¿Por qué creemos que las partículas tienen una naturaleza probabilística y cuál es la evidencia?

La respuesta de Bjarke a continuación describe el estado del conocimiento actual de los físicos convencionales sobre la naturaleza probabilística de las partículas subatómicas como los electrones, los fotones y los quarks. La idea clave, como él sugiere, es que los científicos no pueden predecir cómo se comportará una sola partícula. Por ejemplo, no pueden predecir cuándo un electrón en particular saltará de un orbital alrededor del núcleo del átomo a otro orbital. Esto no es porque tengan un conocimiento insuficiente, como menciona Bjarke, sino porque los electrones, por naturaleza, se comportan de manera impredecible.

Esto contrasta con el comportamiento de los objetos con los que tratamos a diario. Si un físico tuviera suficiente información sobre las fuerzas y los objetos (y sus masas y características) en un espacio particular en un intervalo de tiempo particular, el físico podría predecir los movimientos futuros y la relación de energía de todos los objetos. La física regular, a diferencia de la física cuántica, es determinista. En física regular, el futuro se despliega preprogramado desde un momento inicial en el tiempo, en función del estado de los objetos y las fuerzas en cualquier espacio en particular.

La evidencia de esta diferencia entre el comportamiento de las partículas y objetos subatómicos (cuánticos) en nuestra vida cotidiana son muchos, muchos experimentos científicos revisados ​​por pares desde la década de 1920.

Los físicos describen que las partículas subatómicas están en una “superposición” antes de adoptar un estado particular (impredecible). (Byarke se refiere a una “superposición” en su respuesta con la buena palabra en inglés “mezcla”). La capacidad de estar en una superposición ayuda a explicar por qué no está claro qué o cuándo hará la partícula a continuación. La partícula está en una “superposición” de todos los siguientes estados posibles antes de adoptar uno en particular. Por ejemplo, el electrón puede permanecer en su orbital actual o saltar a otro y está en una superposición de ambos un momento antes de medirse en uno u otro.

Me resulta útil pensar en una superposición de estados como una condición etérea en la que flotan las formas fantasmales que la partícula podría adoptar. Luego, la partícula “elige” una forma y tiene algún tipo de interacción con otra partícula en el mundo real y listo, la partícula subatómica aparece en el mundo real y medible en su nueva forma. Esta es simplemente una forma útil de visualizar lo que está sucediendo, no un hecho científico de lo que realmente sucede cuando las partículas están en superposición y aún no se pueden medir en el mundo real. Pero confío en que algún día los científicos puedan decirnos qué sucede realmente cuando una partícula todavía está en una superposición y antes de que se mida como si estuviera en un estado u otro.

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No tenemos evidencia de que las partículas tengan una naturaleza probabilística, pero esta es una forma de tratarlas matemáticamente que brinda resultados experimentales precisos. Hay otras interpretaciones populares que no consideran que su naturaleza sea probabilística, sino que postulan variables ocultas que determinan el valor observado, ya sea en el propio sistema físico o en términos del observador.

Lo que no se puede negar es que el resultado de un experimento cuántico no se puede predecir exactamente modelando solo el sistema físico en sí, sino que los resultados de una gran cantidad de observaciones siguen un patrón predecible. En el futuro, podremos predecir los resultados exactamente, ya sea al encontrar variables ocultas en el sistema físico (poco probable) o al incluir un modelo del observador en las ecuaciones.