¿Qué constituye ‘observación’ en la mecánica cuántica?

TL; DR: Una medida se está “enredando” con su entorno.

Esta es una gran pregunta.

Para describir la física de la “observación”, debe agregar el “observador” al marco mecánico cuántico en el que está calculando.

La forma en que agrega cosas nuevas a la mecánica cuántica es agregando estados en el estado original que está estudiando.

Por lo tanto, si estuvieras estudiando el estado del giro de un electrón, podría escribirse como
[matemáticas] | \ uparrow \ rangle [/ matemáticas]
Ahora con un observador (que volveremos a describir) sería
[matemáticas] | \ uparrow \ rangle | \ text {obs} \ rangle [/ math]
Ahora, si comienza a dividir y combinar la función de onda, puede hacer cosas como
[matemáticas] | \ uparrow \ rangle \ Longrightarrow (| \ rightarrow \ rangle + | \ leftarrow \ rangle) / \ sqrt {2} [/ math]
con el observador etiquetado a lo largo sería
[matemáticas] | \ uparrow \ rangle | \ text {obs} \ rangle \ Longrightarrow (| \ rightarrow \ rangle + | \ leftarrow \ rangle) | \ text {obs} \ rangle / \ sqrt {2} [/ math]
Ahora, si el observador puede saber si está en el estado [matemáticas] | \ leftarrow \ rangle [/ matemáticas] o [matemáticas] | \ rightarrow \ rangle [/ matemáticas], entonces el estado del observador cambia y no puede ya no se factoriza al observador fuera de todo el estado y se convierte
[matemáticas] (| \ rightarrow \ rangle | \ text {obs} _1 \ rangle + | \ leftarrow \ rangle | \ text {obs} _2 \ rangle) / \ sqrt {2} [/ math]

Ahora, si intenta interferir estos dos estados (devolverlos al mismo estado), si el observador no estaba allí, simplemente podría deshacer lo que hizo en primer lugar
[matemáticas] (| \ rightarrow \ rangle + | \ leftarrow \ rangle) / \ sqrt {2} \ Longrightarrow | \ uparrow \ rangle [/ math]
Pero con un estado de observación que puede distinguir los dos estados, terminas arruinando todo
[matemáticas] (| \ rightarrow \ rangle | \ text {obs} _1 \ rangle + | \ leftarrow \ rangle | \ text {obs} _2 \ rangle) / \ sqrt {2} \ quad \ Longrightarrow [/ math] [math] \ quad (| \ uparrow \ rangle + | \ downarrow \ rangle) | \ text {obs} _1 \ rangle / 2 + (| \ uparrow \ rangle- | \ downarrow \ rangle) | \ text {obs} _2 \ rangle / 2 [/matemáticas]
Y ahora todo el estado está arruinado. El grado a que
[matemática] | \ text {obs} _1 \ rangle \ ne | \ text {obs} _2 \ rangle [/ math] [*] es el grado en que el espín electrónico no actúa mecánicamente cuánticamente. Si los dos estados del observador son totalmente ortogonales entre sí, entonces el estado se comporta de manera clásica, como la mecánica clásica probabilística normal.

¿Importa ahora qué es el observador? No, podría ser otro sistema de dos estados como un segundo electrón. Podría ser un contador geiger. Cuanto más grande sea el observador, más probable es que los estados del observador sean ortogonales, por lo que las “mediciones” ocurren más rápidamente.

Esencialmente, cualquier cosa que haya podido distinguir dos partes de la función de onda en el camino es observar el sistema y hacer que el sistema se comporte cada vez más clásicamente.

[*] Técnicamente me refiero a [matemática] \ langle \ text {obs} _1 | \ text {obs} _2 \ rangle \ ne 0 [/ math].

Esta es una buena pregunta, que no creo que las preguntas actuales hayan respondido adecuadamente. La parte interesante de la pregunta, a la que creo que el OP estaba llegando, es: si la “función de colapso de la onda” es algo que realmente sucede en el mundo real, ¿cuáles son exactamente las características de un “evento de observación”, y ¿cómo podemos llegar a una noción matemáticamente precisa de “observación”?

La respuesta corta es que el modelo de muchos mundos de Everett es la única explicación coherente de lo que está sucediendo aquí.

Las respuestas hasta ahora sugieren por qué esto es así: Joshua sugirió que las interacciones con cuerpos “suficientemente grandes” obedecen de alguna manera a diferentes reglas. Ahora, para hacer que esta explicación funcione, realmente tienes que plantear leyes de física fundamentalmente diferentes que entran por encima de algún umbral de masa. No es suficiente decir que los cuerpos grandes obedecen las mismas reglas microscópicas de la física, sino que producen efectos macroscópicos estadísticamente diferentes: para seguir esto, uno realmente necesitaría una física diferente para los cuerpos pequeños y grandes. No voy a trabajar

La explicación de Jay es mejor: puedes ver al observador dividido en dos gotas de amplitud en sus ecuaciones. El problema es que al final de esta línea de razonamiento tenemos una afirmación de que esto conduce a un comportamiento clásico. Pero esto deja abierta la pregunta original: ¿dónde * exactamente * ocurre el colapso? ¿En qué punto es uno de [matemática] obs_1 [/ matemática] o [matemática] obs_2 [/ matemática] finalmente “seleccionado”, y dónde está el modelo matemáticamente preciso de cómo sucede esto?

