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Los científicos proponen una solución al problema de la medición cuántica y lo explican con más detalle

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Los científicos

En su reciente opus magnum, Theo Nieuwenhuizen (Instituto de Física, UvA) y sus colegas afirman haber encontrado una solución al llamado problema de la medición cuántica

Su reclamación

Tras revisar la literatura sobre los modelos de medición, se centran en el llamado modelo Curie-Weiss para las mediciones cuánticas. La dinámica conjunta del sistema examinado acoplado al aparato de medición produce ahora resultados que explican los postulados de la medición. Muestra que los términos fuera de diagonal ("cat-terms") desaparecen en un proceso físico debido al acoplamiento al aparato, sobre una base seleccionada por el Hamiltoniano de interacción. El registro de los resultados de la medición por el puntero del aparato se produce porque la medición desencadena la transición del estado metaestable inicial a uno de los estados finales estables; siendo el aparato grande, esto significa una amplificación de la señal. La transición de la variable del puntero desde su estado metaestable inicial a uno de los estados estables finales es un proceso con características clásicas, como el vertido del exceso de energía libre en el baño.

No soy en absoluto un físico, pero disfruto intentando comprender algunos de los problemas a los que se enfrentan. Por lo que he leído este problema de la medición cuántica, bueno es un problema. ¿Podría alguien explicar por qué es un problema, y cómo estos científicos del Instituto de Física proponen resolverlo? (de la forma más sencilla posible)

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akhmeteli Puntos 10362

Tal vez desee consultar http://plato.stanford.edu/entries/qt-measurement/ (Ref. A) para tener una mejor idea del problema de la medición cuántica.

Permítanme decir unas palabras sobre el artículo de Allahverdyan, Balian, Nieuwenhuizen (ABN) (está publicado en Physics Reports, pero también pueden encontrar una versión del mismo en http://arxiv.org/abs/1107.2138 ). Debo señalar que no soy un experto en mediciones cuánticas, así que tomen lo siguiente por lo que vale.

Creo que el trabajo de ABN es excepcional, y no es sólo mi opinión. He oído decir a diferentes personas que es lo mejor que tenemos ahora en este tema. Recuerdo que asistí a la presentación de Balian hace unos años, y Scully (un autor de la teoría cuántica del láser) comentó (no puedo estar seguro de las palabras exactas) "Buen trabajo. ¿Por qué no lo hice yo?"

Probablemente sepa que la mecánica cuántica estándar suele incluir dos partes: la evolución unitaria (digamos, la ecuación de Schroedinger) y la teoría de las mediciones cuánticas (digamos, el postulado del colapso). Estas dos partes son, en sentido estricto, mutuamente contradictorias (véase la Ref. A). Utilizando un modelo específico de medición cuántica, los ABN derivan la teoría de las mediciones cuánticas de la evolución unitaria. Por supuesto, no pudieron derivarla de forma rigurosa, ya que no se puede derivar matemáticamente una conclusión que contradiga la suposición, pero la derivan como una aproximación física válida bajo algunas condiciones. Su modelo describe una medición de una proyección de espín de una partícula utilizando un aparato de medición que contiene un gran número de espines que interactúan con un baño de fonones. El sistema de espín se encuentra inicialmente en un estado paramagnético metaestable. Debido a la interacción con la partícula, este sistema transita a un estado ferromagnético con una energía más baja. La magnetización resultante refleja la proyección del espín de la partícula. De los resultados de ABN se puede concluir que la teoría de las medidas cuánticas no es una parte independiente de la teoría cuántica, sino una consecuencia aproximada de la evolución unitaria.

ABN afirma haber resuelto el problema de la medición, y puede que tenga razón en cierto sentido. Sin embargo, me gustaría añadir que su trabajo no sólo es excepcional, sino que también es altamente disruptivo (en el mismo sentido en que una idea de negocio puede ser disruptiva). El efecto secundario de su trabajo es que la teoría de las medidas cuánticas es sólo una aproximación en el mejor de los casos, el postulado del colapso e incluso la regla de Born son sólo aproximaciones. Por ejemplo, estrictamente hablando, ni siquiera se puede tener un resultado único de la medición: aunque el sistema de espín transite a un estado ferromagnético, este estado no es definitivo, y el sistema volverá al estado paramagnético debido a la inversión de Poincare, aunque esto llevará un tiempo enorme. Otra consecuencia de los resultados de ABN: la medición es independiente de un observador - el resultado se registra de forma permanente (módulo de inversión extremadamente lento).

Usted pregunta en su comentario: "¿Tiene esto que ver con Einsteins, las variables ocultas?" Creo que sí, ya que, por ejemplo, en el teorema de Bell, hay que utilizar tanto la evolución unitaria como la teoría de las medidas cuánticas para demostrar que las desigualdades pueden ser violadas en la teoría cuántica estándar. Y si la teoría de las mediciones cuánticas es sólo una aproximación, todas las apuestas están canceladas, en mi opinión, ya que no puedo imaginar qué puede ser la "no localidad aproximada". Además, el ABN destaca que el registro del resultado de una medición es un proceso relativamente lento, ya que el aparato debe ser un sistema macroscópico, y esto puede ser relevante para la laguna de localidad en los experimentos de Bell.

