general de no localidad cuántica. Dejando de lado los casos en que los átomos o las partículas se entrelazan, un conjunto de partículas puede estar en “tantos lugares al mismo tiempo” en proporción al número de partículas en el conjunto.

Sin embargo, la premisa de la pregunta aborda específicamente la noción de “un átomo en dos lugares al mismo tiempo”. Lo que significa que debemos abordar específicamente el caso de autoenredos. Hay argumentos a favor, pero la teoría del autoenredo no se entiende bien y aún está en desarrollo: https://arxiv.org/pdf/quant-ph/0511048.pdf y https://www.researchgate.net/ pos …

Respuesta corta: probablemente.

No estoy de acuerdo con la premisa: un átomo no puede estar en dos lugares al mismo tiempo. Cada vez que se observa, se observa en un solo lugar. El problema surge cuando preguntas, ¿dónde está, antes de la observación? En mecánica clásica, si supiera la posición y el momento en algún momento anterior, lo sabría ahora, pero en la mecánica cuántica hay algo llamado Principio de incertidumbre, en el que no puede conocer el producto de la posición y el momento dentro de un cuanto de acción. Eso significa que lo mejor que puede hacer es formular una distribución de probabilidad de dónde espera que esté, y lo hace a través de una función de onda. Lo que eso significa es que se puede encontrar en cualquiera de las posiciones permitidas por la función de onda, PERO no significa que esté en más de un lugar; significa que está en un lugar pero no sabes (y no puedes saber) exactamente dónde.

A diferencia de la Mecánica Clásica, donde el estado de un sistema de partículas individuales se puede definir con dos variables, posición y momento (números reales que se pueden conocer exactamente), en la Mecánica Cuántica, el estado de un sistema se define por una función de onda de valor complejo. Lo diferente de la función de onda es que su magnitud cuadrada le da a la función de densidad PROBABILIDAD del sistema, en este caso, la partícula de interés.

Lo que esto significa físicamente es que si haces una observación, la probabilidad de que la encuentres en una región en particular es el área de esa región de la función de onda (la integral). Así, los estudiantes de física se ven obligados a abandonar las nociones de posición tradicionales y clásicas en favor de un modelo probabilístico.

Para ilustrar la locura, imagine una barrera potencial.

Imagine un paquete de ondas viajando hacia la derecha con E

Esto tiene consecuencias importantes para dispositivos como el diodo de túnel y el microscopio de túnel de exploración.

Bueno … un átomo no está en dos lugares a la vez. O tres o cuatro. O mil millones.

Sin embargo … cuando no está interactuando con un objeto o instrumento clásico, el átomo no tiene una ubicación definida de manera clásica .

Su estado (¡no su ubicación!) Es descrito por una entidad matemática que de hecho representa una mezcla, o superposición, de un número infinito de posibles estados clásicos. Pero es incorrecto decir que significa que el átomo está en un número infinito de ubicaciones a la vez. No tiene ubicación. (Un término más técnico sería que no está en una ubicación propia).

Cuando mide la ubicación del átomo haciéndolo interactuar con un objeto o instrumento clásico elegido adecuadamente, el átomo tendrá una ubicación. (La descripción técnica es que el proceso de medición colapsa el estado del átomo a un estado propio de ubicación.) La probabilidad de encontrar el átomo en cualquier ubicación específica dependerá del estado del átomo antes de esta medición. Pero cuando realmente lo mide, el átomo está, como siempre, en una única ubicación bien definida. Nunca, jamás, encontrarás un átomo en dos lugares a la vez.

Y entre las mediciones de ubicación, no tiene ubicación en el sentido clásico. Su ubicación se describe mediante un “operador” de ubicación, que a su vez tiene un “valor de expectativa” (el lugar más probable donde encuentra el átomo si lo mide), pero eso es todo.

Depende en parte de cómo concebimos los átomos.

Si los átomos son ondas de probabilidad que “colapsan” en existencia discreta solo después de la observación u otra interacción, ¿cuántos átomos hay en absoluto?

Si diseño un sitio web, normalmente tendré una subcarpeta llamada “Imágenes”. Digamos que una de esas imágenes era un GIF animado que era un modelo de un átomo.

Podría hacer que ese GIF aparezca (en teoría) en un número infinito de páginas web. Incluso podría hacerlo más grande o más pequeño en algunas páginas. O imagen de espejo. O un color diferente. Incluso podría establecer una relación entre las páginas para que el GIF en una página se pareciera a la imagen especular de un GIF en otra página.

Esos GIF en esas diversas páginas web realmente no existen, excepto como potenciales hasta que alguien haga clic en el enlace y cargue la página. Entonces, puf, ahí están. ¿O son?

Entonces, en el nivel de la superficie, por así decirlo, podría parecer un número infinito de modelos GIF animados de átomos con muchas variaciones. En el nivel más profundo, el nivel de carpeta “Imágenes”, solo hay un GIF.

Entonces esos GIF podrían estar en dos lugares al mismo tiempo, o tres, o cuatro, o mil millones. Sin embargo, solo hay un GIF de “fuente”, que tiene un número potencialmente infinito de realizaciones. Todos esos otros GIF son “reales”: ocupan espacio en la página web, el texto fluye a su alrededor, interactúan con otras cosas, etc.

Ahora en cuanto a los átomos …

Gran pregunta Aquí hay una manera de verlo. Una partícula existe en dos estados: uno donde es físicamente capaz de interactuar con el resto del universo, y otro donde solo tiene el potencial de interactuar con el resto del universo. Quédate conmigo, creo que puedo explicar esto.