El modelo de Everett simplemente dice que [math] obs_1 [/ math] y [math] obs_2 [/ math] nunca son “seleccionados” o “colapsados”, sino que el universo continúa actuando de acuerdo con lo simple, conciso y elegante leyes de la mecánica cuántica. Sin excepciones. No agitar las manos. Esto es atractivo porque significa que todo el universo se puede modelar en términos de un vector de estado (un conjunto de números, más o menos) y una sola regla que especifica cómo el estado en el tiempo T conduce al estado en el tiempo T + 1 (de los cuales la ecuación de Schrodinger es una formulación). No hay aleatoriedad, no hay un lugar especial para la “conciencia”, no hay “observación” o “colapso de la función de onda” que agitan las manos. Nada más que un modelo matemático simple y sin excepciones que simplemente explica todos los fenómenos físicos que los físicos han observado.

No suena demasiado controvertido ¿verdad? La razón de la controversia es que si seguimos el razonamiento de Everett sin pestañear ni rechazar lo que encontramos, descubrimos un universo que se ramifica continuamente, del cual experimentamos solo una rama. Todo esto se deriva directamente del modelo matemático simple y conciso, pero para algunos parece demasiado radical, por lo que uno se retira al movimiento único del universo único de la interpretación de Copenhague.

Pero esto es solo una mala epistemología. En física, la idea es tomar algunos datos experimentales, buscar una explicación simple y luego tratar de falsificar esa explicación con más experimentos. Si las consecuencias del modelo parecen locas al principio, entonces, por supuesto, haga más experimentos, pero en los últimos 70 años los experimentadores acaban de confirmar una y otra vez la mecánica cuántica. Con tanto apoyo para una teoría, la respuesta adecuada es creer en las consecuencias de la teoría , ¡no agregar un factor falso que alinee el modelo con su intuición! Entonces, la biología dice que no existe una fuerza vital fundamental físicamente. La química dice que todo el mundo está construido a partir de un pequeño número de bloques de construcción idénticos. Estas conclusiones parecían escandalosas cuando se propusieron por primera vez, pero finalmente la evidencia superó la intuición. Así también con los muchos mundos de Everett.

Aquí se ofrece una explicación excelente y accesible: http://lesswrong.com/lw/r5/the_q … y en el reciente libro de Gary Drescher “Bueno y real”.

Thx para A2A. ¡Juego encendido! Sí, el observador puede ser un gas.


Segway importante: en física siempre tenemos que simplificar para obtener una solución. Esta es realmente la base de la “paradoja” o “quandry” del observador. Ves que todo el universo, cada última partícula subatómica, debe incluirse para resolver la ecuación de Schroedinger. ¡Esa es una gran ecuación! Hay alrededor de [matemáticas] 10 ^ {82} [/ matemáticas] átomos en el universo, muchas más partículas subatómicas. Luego hay un número infinito de fotones en la cubierta como se discutió en otra parte de Quora, sin mencionar un número incontable infinito de fotones de electrones fuera de la cubierta y tal.

A continuación, en diferentes marcos de referencia [no inerciales] habrá diferentes números de partículas [efecto Unruh]. Luego está la lente gravitacional y no tenemos idea de cómo conciliar esto matemáticamente con la teoría cuántica.

Por lo tanto, no tenemos forma de formular un modelo cuántico de ningún subconjunto del universo con precisión.

Por supuesto, esto también es cierto para la gravedad, cada partícula de masa en el universo ejerce una fuerza sobre todas las demás partículas.

Pero la atracción gravitatoria es una ley del cuadrado inverso [ignorando GR]. Como tal, se puede demostrar que aproximar el universo como una región espacial local da buenos resultados. Los físicos se refieren a dicha aproximación como “separabilidad”, y se manifiesta en ciertas propiedades matemáticas de los cálculos de tensor subyacentes a los estados cuánticos o de gravedad, según sea el caso.

En contraste, el quantum es tan altamente no lineal que no es factible tal aproximación local. Además cuántico no es local , dos átomos de luz años de diferencia estarán potencialmente acoplados.


Si comenzamos con un solo fotón con un solo estado cuántico, entonces cuando este fotón golpea una molécula de gas, este estado se descodifica y se difunde en la discordia cuántica. Pero la cosa es que el fotón nunca tuvo un estado cuántico aislado para empezar, ¡así que el modelo es pura ficción! Como alguien dijo una vez “¡todos los modelos de física están equivocados, pero algunos son útiles”!

Concluimos que realmente no podemos desacoplar un grupo de átomos de toda la realidad y obtener una aproximación viable en general. El “efecto observador” es un síntoma de este efecto, no la causa.

Juego terminado, ¡salud!

La interferencia desaparece cuando hay alguna interacción que produce enredos. No usaré la palabra “observador”, porque no sé lo que eso significa. Sé cuándo desaparecerá la interferencia, así que te contaré sobre eso.

Para responder su pregunta en el idioma que la hizo, es “cualquier partícula que interactúa” con la advertencia de que la interacción debe dejar un registro. Por lo tanto, sus puntos en los dos párrafos finales son bastante precisos. Resulta que no todas las interacciones dejan un registro completo. Cuando lo hace, destruye la interferencia. El tipo de interacción del que estamos hablando es, de hecho, completamente inequívoco, y se llama “enredo”.

Hiciste una buena observación:

En cuanto a “cualquier partícula interactuando”, me parece que si este fuera el caso, veríamos muchos más colapsos aleatorios e inesperados de la función de onda al realizar la doble rendija u otro experimento similar, ya que hay átomos y partículas que siempre rebotan sobre el lugar e interactuando entre sí de manera incontrolable. Esto parece que dificultaría la reproducción confiable de patrones de interferencia.