3voto

qqq Puntos 33

El "problema de la medición cuántica" es un "problema" no real que estos autores dicen que ofrecen una "salida física de una vergüenza matemática" a algo que ciertamente no es una vergüenza. En cambio, la incertidumbre cuántica es lo que la naturaleza nos dice sobre lo que es y lo que podemos conocer. Se dice que concluyen que las "inestabilidades dinámicas dentro del aparato cerca del final de la medición" pueden permitir los resultados estadísticos sin necesidad de un colapso físico. Pero en realidad no se necesita ningún colapso ni múltiples universos. Esto llega al punto de que la QM no es física clásica y tratar de hacerla así no es productivo. El informe es eso:

"La formulación estadística de la mecánica cuántica, aunque abstracta y minimalista, es suficiente para explicar todas las características relevantes. Dado que las interpretaciones alternativas implican suposiciones innecesarias de uno u otro tipo, los autores abogan por el uso de la formulación estadística en la enseñanza de la mecánica cuántica."

Así que su conclusión es correcta, pero no entiendo por qué creen que han añadido algo - es decir, a menos que de alguna manera se diga que alguna gran colección de estados cuánticos que llamamos un dispositivo de medición puede formar un estado meta-estable que luego no colapsa cuando se hace una observación. Aunque es controvertido decir esto, creo que lo más correcto es decir que no hay colapso de la función de onda. no hay problema de medición. La incertidumbre es inherente. La QM requiere que renunciemos a las nociones habituales de la realidad, pero requiere poco más allá de la matemática de la HS para seguirla. La descripción de la función de onda es el lenguaje matemático que mejor nos permite describir lo que la naturaleza nos permite predecir o conocer. Ha resistido todas las pruebas. Está absolutamente claro que no se puede separar el medidor y lo medido. No requiere ningún colapso para proporcionar sus respuestas y nos dice que no podemos saber más que resultados probabilísticos para lo que elegimos subjetivamente como observaciones.

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Dan Andreatta Puntos 3318

Si el trabajo en cuestión muestra que no hay colapso, sino sólo una evolución muy rápida de la función de onda hacia algo que se parece mucho al colapso cada vez que un gran número de osciladores interactúa con algo como un electrón, entonces el problema está completamente resuelto. Creo que eso es lo que muestra, pero no puedo demostrarlo. No se requiere ninguna subjetividad para que ocurra ya que el cerebro funcionaría como el imán que describen.

La razón por la que sólo observamos los estados que observamos, presumiblemente, es porque el cerebro, al igual que el imán de medición que describen, pasa por un proceso similar cada vez que interactúa con algo como un electrón, y genera nuestra conciencia de una manera que refleja su propio estado físico, y puesto que su "estado" físico es como lo describen y se asemeja a un único estado cuántico "colapsado" -casi- y no a una superposición más amplia, entonces eso es lo que experimentamos. Hicieron su prueba no con el cerebro sino con un imán, pero la importancia de su artículo es que presumiblemente el mismo enfoque podría utilizarse para otros sistemas físicos compuestos por un gran número de osciladores.

Así que, salvo en los casos extremadamente improbables, observaremos los estados y no algo que se parezca a la superposición, o mejor dicho, sólo experimentaremos superposiciones que se suman a una función que, casi con toda seguridad, está tan cerca del estado que no podemos distinguirlo, y nunca podremos medirlo con la suficiente precisión para saber la diferencia. Lo que observamos en los casos improbables, o incluso si lo observamos y no acabamos de morir, o quedamos inconscientes durante un tiempo, no tiene respuesta y probablemente lo seguirá teniendo porque las probabilidades de que ocurra son muy bajas y porque probablemente no dure lo suficiente. Habrá que esperar a que termine el programa de David Chalmers para decidir todo eso. Tal vez se pueda dar un paso al asociar la experiencia con ciertas probabilidades muy altas en el cerebro. Además, como el pseudocolapso ocurre tan rápidamente y la resolución temporal de nuestra conciencia es tan baja, entonces no lo vemos realmente.

En el futuro puede haber un control suficiente del cerebro para que el pseudocolapso dure un tiempo y se experimente, o bien eso no es posible, ya que el cerebro no pseudocolapsado no da lugar a la conciencia o ralentiza la conciencia, de modo que un instante parece mucho tiempo, lo que anula el experimento.

0voto

El problema de la medición cuántica es la cuestión abierta del aparente "colapso" de la función de onda cuántica, así como la inexplicable aparición de la Regla de Born.

Cuando realizamos un experimento con efectos cuánticos medibles, obtenemos unos resultados poco intuitivos (para la mayoría). Hay ecuaciones que gobiernan la evolución de un sistema cuántico con respecto al tiempo, en cierto modo, comportándose como ondas de número complejo. Se trata de variaciones sobre un tema descubierto por Schrödinger, y puesto en términos relativistas por DeWitt y otros.

El problema surge en que aparentemente partes de la función de onda dejan de ser medibles cuando la medimos, el hecho de que la mecánica cuántica es contraria a la intuición del inexperto, que la mecánica cuántica se descubrió hace ochenta años y algunos otros factores.

La solución propuesta más conocida por los púlicos es la interpretación del "colapso", desarrollada por Niels Bohr y otros. Propone que hay dos tipos fundamentales de interacción: La evolución de un sistema cuántico regida por las ecuaciones ondulatorias antes mencionadas, y un "misterioso" colapso.

La otra es la interpretación de que, de hecho, el sistema hace una especie de desdoblamiento, y nosotros sólo observamos una de las ramas (mientras que un investigador del universo alternativo observa la otra). Esto ya está implícito en las ecuaciones mencionadas y no necesita otros mecanismos.

Lo que ocurre es que la población común tiene la idea de que la QM debe ser misteriosa, y que las universidades enseñan métodos históricos en lugar de interpretaciones mucho más nuevas y mejores. Esto perjudica gravemente la capacidad de los investigadores.

Esta cuestión es muy profunda, y es tanto una cuestión de psicología como de matemáticas.

Para una mayor lectura te recomiendo que preguntes por un libro de texto decente. Yo mismo no tengo ninguna recomendación de calidad.

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