Tomemos un fotón, una partícula de luz. Cuando se genera, en realidad no existe en forma de un “punto de presencia” en el universo. En cambio, existe como una onda de probabilidad que se perpetúa en el universo, definiendo no dónde está esa partícula, sino dónde podría estar (piense en la aritmética de la escuela primaria. Un número que tiene un símbolo ‘mayor que’ significa que el número es mayor que ese dígito. Esto es muy parecido. Hay lugares donde la partícula puede existir en cualquier momento dado, y lugares donde no puede. Esta onda no define exactamente dónde está la partícula, pero en todas partes es posible estar y dónde puede es imposible de ser.) Además, la onda también se escala por la probabilidad. Por ejemplo, si está a 10 pies de una luz, es ‘posible’ que el fotón que golpea su ojo pueda estar a 10 pies detrás de la luz en el momento en que la onda lo golpea. Es posible, pero no muy probable. Entonces, si pudiste entrar en algún tipo de ciclo de tiempo y revivir este evento una y otra vez, la onda determinará que el fotón golpeará tu ojo un millón de veces por cada vez que aparezca 10 pies detrás de la luz.

Entonces, ¿qué lo hace cambiar entre el estado de ‘probabilidad’ y el estado de ‘realidad’? Interacción simple Cada vez que un ojo, un instrumento o una mesa o la clorofila en una brizna de hierba encuentran esa onda de probabilidad, dice “Ok, tienes que tomar una decisión firme ahora, debes estar en algún lugar específico de ahora en adelante”. punto, basado en la probabilidad inherente a la onda, esa partícula aparecerá y la onda desaparecerá (el término que usan es colapso).

Por contra intuitivo que parezca, así es como parece funcionar el universo. Este es uno de los efectos más probados y probados en la historia de la ciencia y los resultados son siempre los mismos.

Para fines de cálculo, el uso del método integral de ruta de Feynman, que supone que el átomo (u otro pequeño elemento) toma todas las rutas posibles simultáneamente, da la respuesta correcta.

Los caminos de Feynman no satisfacían a nadie estéticamente. Pero no solo funcionan, sino que son más fáciles de usar que los métodos de onda.

La explicación moderna “políticamente correcta” es que las partículas, y por lo tanto los átomos, realmente no existen. Solo existen ondas cuánticas (QFT o teoría de campo cuántico).

A lo que respondo, está bien, “cosas” existe y claramente está todo extendido y pasa por ambas ranuras, o un número infinito de ranuras si es necesario. Y luego, cuando se absorbe, de repente ya no se extiende, sino que está justo aquí “haciendo clic” en el tubo Geiger o en la pantalla fotosensible.

Entonces, el informe de la muerte del problema de medición (asesinado por QFT) fue una exageración. Quizás algún día lo resolveremos. Después de todo, Mark Twain no vivió para siempre después de decir eso.

Para simplificar: Hasta donde yo sé, ni un átomo ni ninguna de sus partículas constituyentes pueden ocupar más de un lugar a la vez.

Las partículas subatómicas no son realmente sólidas, y su comportamiento se asemeja a las ondas. Su ubicación en cualquier momento no es fija ni predecible con precisión. Como resultado, lo mejor que podemos hacer es calcular la probabilidad de que se encuentren dentro de un área determinada. De lo contrario, solo podemos hacer que una partícula reaccione con otra cosa, y los resultados de la interacción nos dirán dónde estaba en ese momento.

Tenga en cuenta que la distribución de probabilidad indica que una partícula se puede encontrar en cualquier punto dentro de un área designada en cualquier momento, con algunos puntos más probables que otros. No indica que la partícula ocupa más de un punto en el mismo instante.

La clave de esta respuesta es comprender la ‘superposición’, que en muchos sentidos es la rareza más interesante de la física cuántica. Al igual que Schrodingers Cat, una partícula subatómica puede estar en muchos estados diferentes hasta que se mida y luego todas las demás funciones de onda colapsen. No existían (por así decirlo) … Estaban en un estado, no en una ubicación. Es como tener muchas ideas y luego una llega a buen término y las otras “desaparecen”. Cuando te acercas a la física cuántica no puedes hacerlo con una mentalidad ‘clásica o newtoniana’ 🙂 🙂

Estoy contigo. Me parece increíble que QM se base en ideas ilógicas como esta. Lawrence Krauss es famoso por decir “la probabilidad de encontrar un electrón en Alpha Centauri no es cero”. Me enfureció esta afirmación hasta que me di cuenta de que hay miles de millones de electrones en Alpha Centauri.

Si entiendo QM correctamente, esto solo se aplica a partículas fundamentales y el átomo es compuesto. Pero, puede que tengas razón; El átomo es una partícula cuántica. En cualquier caso, está mal porque viola las leyes de conservación, por ejemplo, si el ‘átomo’ está en más de un lugar, entonces ha duplicado la energía de masa en el universo violando así la ley de conservación de la energía.

Sin embargo, si lo expresa de manera diferente, es decir, “es como si el átomo estuviera en muchos lugares a la vez”. Tenga en cuenta que es el acto de medición / observación lo que colapsa la función de onda y el átomo ocupa un lugar. Nunca he aceptado eso como una explicación de cómo funciona la naturaleza.

Creo que la mayoría de estas respuestas, técnicamente precisas como pueden ser, no tienen sentido. Me gusta la respuesta de Martin. Pero el núcleo es que el átomo no es lo que pensamos como una cosa. Existe, tiene un comportamiento predecible que es totalmente inconsistente con ser un “átomo”. Es “dónde” la propiedad es mucho más compleja que nuestra idea de que un objeto es “dónde”. Tenemos años y mega millas para ir con nuestra idea de tales temas antes de que podamos estar listos para responder la pregunta con confianza.

Me gusta tu proceso de pensamiento!

Personalmente tengo problemas para encontrar mi periódico matutino; Creo que está en el otro lugar (donde sea que mire).