De hecho, en muchos experimentos, eso es exactamente lo que sucede. Se llama decoherencia cuántica. Es por eso que todavía no tenemos computadoras cuánticas. Los entendemos teóricamente bastante bien, pero es demasiado difícil diseñar sistemas que no tengan un montón de movimiento aleatorio de los átomos que destruyen los efectos cuánticos todo el tiempo. Los experimentos en efectos cuánticos a menudo se llevan a cabo a temperaturas extremadamente bajas para combatir esta decoherencia.

Sin embargo, los fotones utilizados en un interferómetro simple simplemente no interactúan con el aire o los espejos de esta manera. Tienen cierta interacción que resulta en la reflexión de las superficies o en la refracción. Pero estas son interacciones coherentes; No dejan un registro en los átomos con los que interactúa la luz.

Ocasionalmente, un fotón se dispersará de una molécula de aire o algo, destruyendo la interferencia para ese fotón. Entonces, la interferencia observada en un experimento típico no es perfecta. Sin embargo, puede ser bastante bueno. Al menos un experimento ha enviado fotones a unas cien millas sin perder su estado cuántico. (Ver Spookiness cuántico se extiende por las Islas Canarias)

Creo que no es muy útil seguir y seguir tratando de entender esto sin ver las matemáticas básicas del mismo. Describí el experimento de doble rendija en la respuesta de Mark Eichenlaub a ¿Cómo saben los electrones en el experimento de doble rendija que mi cámara no está rota? (ligeramente editado a continuación)

Aquí está la configuración. Las rendijas están a la izquierda de la imagen y los detectores están a la derecha. Para simplificar, solo tenemos dos detectores, en lugar de una matriz completa de ellos, por lo que solo veremos interferencias muy simples, no un patrón complicado.

Si el electrón está en la ranura derecha, lo llamamos [math] \ mathbf {R} [/ math] y si está a la izquierda, lo llamamos [math] \ mathbf {L} [/ math]. El electrón también puede estar en una superposición de rendijas como [math] .6 \ mathbf {R} – .8 \ mathbf {L} [/ math]. Los números en frente se llaman “amplitudes”. La regla en la mecánica cuántica es que si cuadras esas dos amplitudes, los cuadrados se suman a uno ([matemática] .6 ^ 2 + (-.8) ^ 2 = .36 + .64 = 1 [/ matemática])

Para entender la interferencia, necesitamos una regla de lo que sucede cuando el electrón pasa de las ranuras a los detectores. La regla que usaremos es

[math] \ mathbf {R} \ to \ frac {1} {\ sqrt {2}} (\ mathbf {A} + \ mathbf {B}) [/ math]
[math] \ mathbf {L} \ to \ frac {1} {\ sqrt {2}} (\ mathbf {A} – \ mathbf {B}) [/ math]

Los coeficientes de [math] \ frac {1} {\ sqrt {2}} [/ math] se eligen para que el electrón tenga la misma amplitud en ambos detectores y obedezca la regla de que las amplitudes al cuadrado suman uno.

Si el electrón comienza en [math] \ mathbf {R} [/ math], termina con amplitudes iguales en ambos detectores. Lo mismo es cierto si comienza en [math] \ mathbf {L} [/ math] (excepto que una amplitud es negativa, pero el electrón todavía se distribuye por igual entre los dos). Sin embargo, suponga que el electrón comienza en la superposición [math] \ frac {1} {\ sqrt {2}} (\ mathbf {R} + \ mathbf {L}) [/ math]. Luego, aplicando la regla de cómo evolucionan los estados a medida que el electrón se mueve hacia los detectores, obtenemos

[matemáticas] \ frac {1} {\ sqrt {2}} (\ mathbf {R} + \ mathbf {L}) \ a [/ math]
[matemáticas] \ frac {1} {\ sqrt {2}} \ left (\ frac {1} {\ sqrt {2}} (\ mathbf {A} + \ mathbf {B}) + \ frac {1} { \ sqrt {2}} (\ mathbf {A} – \ mathbf {B}) \ right) = \ mathbf {A} [/ math]

Traduciendo esto al lenguaje de alguien que realmente está haciendo el experimento, si cubrimos la ranura de la derecha, aparecerán electrones en ambos detectores. Si descubrimos la ranura derecha pero cubrimos la izquierda, los electrones volverán a aparecer en ambos detectores. Pero si descubrimos ambas ranuras, los electrones nunca aparecen en [math] \ mathbf {B} [/ math]. Eso es interferencia. La interferencia entre las dos ranuras evita que los electrones vayan a [math] \ mathbf {B} [/ math] a pesar de que cada ranura envía individualmente electrones allí.

A continuación, agregamos otro sistema, llamado Mister X, que puede estar en los estados [math] \ mathbf {1} [/ math] o [math] \ mathbf {2} [/ math]. (El señor X puede ser físicamente cualquier cosa; daré un ejemplo más adelante). Digamos que el señor X está en estado [math] \ mathbf {1} [/ math]. La regla es que el estado total (es decir, el estado que describe tanto al señor X como al electrón) es el producto de los estados de los sistemas individuales. Empezamos en el estado

[math] \ mathbf {1} \ left (\ frac {1} {\ sqrt {2}} (\ mathbf {R} + \ mathbf {L}) \ right) [/ math]

y a medida que los electrones van a la pantalla, esto evoluciona a

[math] \ mathbf {1} \ frac {1} {\ sqrt {2}} \ left (\ frac {1} {\ sqrt {2}} (\ mathbf {A} + \ mathbf {B}) + \ frac {1} {\ sqrt {2}} (\ mathbf {A} – \ mathbf {B}) \ right) = \ mathbf {1} \ mathbf {A} [/ math]

La interferencia sigue ahí. El señor X no ha hecho nada: todavía no hay posibilidad de que el electrón vaya a [math] \ mathbf {B} [/ math].

