Extensión del experimento mental del gato schrödinger's

Question

Mi pregunta es bastante simple. En el experimento mental del gato de Schroedinger: Cuando el científico mide el estado del gato, su función de onda colapsa en el estado vivo o muerto. Pero, ¿no estaría entonces el científico a su vez en una superposición de medir muertos vivos respectivamente hasta que alguien abra la puerta del laboratorio y le pregunte al científico sobre el resultado del experimento (y por lo tanto mida el estado del sistema)?

Answer 1

Esto se conoce como el El experimento mental del amigo de Wigner . Según la interpretación de Many World, las superposiciones no son un problema. Todo el universo termina en una superposición en la que se realizan todos los resultados experimentales, pero dicha superposición está enredada con el entorno, desde un punto de vista macroscópico toma la forma de una superposición sobre un conjunto de historias consistentes.

Answer 2

En un experimento con una cámara de burbujas, la película era el medio de detección, pero se tomaba automáticamente, por miles de fotogramas. Estas bobinas de película iban a los distintos laboratorios que participaban en el experimento, y se escaneaban en busca de sucesos interesantes que se medían y registraban las secciones transversales de las interacciones.

Este es un claro ejemplo de medición experimental de una interacción de nivel mecánico cuántico . Es fácil ver dónde termina el nivel mecánico cuántico y comienza el régimen clásico. Nunca se ha dudado de si los sucesos grabados en las películas estaban allí o desaparecían en el siguiente barrido, (es decir, tenían una probabilidad mecánica cuántica de haber desaparecido). El registro de la película es demostrablemente permanente y, por tanto, clásico. El experimento del pensamiento del gato podría llevarse a cabo en un laboratorio fácilmente (afortunadamente ningún sádico lo ha hecho) . En lo que sigue hago la analogía película-gato, señalando dónde está el régimen mecánico cuántico a estudiar y dónde el régimen clásico de grabación.

Aquí está el primer Omega menos visto, la cereza en el fondo de la decuplet pirámide, una predicción del modelo de quarks.

La imagen de la cámara de burbujas del primer omega-minus . Un mesón K- entrante interactúa con un protón en el hidrógeno líquido de la cámara de burbujas y produce un mesón omega-minus, un K° y un K+ que decaen en otras partículas. Las partículas neutras que no producen huellas en la cámara se muestran con líneas discontinuas. La presencia y las propiedades de las partículas neutras se establecen mediante el análisis de las huellas de sus productos de desintegración cargados y la aplicación de las leyes de conservación de la masa y la energía.

El omega menos estaba ahí desde la exposición de la película. Ese es el detector. Cualquier escáner lo encontrará una y otra vez, porque la película no es un estado mecánico cuántico. Es un detector clásico macroscópico. El estado mecánico cuántico fue cuando el K- interactuó con un protón en la cámara de burbujas, que tenía una probabilidad de manifestarse en la cámara. El registro del evento es la detección.

De forma análoga, el gato en este experimento mental (equivocado en mi opinión) es el detector, la película, en la que se registra el experimento con las probabilidades radiactivas. Son las probabilidades radiactivas las que se encuentran en un estado mecánico cuántico. El gato es la película. Hasta que se mira, de forma similar a la película que está en blanco o se graba con un evento, se adivina que está muerto o vivo. Sea lo que sea, lo decide la probabilidad mecánica cuántica, y será una solución estable del problema.

Veamos más detalles, desde el artículo de wikipedia :

Uno puede incluso montar casos bastante ridículos. Se encierra a un gato en una cámara de acero, junto con el siguiente dispositivo (que debe estar asegurado contra la interferencia directa del gato): en un contador Geiger, hay un pedacito de sustancia radiactiva, tan pequeño, que tal vez en el transcurso de la hora uno de los átomos decaiga, pero también, con igual probabilidad, tal vez ninguno; si esto sucede, el tubo del contador se descarga y a través de un relé libera un martillo que hace añicos un pequeño frasco de ácido cianhídrico. Si se ha dejado todo este sistema durante una hora, se diría que el gato sigue vivo si mientras tanto ningún átomo ha decaído. La primera descomposición atómica lo habría envenenado.

La probabilidad mecánica cuántica en esta versión, es la probabilidad de que la sustancia radiactiva decaiga en una hora. Esta probabilidad está controlada por la función de onda mecánica cuántica del núcleo, (el análogo de la interacción K-protón) multiplicada por el número de núcleos en la muestra radiactiva. Los demás pasos del montaje experimental son macroscópicos: el disparador de la descarga del tubo, la ruptura del veneno y el gato son el montaje del detector (análogo de la cámara de burbujas de hidrógeno, la cámara, la película). El gato es la película porque es el registro permanente de lo que ha sucedido en esa hora (análogo al fotograma de una película que es un registro permanente de si hay una interacción o no).

