¿Por qué la observación colapsa la función de la onda?

Question

En una de las primeras conferencias sobre QM siempre se nos enseña sobre el experimento de Young y cómo las partículas se comportan como ondas o como partículas dependiendo de si se observan o no. Quiero saber qué es lo que la observación causa este cambio.

Answer 1

En la siguiente respuesta me voy a referir a la evolución unitaria de un vector de estado cuántico (básicamente la Ecuación de Schrodinger que proporciona la tasa de cambio con respecto al tiempo del estado cuántico o función de onda) como $\mathbf{U}$ . Voy a referirme a la reducción del vector de estado (colapso de la función de onda) como $\mathbf{R}$ . Es importante señalar que estos dos procesos son distintos y separados. $\mathbf{U}$ se entiende bien y se puede modelar con precisión con las ecuaciones de la QM, $\mathbf{R}$ no se entiende bien y algunos físicos piensan que habrá que modificar la QM para incorporar este proceso de reducción del vector de estado.

Hay mucho que decir sobre el $\mathbf{R}$ proceso, pero abordaré su pregunta directamente; básicamente "¿es la conciencia la que reduce el vector de estado/cola la función de onda?". Entre los que se toman en serio esta explicación como descripción del mundo físico, hay quienes sostienen que -como alternativa a la confianza $\mathbf{U}$ a toda escala y creyendo en una punto de vista del tipo de muchos mundos - que algo de la naturaleza de este $\mathbf{R}$ El proceso se produce siempre que interviene la conciencia de un observador. E. Wigner esbozó una vez una teoría de este tipo en Naturaleza en los años 60. La idea general era que la materia inconsciente o inanimada, evolucionaría según $\mathbf{U}$ pero tan pronto como una entidad consciente se convierte en físicamente enredado con el Estado, entonces llega algo nuevo y en realidad reduce el estado (algunos $\mathbf{R}$ proceso).

La postura de que es la conciencia la que provoca este colapso es muy difícil de refutar, debido a la propia naturaleza de este tipo de argumentos. Sin embargo, si se considera el siguiente ejemplo, debería quedar claro que este cuadro está lejos de ser completo; y que este argumento de que la conciencia causa el $\mathbf{R}$ proceso no es suficiente. Considere el clima, los patrones climáticos detallados que ocurren en cualquier planeta, siendo dependiente de procesos caóticos, que mucho ser sensible a numerosos eventos cuánticos individuales. si el $\mathbf{R}$ no tiene lugar realmente en ausencia de conciencia, entonces ningún patrón meteorológico particular podría establecerse por sí mismo fuera del marasmo de alternativas cuánticas superpuestas. ¿Podemos creer realmente que el tiempo en estos planetas permanece en superposiciones numéricas complejas de innumerables posibilidades distintas -sólo una confusión total muy diferente del tiempo real- hasta que algún ser consciente se da cuenta de ello y entonces, en ese momento, y sólo ¿en qué punto el tiempo superpuesto se convierte en tiempo real? Yo creo que no, ¿y tú?

Personalmente creo que podemos esperar alguna modificación de QM si este proceso $\mathbf{R}$ nunca va a ser suficientemente explicada. Un modelo candidato a explicar este proceso de reducción es el estado-vector inducido por la gravedad (y sus descendientes). Hay fuertes razones para sospechar que la modificación de la teoría cuántica (QT) que se necesitará, si alguna forma de $\mathbf{R}$ se convierta en un proceso físico real, debe involucrar el efecto de la gravedad de manera seria. Algunas de estas razones tienen que ver con el hecho de que el propio marco de la QT estándar encaja de forma incómoda con el espacio-tiempo curvo que exige la RG. Sin embargo, la mayoría de los físicos parecen reacios a aceptar que tal vez sea la QT la que necesita ajustes para facilitar una unión exitosa con la RG. Roger Penrose describe un nuevo modelo (basado en otros candidatos) en su libro The Shadows of the Mind (¡no es una lectura fácil!) que utiliza un modelo de gravedad cuántica para explicar el elusivo proceso cuántico $\mathbf{R}$ - Merece la pena leerlo si se quiere comprender mejor este misterioso proceso y su implicación en la conciencia humana.