Ahora hacemos que Mister X interactúe con el electrón. Describimos una interacción diciendo lo que sucede a los estados durante la interacción. Aquí está la interacción que usaremos:

[math] \ mathbf {1R} \ to \ mathbf {1R} [/ math]
[math] \ mathbf {1L} \ to \ mathbf {2L} [/ math]

[matemáticas] \ mathbf {2R} \ a \ mathbf {2R} [/ math]

[matemáticas] \ mathbf {2L} \ a \ mathbf {1L} [/ math]

Cuando se produce esta interacción, el estado evoluciona así:

[math] \ mathbf {1} \ frac {1} {\ sqrt {2}} (\ mathbf {R} + \ mathbf {L}) \ to \ frac {1} {\ sqrt {2}} (\ mathbf {1R} + \ mathbf {2L}) [/ math]

Este tipo de estado se llama “enredo”. Ya no podemos escribir el estado del sistema ya que el estado de Mister X multiplicado por el estado del electrón. El señor X y el electrón no tienen sus propios estados individuales. Tienen un estado conjunto que solo se puede describir al considerarlos a ambos al mismo tiempo. El señor X y el electrón están enredados.

¿Qué sucede cuando dejamos que el electrón se propague a la pantalla? Llevarlo a través. Ahora tenemos cuatro términos (omitiré escribir todos los pasos)

[matemáticas] \ frac {1} {2} (\ mathbf {1A} + \ mathbf {1B} + \ mathbf {2A} – \ mathbf {2B}) [/ math]

De manera crucial, el término [math] \ mathbf {1B} [/ math] no se cancela con el término [math] \ mathbf {2B} [/ math] como lo hizo antes. Son estados diferentes: no podemos restarlos para obtener cero. Por lo tanto, la interferencia se destruye. Una vez más encontramos electrones en ambos detectores.

En resumen, cuando ambas ranuras están abiertas, vemos interferencia porque ningún electrón va nunca a [math] \ mathbf {B} [/ math]. Sin embargo, cuando ambas ranuras están abiertas pero el electrón se enreda con Mister X, la interferencia desaparece y vemos que los electrones comienzan a aparecer en [math] \ mathbf {B} [/ math] nuevamente.

El señor X puede ser literalmente cualquier cosa. Pongamos un ejemplo. En un experimento real de doble rendija, los electrones rebotan en capas de átomos en un cristal, no en rendijas. En su mayoría, los electrones no interactuarán con el cristal excepto para rebotar. El estado del cristal no cambia. Sin embargo, a veces un electrón interactuará con el cristal cuando rebota, volteando el giro de diferentes electrones en el cristal mientras lo hace. En ese caso, si vamos al cristal y vemos dónde se ha volteado el giro, nos dice dónde rebotó el electrón. El electrón en el cristal es el Señor X. Cuando se produce este tipo de interacción, la interferencia desaparecerá.

Este paradigma hace que los efectos “extraños” de la mecánica cuántica sean mucho más fáciles de entender. Por ejemplo, un experimento de “borrador cuántico” es uno en el que simplemente aplicamos un operador inverso para desenredar el Mister X del electrón y, por lo tanto, recuperar la interferencia; No es una especie de vudú extraño.

Eso es realmente todo lo que hay que hacer. Veremos interferencias mientras el sistema no se enrede con nada. Una vez que se enreda, la interferencia desaparece. Este enredo podría llamarse “observación” o “medición” si lo desea. Pero en realidad es solo un simple estado matemático que hace que la interferencia desaparezca de acuerdo con las reglas básicas de la mecánica cuántica.

Si puede ofrecer algún comentario sobre esta respuesta, consulte Interferencia en Mecánica Cuántica por Mark Eichenlaub en Painting the Cathedral

Vea una configuración física que ilustra estas ideas en la publicación Quantum Imaging con fotones no detectados de Lulu

[EDITAR: Revisando esto después de más de un año, no estoy tan seguro de que la siguiente respuesta carezca de circularidad. Las matrices de densidad reducida son una forma útil de pensar en la decoherencia, así que dejaré que esto permanezca, pero tenga en cuenta que las matrices de densidad a menudo están motivadas usando la interpretación de probabilidad de Born y no son objetos terriblemente intuitivos una vez que renuncia a esa interpretación.

Mi respuesta es esencialmente la misma que la de todos los demás, es decir, la observación es un “enredo” con el estado cuántico del detector, pero tomaré la respuesta de Jay Wacker como un trampolín y demostraré cómo los postulados de medición se siguen naturalmente de esta imagen.