Tenga en cuenta que el gato es un sacrificio superfluo para una vaga analogía. El contador habría sido suficiente si se hubiera grabado en una cinta de audio. El gato ocupa el lugar de la cinta. La función de probabilidad mecánica cuántica que controla el evento es la función de probabilidad de desintegración original.

El gato y la película están en el régimen clásico, porque h_bar es un número muy pequeño que el Incertidumbre de Heisenberg siempre se satisface en conjuntos macroscópicos, mayores que las dimensiones nano. Los verdaderos comportamientos mecánicos cuánticos, es decir, controlados por una densidad de probabilidad, sólo aparecen macroscópicamente en situaciones muy especiales (como la superconductividad, por ejemplo).

En general los objetos macroscópicos están en el régimen clásico, el marco de la matriz de densidad ayuda a adquirir una intuición de cómo se produce la transición, entre las funciones de onda de la mecánica cuántica y las dimensiones clásicas.

Answer 3

Depende de la interpretación de la mecánica cuántica que se utilice. Por interpretación se entiende que las predicciones matemáticas del formalismo de la mecánica cuántica son las mismas, pero el significado filosófico de cada una es lo que difiere. En la interpretación de Copenhague que pareces describir, la función de onda se colapsa cuando un observador consciente realiza una medición. Antes de la medición el sistema puede estar en una superposición de estados. Se supone que el gato no es consciente por lo tanto, en esa interpretación la función de onda no colapsa y el gato está en una superposición de estados. Si un ser humano abre la caja, la función se colapsa y pasa a estar vivo o muerto. El observador humano no estará en una superposición de estados.

Pero esta es una interpretación antigua y los son muchos otros . En particular, en la interpretación de Bohm no hay colapso de la función de onda y el gato se encuentra en un estado específico (vivo o muerto) independientemente de que sea observado o no.

Answer 4

Esta es una pregunta excelente y destaca una de las características extrañas de la mecánica cuántica.

De hecho, el científico estaría a su vez en una superposición. Y podríamos incluso medirlo si fuéramos capaces de mantener la coherencia de sistemas tan grandes.

En definitiva, su pregunta está pidiendo la solución del Problema de medición : ¿Por qué no vemos ninguna superposición? No hay gatos corriendo por ahí medio muertos y medio vivos. Tampoco vemos que los científicos estén en una superposición de haber medido esto o lo otro.

Sin embargo, el problema de la medición sigue sin resolverse. Todo lo que tenemos son algunas interpretaciones .

Answer 5

En el experimento del gato de Schrodinger, se supone que el científico es un "observador clásico" del estado del gato y, por lo tanto, se supone que todas las observaciones realizadas por el científico son observaciones clásicas que se ajustan a la física tal y como la conocíamos antes de que apareciera la mecánica cuántica. El experimento mental se centra en qué tipo de afirmaciones sobre la realidad podría hacer el científico que fueran coherentes con las predicciones procedentes de la mecánica cuántica a pesar de realizar alguna operación (es decir, el colapso de la forma de onda) para obtener una medición clásica de un sistema mecánico cuántico.

Si se opta por no suponer que el científico no es un observador clásico, sino una entidad ligada meramente a la mecánica cuántica, es razonable suponer en cambio que el científico y el gato (y el isótopo radiactivo) se enredan por su interacción. Esta es una interpretación completamente válida de la MC, sólo que no explora la cuestión filosófica que el gato de Schrodinger pretendía explorar.

El lado filosófico de la cuestión es también el motivo por el que surge el tema de la conciencia en relación con el gato de Schrodinger. Si realmente se empieza a indagar en la filosofía de la ciencia, todo se reduce finalmente a la cuestión de qué significa observar el mundo, como un ser vivo consciente. Si pensamos en las "observaciones" de forma intuitiva, prescindiendo por un momento de la QM, las observaciones que hacemos encajan bien con el modelo "clásico" del mundo. Se ajustan bastante mal al mundo QM. Por tanto, es este observador intuitivo clásico el que tenemos que alinear con los datos que observamos, o debemos admitir que tenemos una contradicción en nuestras observaciones.

En la práctica, es extremadamente difícil conseguir que los objetos macroscópicos muestren un comportamiento cuántico no trivial porque las partículas de dichos objetos suelen ser muy decoherentes. Por lo tanto, se modelan bien utilizando el Teorema del Límite Central, asegurando que la varianza en torno a la expectativa es tan pequeña que podemos entrecerrar los ojos y pasarla por alto a todos los efectos.