Espero que esto ayude.

Answer 2

Un electrón, de hecho cualquier partícula, no es un partículas ni un onda . Describir el electrón como una partícula es un modelo matemático que funciona bien en algunas circunstancias, mientras que describirlo como una onda es un modelo matemático diferente que funciona bien en otras circunstancias. Cuando eliges hacer algún cálculo del comportamiento del electrón que lo trata como una partícula o como una onda, no estás diciendo que el electrón es una partícula o es una onda: sólo estás eligiendo el modelo matemático que hace más fácil el cálculo.

La siguiente pregunta es OK ¿qué es entonces un electrón? Por el momento nuestra mejor descripción es que el electrón es una excitación de un campo cuántico . Utilizando teoría cuántica de campos nos permite calcular el comportamiento de los electrones independientemente de que estén implicados en interacciones tipo partícula o tipo onda. Esto no significa que el electrón es un campo cuántico, y es casi seguro que sustituiremos la teoría cuántica de campos por alguna aún más complicada, por ejemplo, algún futuro desarrollo de teoría de las cuerdas .

El colapso de la función de onda es una cuestión aparte, que ha generado mucha polémica a lo largo de los años. Creo que el consenso general es que el colapso de la función de onda es una manifestación de un proceso más general llamado decoherencia .

Answer 3

La función de onda no es un objeto material. No es un proceso ondulatorio en un espacio tridimensional. (como se ve en cuanto se considera la función de onda de dos o más partículas en el problema de muchos cuerpos). Es un objeto matemático en un espacio de configuración de 3n dimensiones donde n es el número de partículas que interactúan. Esencialmente, contiene toda la información estadística sobre un sistema que es posible tener, algo así como una lista gigante. Si se realiza una medición, se añade una condición que el sistema cumple, reduciendo así las posibilidades y considerando un subconjunto de la lista original. Esto es lo que es el colapso de la función de onda. Por eso una medición puede colapsar la función de onda en todas partes de forma instantánea, en lugar de propagarse desde el lugar de la medición a la velocidad de la luz, como lo haría si la función de onda fuera algún tipo de cosa material.

Answer 4

Hacia una mejor imagen de la dualidad

En el experimento de la doble rendija de Young la dualidad onda-partícula (uno por un fotón) es más un problema de "imagen del modelo" que filosófico: ver Y. Couder la interpretación, por su parte (!),

Experimentos en Youtube Couder

La partícula cuántica TIENE una ubicación, sólo hay una limitación en elegir un buen modelo pictórico cuando se está limitado por las opciones de imagen "onda o partícula": Couder demuestra que una buena imagen ¡de un modelo de "objeto intermedio onda/partícula", existe!

Imagina un "objeto localizable" que no tiene una frontera bien definida, pero que tiene un límite de distancia bien definido (~lambda) para interactuar con los obstáculos (otros objetos).

En este pequeño vídeo se ven los objetos uno a uno, cambiando (o no) la trayectoria rectilínea por la "interacción oscilante" con el obstáculo (de doble rendija), no por la pantalla posterior al obstáculo como "observador".

Hay un artículo en línea sobre el experimento .

PS: por supuesto, si una observación constituye una medición antes de la pantalla, se interferirá en el resultado, cambiando el patrón de interferencia en la pantalla.

Answer 5

Actúan como ondas y partículas todo el tiempo. Para hacer una medición hay que interactuar con el sistema, por lo que no se puede observar la partícula sin interactuar con ella, y por tanto la medición la modifica.

Un caso sencillo sería un solo electrón. Para ver el electrón un fotón debe golpear el electrón y eso cambiaría algo del electrón.