Como vamos a hablar de conjuntos, el escenario más natural es el formalismo de la matriz de densidad. El estado puro correspondiente a una superposición genérica de los estados propios de una [matemática] Q [/ matemática] observable que el detector está ‘midiendo’ viene dada por

[matemáticas] | \ psi \ rangle = \ sum_ {i = 1} ^ n c_i | q_i \ rangle \ otimes | D_i \ rangle [/ math]

donde [math] | q_i \ rangle [/ math] son ​​los estados propios normalizados de [math] Q [/ math] y [math] | D_i \ rangle [/ math] son ​​estados detectores normalizados no paralelos por pares correspondientes a los estados propios de [math] ] Q [/ matemáticas]. Tenga en cuenta que estos no son necesariamente únicos, ya que podría haber muchas configuraciones internas del aparato detector que corresponden a la aguja que apunta en una dirección específica.

La matriz de densidad correspondiente a este estado puro es

[matemáticas] \ rho = | \ psi \ rangle \ langle \ psi | = \ sum_ {i = 1} ^ n \ sum_ {j = 1} ^ nc_ic_j ^ \ star | q_i \ rangle \ langle q_j | \ otimes | D_i \ rangle \ langle D_j | [/ math]

Ahora, dado que [math] | D_i \ rangle [/ math] representan estados distintos por pares en un espacio de Hilbert con una dimensión muy grande, digamos [math] N [/ math], existe una probabilidad muy alta de que su producto interno esté muy cerca a cero. (He proporcionado la justificación para esto en otra respuesta mía). Lo que esto nos permite hacer es extender, con una aproximación excelente, el conjunto de estos estados [matemáticos] n [/ matemáticos] a una base ortonormal completa de [matemática ] N [/ matemáticas] estados. Tenga en cuenta que las correcciones se limitan solo a los primeros estados [matemáticos] n [/ matemáticos] que se han “enredado” con los estados propios de [matemática] Q [/ matemática] en el sistema observado. Entonces, como tenemos [math] n \ ll N [/ math], la contribución general de estas correcciones sigue siendo insignificante.

Ahora, típicamente no tenemos conocimiento del estado completo en el espacio del producto tensor formado por el sistema observado y el detector. Lo único que nos interesa es lo que le está sucediendo al sistema observado. Para este fin, necesitaremos obtener la matriz de densidad (reducida) para el sistema observado, lo que básicamente implica tomar el rastro parcial de la matriz de densidad para el estado completo sobre el espacio Hilbert del detector [math] \ mathcal H_D [/ math]. Para una muy buena aproximación, para un estado típico esto está dado por

[math] \ rho _ {\ mathrm {red}} = \ mathrm {tr} _ {D} \ rho [/ math]
[matemáticas] = \ sum_ {i = 1} ^ n \ sum_ {j = 1} ^ n \ sum_ {k = 1} ^ Nc_ic_j ^ \ star | q_i \ rangle \ langle q_j | \ otimes \ langle D_k | D_i \ rangle \ langle D_j | D_k \ rangle [/ math]
[matemáticas] \ aprox \ sum_ {i = 1} ^ n \ sum_ {j = 1} ^ n \ sum_ {k = 1} ^ Nc_ic_j ^ \ star \ delta_ {ki} \ delta_ {jk} | q_i \ rangle \ langle q_j | [/ math]
[matemáticas] = \ sum_ {i = 1} ^ n | c_i | ^ 2 | q_i \ rangle \ langle q_i | [/ matemáticas]

Esta es solo la matriz de densidad correspondiente a un estado mixto en el que una fracción [math] | c_i | ^ 2 [/ math] de los estados en el sistema observado son [math] | q_i \ rangle [/ math]. Debe observarse que cualquier superposición de estados propios no degenerados no aparece en la matriz de densidad. Esto es lo que corresponde a un “colapso de la función de onda”.

Entonces, lo que encontramos es que las probabilidades que vemos en la mecánica cuántica no están intrínsecamente incorporadas, sino que surgen como manifestaciones de nuestra ignorancia del estado completo, incluido el detector. A medida que eliminamos la complejidad del detector para que [matemática] N [/ matemática] ya no sea grande, vemos que las correcciones ya no pueden considerarse insignificantes y el ‘colapso’ no ocurre.

(Por supuesto, siempre es posible construir estados para los que se produce este “colapso”, pero debido a la evolución temporal unitaria, el estado “colapsado” no se mantendrá por mucho tiempo cuando [matemática] N [/ matemática] sea Los estados ‘colapsados’ forman regiones contiguas en el espacio de todos los estados y el tamaño de estas regiones crece con [matemática] N [/ matemática], por lo que para [matemática] N [/ matemática] más grande, es más difícil para los estados “desmoronarse”. Toda la situación es muy análoga a la interpretación estadística de la Segunda Ley de la Termodinámica).

Aquí hay un buen artículo de revisión sobre el tema. La tendencia en los últimos años ha sido utilizar el término “decoherencia” en lugar de observación.

Página en arxiv.org

Una cosa que debe tener en cuenta aquí es que mucha investigación sobre el tema de la decoherencia es bastante reciente (desde la década de 1990) y la cuestión de qué sucede en el “límite” de los mundos cuántico y clásico es un área activa de investigación.

Cualquier aplicación de un operador funciona. La pregunta se complica enormemente por los físicos porque siempre consideran los sistemas cerrados en el vacío, donde el colapso cambia la medición y las mediciones posteriores de manera dramática.

En un sistema molecular normal, hay muchas colisiones entre las moléculas en un momento dado. Esos pueden ser vistos como “eventos de observación”. En esos casos, el estado se descodifica rápidamente y los eventos de colapso molecular único no tienen efecto sobre el comportamiento del conjunto del sistema.

Si está interesado, busque el efecto Zeno cuántico, que se ha probado experimentalmente. Me vuela la cabeza.

Se dice que se observa un sistema si la medición de uno de los observables del sistema ha sido realizada por un aparato de medición que experimenta decoherencia cuántica. El experimento del borrador cuántico ilustra que, siempre que no haya tenido lugar la decoherencia, se pueden revertir las interacciones similares a las medidas. Esto indica que la decoherencia es lo que hace que la medición sea irreversible. Definir claramente qué constituye exactamente una medición es el problema de medición de la mecánica cuántica.

El observador en el experimento de doble rendija que colapsa la función de onda se refiere a cualquier instrumento que interactúa con la partícula. No tiene que ser una persona. El efecto del observador se refiere a la forma en que el acto de medición afecta el sistema que está midiendo. Por ejemplo, tomar la medida de presión en un neumático requiere que el instrumento libere un poco de presión mientras lo mide.

Con el enredo, tiene dos partículas definidas por la misma función de onda, medir una (observar) le dice cuál es el estado del otro, antes de que las partículas estén en superposición, ya que podrían estar en cualquier estado. Einstein pensó que esto podría explicarse por las partículas que tienen resultados predeterminados hechos en el punto de inicio, llamadas variables ocultas. Pero los experimentos de Bell demostraron que este no era el caso. Entonces hubo ideas de que tal vez la forma en que uno configuraba el experimento podría afectar el resultado, ya que de alguna manera las partículas sabían lo que estaba sucediendo y reaccionaban en consecuencia. Leggett luego confirmó con más experimentos en 2007 que este tampoco era el caso.

El término observador es desafortunado porque implica que la conciencia es una gran parte de ella, inicialmente no tuvo nada que ver con los experimentos, hasta más tarde, cuando describir la increíble forma en que se comportan las partículas se convirtió en una explicación igualmente increíble. Entonces resultó equivocado.

La “observación” tiene que ver con el colapso de la función de onda, convirtiendo la superposición en una sola posición, por así decirlo. Cualquier cosa que pueda interactuar con la partícula colapsará esa función de onda. Hay una gran cantidad de cortejo cuántico allí donde las personas tienen una comprensión pobre de la mecánica cuántica, mezclarlo con algunas de las ideas extrañas que los científicos han planteado para explicarlo, y luego combinar eso con el comportamiento muy extraño de la mecánica cuántica. Con lo que terminas es un horrible desastre que a sus ojos puede explicar todo, desde fantasmas hasta magia.

Esencialmente cada interacción con un cuerpo grande.

Algunas instancias especiales cuidadosamente diseñadas, ya que como el par de rendijas en el experimento de doble rendija, producen resultados que logran preservar el comportamiento cuántico de la partícula en lugar de promediarse como un objeto clásico. Esto ocurre principalmente cuando has logrado forzar la función de onda para que tome una de una pequeña cantidad de formas, pero no una única. Esta es la superposición que conduce a la mayor parte del ingenioso comportamiento cuántico.

En general, una vez que está interactuando con suficientes cuerpos que tiene que pensar en ellos como una agregación y trabajar con ellos a través de la mecánica estadística, el resultado casi seguro será el valor esperado de la forma de onda.

La liberación de entropía en el aparato de medición, o la liberación de entropía en cualquier lugar, es suficiente para colapsar o dividir la función de onda. Cualquier liberación o generación de calor, del orden de, o mayor que, [matemáticas] kT [/ matemáticas] calificaría como suficiente entropía.

En el ejemplo de la doble rendija, el fotón (o electrón, no importa cuál) pase a través de las rendijas sin provocar ningún colapso / división de la función de onda porque no se libera entropía por el paso de un fotón a través del espacio. Cuando el fotón golpea la película fotográfica, el fotón desencadena un cambio de estado en un grano de plata metaestable, provocando la transición de un estado de energía más alto (claro) a un estado de energía más bajo (negro). El grano se oscurece y se libera una pequeña cantidad de energía; pequeño pero más grande que [math] kT = 4 \ times 10 ^ {- 21} J [/ math], que es solo una centésima parte de la energía del fotón (suponiendo luz visible). https://en.wikipedia.org/wiki/Do… . La liberación de la energía como calor es una forma de desorden, llamada decoherencia, que es suficiente para dividir la función de onda (y, en última instancia, todo el universo) en componentes separados que nunca volverán a interferir entre sí.

Bienvenido al inglés, donde las palabras tienen diferentes significados en diferentes contextos.

La ciencia solo puede hablar sobre los eventos que se observan, lo que sugiere que los eventos no observados continúan exactamente de la misma manera. La observación se realiza directa o indirectamente por cualquier aparato de medición. Si una entidad consciente luego mira los resultados de esa medición (individualmente o en conjunto) no tiene impacto en los resultados del aparato.

Pero un principio básico de la física es que las observaciones del mundo son completamente representativas de eventos, reglas y propiedades del universo que nunca se miden. No hemos encontrado ninguna instancia en la que eso no sea cierto, pero eso es bastante obvio ya que se habría observado en primer lugar. La física realmente no tiene nada útil que decir sobre cosas que no se pueden o nunca se observarán, incluso indirectamente.

El uso histórico del término observador es muy desafortunado: no implica en absoluto la participación de la conciencia en la física cuántica. Ha sido la fuente de todo tipo de cortejo cuántico, Deepak Chopra es uno de los principales defensores de esa marca particular de tonterías de la Nueva Era.

El observador es el propio aparato de medición si lo desea.

Produce algún efecto macroscópico que los experimentadores conscientes pueden ver.

Los fenómenos subyacentes ocurren incluso si no hay un observador consciente allí para verlos.

Si un árbol cae en el bosque y no hay nadie allí para escucharlo, entonces sí, todavía hay un sonido.

La respuesta depende de la interpretación de la mecánica cuántica que desee utilizar. En la teoría, preparaste un experimento. Selecciona un sistema físico (S) y un aparato de medición (M). El sistema y el aparato de medición pueden ser de cualquier elección: átomos, bacterias, sensores, gatos, humanos, extraterrestres. Una observación es una interacción de S con M.

Por ejemplo, S es un átomo radiactivo y M es un Geigerteller. La observación es un registro de una desintegración atómica por el Geigerteller.

Por ejemplo, S es el átomo radiactivo y el Geigerteller y M es Peter un experimentador. La observación es un registro por parte de Peter de un clic del Geigerteller.

Y así sucesivamente, S puede ser el átomo, Geigerteller y Peter y M es Mary quien recibe un correo electrónico de Peter en el que hizo clic Geigerteller.

En la interpretación de Copenhague de la mecánica cuántica, se crea una función de onda del sistema S que contiene todos los estados posibles en los que puede estar el sistema. Antes de realizar una medición, ninguno de los estados es real, es real. Al realizar una medición, la función de onda del sistema colapsa en un resultado real. En el caso del primer experimento, solo hay unos pocos estados posibles. En el último experimento con Mary, Peter y todo lo demás pueden estar en increíbles estados posibles. Antes de que Mary recibiera un correo electrónico de Peter, estaba superpuesto a escuchar un clic del Geigerteller o no. Al leer el correo electrónico, Peter y el resto del sistema colapsan en un estado real. Lo mismo para Mary, ella es parte de un sistema aún más grande y así sucesivamente.

En la interpretación de la mecánica cuántica de muchos mundos, se crea una función de onda de los sistemas S y M que contiene todos los estados posibles en los que pueden estar los sistemas combinados. No hay colapso de la función de onda, describe todo. Todos los estados posibles son igualmente reales y actuales en muchos mundos posibles. El acto de observación ya es parte de la función de onda. Esta función de súper onda describe lo que está sucediendo en todos los mundos posibles de una manera muy determinista. El acto de experimento y observación ya está dado.

Luego hay muchas combinaciones y extensiones de estas interpretaciones. Pero todo se reduce a seleccionar primero el sistema S y el aparato de medición M. En base a esta combinación, sabes lo que actúa como observación. Si haces experimentos, debes ser, por supuesto, muy exacto para poder crear exactamente el sistema S y M que elijas. Será necesario agregar cualquier ruido ambiental a las ecuaciones para sumar lo que constituye una observación.

Cada vez que hacemos una medición en un sistema Quantum, los resultados están dictados por la función de onda en el momento en que se realiza la medición. Resulta que para cada cantidad posible que deseemos medir (un observable ) hay un conjunto de funciones de onda especiales (conocidas como funciones propias ) que siempre devolverán el mismo valor (un valor propio ) para el observable. p.ej…..

EIGENFUNCTION siempre devuelve EIGENVALUE psi_1 (x, t) a_1 psi_2 (x, t) a_2 psi_3 (x, t) a_3 psi_4 (x, t) a_4, etc. etc … donde (x, t) es una notación estándar para recordarnos que las funciones propias psi_n (x, t) dependen de la posición (x) y el tiempo (t).
Incluso si la función de onda no es una de estas funciones propias, siempre es posible pensar en ella como una superposición única de dos o más funciones propias, por ejemplo …
psi (x, t) = c_1 * psi_1 (x, t) + c_2 * psi_2 (x, t) + c_3 * psi_3 (x, t) +…. donde c_1, c_2, … son coeficientes que definen la composición del estado.
Si se realiza una medición en dicho estado, ¿qué pasarán las siguientes dos cosas?

Cualquier cosa que produzca un cambio irreversible en el curso de la historia de nuestro universo.

En términos del experimento de la doble rendija, cuando un electrón no se ‘observa’, es una onda y, por lo tanto, puede pasar a través de 2 rendijas simultáneamente. Esto significa que ambas posibilidades coexisten en nuestro universo como una superposición, porque el universo en el que nadie sabrá por qué hendidura pasó es solo un universo, no dos. El universo no tuvo que tomar una decisión. Nada ha cambiado en un universo donde la información es y nunca será conocida, es la única realidad del universo.
Puede pensar que todavía podría haber 2 universos diferentes, uno en el que pasó a través de la ranura A, pero nadie lo sabrá nunca, y otro en el que pasó a través de la ranura B, pero tampoco nadie lo sabrá. Pero así es como funciona el quantum, en la práctica esos 2 universos serían idénticos, nada cambiaría irreversiblemente en ellos, haciéndolos siempre distinguibles entre sí, sus futuros son idénticos hasta el final de los tiempos, por lo que la naturaleza es económica y fusiona esos 2 universos. opciones como una sola realidad universal que es una superposición de ambas.

Por otro lado, si el electrón pasa a través de la ranura A o la ranura B, dejando un cambio irreversible en la estructura del universo, incluso si ese cambio no se observa ahora, pero solo se hará evidente en miles de millones de años y en un lugar muy distante. , estas son necesariamente 2 realidades diferentes.
Si hay alguna manera de que sea posible saber que una vez que se realizó un experimento en la Tierra en el que el electrón pasó a través de la ranura A y no a través de B, entonces el universo debe tomar una decisión y convertirse en esa realidad y descartar el opción donde será posible saber que pasó a través de la ranura B y no a través de A, porque ese sería un universo diferente, algo irreversible se cambió en el curso del experimento cambiando el futuro (algunas personas piensan que cuando ponemos un detector el universo en realidad se divide en 2 versiones de sí mismo, uno en el que el detector detectará la ranura A y el otro donde detectará la ranura B).

Cualquier cosa que hagamos que permita, ahora o en el futuro, saber por qué hendidura atravesó el electrón necesariamente obliga al universo a elegir porque serían 2 futuros diferentes, no pueden coexistir. Cualquier cosa que tenga el potencial de alterar el futuro es ‘una observación’.

Cuando lo piensas, en realidad es lógico, no podría ser de otra manera. Lo que es realmente bueno es que mientras los futuros sean idénticos, todas las opciones posibles coexisten en superposición en forma de ondas creando una interferencia entre ellas, una especie de realidad borrosa que consiste en una neblina de todas las realidades posibles, todas los posibles ‘nows’, que son consistentes con ese futuro.

El observador es cualquier parte del sistema que junta la información del sistema cuántico y la almacena de manera irreversible.

Por ejemplo, en el ejemplo del gato de Heisenberg, tan pronto como la emisión radiactiva comienza a descargarse en el tubo contador Geiger, se ha observado. Está fuera del campo de la aleatoriedad cuántica y en el mundo de los hechos.

Gran observación! La respuesta corta es: nadie lo sabe.

Este es el problema de medición en la mecánica cuántica, que aún no se ha resuelto por completo. Es un misterio central de la interpretación de Copenhague. Dos ejemplos de ángulos de ataque actuales son la decoherencia cuántica y la interpretación de muchos mundos, pero una solución completa es sobresaliente.

No soy físico, así que ten en cuenta lo que digo.

Tengo una fuerte sospecha de que Wittgenstein habría acusado a la Mecánica Cuántica de ser “filosofía”: un análisis profundo, bien elaborado y sofisticado de algo que comenzó como un error en el lenguaje. Para Wittgenstein, las paradojas del tipo que a QM le encantan siempre son producto de errores de lenguaje: cree que está usando un lenguaje claro cuando en realidad no lo está, y esa falta de claridad invisible se manifiesta como contradicciones confusas más adelante en la discusión. Podemos ver que, obviamente, en el uso de la palabra ‘observación’, que todos reconocen no significa lo que normalmente significa la palabra, pero el problema es más profundo que eso.

Creo que el enredo del lenguaje original radica en la distinción quanta / espectros: la diferencia entre pensar las cosas en términos de cuantos (efectivamente, objetos de energía aislados) y pensar en términos de espectros (distribuciones continuas sin objeto). Ese es el problema de onda / partícula, ¿verdad? Esto se ve exacerbado por el uso de estadísticas, porque las estadísticas modelan sistemáticamente densidades de probabilidad discretas como si fueran campos de densidad continuos, difuminando la distinción quanta / espectro como si no fuera un problema. Y, de hecho, el mismo momento sobre el que está preguntando, el momento de observación o enredo, es filosóficamente hablando el momento en que tenemos que dejar de pensar en un objeto de energía como aislado e insular y comenzar a pensar en él como parte de un espectro complejo de relaciones.

Para usar una analogía de la mecánica clásica, hay un momento en que una bola blanca es solo un objeto en sí misma, rodando perfectamente de manera predecible a través del fieltro, y otro momento justo después de que golpeó la primera bola en el estante cuando su camino es impredecible e inextricablemente entrelazados con los caminos y las posiciones de todas las otras bolas en la mesa. Y luego está ese extraño momento exactamente cuando toca esa primera bola, cuando aparentemente todo en el sistema cambia. ¿Proyectamos la interconexión impredecible del estado posterior de la bola blanca hacia atrás en su estado anterior (un equivalente de la hipótesis de mundos múltiples), o proyectamos la previsibilidad de su estado anterior en su estado posterior (un equivalente de la hipótesis de forma de onda colapsada) ? ¿O simplemente nos hemos equivocado al hablar de esto como dos estados separados e inconmensurables?

Por lo tanto, realmente no tengo una respuesta a su pregunta, excepto señalar que tal vez, en primer lugar, está haciendo la pregunta incorrecta.

Esto se llama el “problema de medición”. Los físicos hacen declaraciones vagas sobre el “acto irreversible de amplificación” y hablan sobre el gato de Schrodinger y el amigo de Wigner (extendiendo la cosa del gato a los humanos). Escuché que algo llamado “decoherencia” supuestamente es una pista sobre lo que está sucediendo, pero no he podido buscarlo y no tengo mucha fe en que sea menos un atolladero filosófico que todos los demás. Intento de explicaciones en los últimos 90 años.

En términos de “obtener una buena calificación en la clase cuántica”, una “observación” es una medida específica, donde “nosotros” obtenemos “conocimiento” sobre el mundo, y la función de onda tiene que colapsar en un estado propio y el valor que estamos midiendo tiene que colapsar en un valor: nunca vemos una combinación de probabilidad cuando miramos un dial o un medidor.

En otras palabras, una “observación” es donde dejamos de hablar sobre mecánica cuántica y volvemos a hablar sobre la realidad.