En El gato de Schrodinger experimento mental, ¿por qué el propio gato no es un observador?
Leyendo las respuestas parece que hay dos sugerencias para lo que puede tomar el papel de observador:
cualquier cuerpo "grande"
cualquier cosa "viva" (¿o debería ser "consciente"?)
El caso es que te ha hecho reflexionar sobre el tema. Mientras que todos estamos de acuerdo en que un átomo de hidrógeno no es un observador y un humano sí lo es, el caso de un gato no está tan claro. El objetivo del experimento mental es exponer los problemas de la interpretación de Copenhague, y lo hace con mucho éxito.
En realidad no es un misterio y la respuesta es bastante sencilla: la física cuántica real es equivalente a la física cuántica de muchos mundos. Realmente no hay una explicación alternativa disponible.
Sí, sé que hay otras interpretaciones disponibles. Pero he sido específico en mi lenguaje. Copenhague, por ejemplo, no explica nada . Sólo dice "esto es lo que parece ocurrir y no hay explicación".
Resulta que las otras interpretaciones también lo hacen. Bohm, por ejemplo, "explica" cómo en realidad no existen las superposiciones (colocando toda la matemática de una superposición en la "onda piloto", matemáticamente equivalente a las superposiciones pero que no se llama así), pero ni siquiera intenta resolver ninguno de los grandes problemas de la física cuántica, como tu pregunta (conocida como el problema de la observación) o cómo se puede cuadrar la física cuántica con la localidad. O dicho de otro modo, Bohm "explica" algo que no necesita explicación (las superposiciones, que de hecho son reales) pero ni siquiera intenta explicar / resolver ninguno de los problemas de la física cuántica.
Esto es cierto para todas las "interpretaciones" de la mecánica cuántica, excepto una: la de muchos mundos.
Muchos mundos no es simplemente otra interpretación. Es una explicación real de por qué la mecánica cuántica se comporta de forma tan poco intuitiva para nosotros. Y lo hace simplemente tomando la teoría en serio y negándose a comprometerse con ella. Literalmente no añade nada en absoluto a la teoría. Sólo dice "bueno, si nos tomamos la teoría en serio, ¿qué significa eso?" Esto es todo lo contrario a cualquier otra "interpretación", todas las cuales añaden cosas extra a la teoría que no sirven para nada más que para no llevar la teoría original a sus propias conclusiones lógicas. Por eso digo que la Física Cuántica de Muchos Mundos es Física Cuántica. Todas las demás son Física Cuántica más algunas cosas extra innecesarias que sólo complican la teoría sin ninguna razón en particular.
Entonces, ¿cómo explica la física cuántica de muchos mundos el Gato de Schrodinger? Cuando se produce el suceso cuántico que mata y no mata al gato, la realidad se superpone y entonces hay un gato muerto en un mundo y un gato vivo en otro. Cuando te acercas y abres la caja, te superpones. Una versión de ti en un mundo ve el gato muerto y otra versión de ti ve el gato vivo.
La "observación" no juega ningún papel en la física cuántica de muchos mundos, excepto en el sentido de que explica por qué la observación parece hacer colapsar la función de onda, es decir, que se convierte en parte de la superposición global. De hecho, nunca se colapsa en absoluto.
Si tiene curiosidad por explorar esta respuesta más allá de lo que puedo explicar aquí, busque los libros de David Deutsch (creador de la teoría computacional cuántica). Sus dos libros, The Beginning of Infinity y The Fabric of Reality, lo explican con mucho más detalle.
Además, busque el Experimento del probador de bombas Elitzur-Vaidman en la Wikipedia y dedicar un tiempo a pensar en cuántos mundos explicarían lo que ocurre y ver si alguna de las otras interpretaciones lo intenta siquiera. Es mucho más extraño que el Gato de Schrodinger y mucho más difícil de explicar. Por ejemplo, ¡la función de onda "colapsa" incluso cuando no hay ninguna observación! (Porque la observación de la explosión de la bomba tiene lugar en un mundo diferente. En el mundo en el que no se ve explotar la bomba no se produce ninguna observación en el 50% de los casos).
Schrodinger utilizó el gato hipotético para ilustrar lo que consideraba absurdo de suponer que el colapso de la función de onda sólo se producía cuando había un "observador" realizando una medición. Lo que quería decir era la noción de sentido común de que el colapso de la función de onda se produciría cuando una partícula interactuara con cualquier cuerpo grande, fuera o no un dispositivo de medición.
En cuanto a lo que constituye "un observador", una observación no es más que una interacción a escala microscópica que tiene una consecuencia cuantitativa. Cuando usted observa un espectro de emisión, su ojo está registrando la luz que ha sido dividida a través de un prisma; en otras palabras, el efecto de los fotones que interactúan con el campo eléctrico debido a la distribución de los átomos dentro del vidrio. La interacción entre los fotones y los átomos dentro del vidrio tiene lugar independientemente de que alguien o algo esté "observando": el prisma del espectrómetro actúa como el "gran cuerpo" que mencionas en tu pregunta.
Construir sobre La respuesta de Bruce lo que ocurre según la ecuación de Schrödinger es lo siguiente:
El estado cuántico inicial del sistema (después de poner el gato en la caja) es
$$|\text{cat alive}⟩ |\text{you don't see the cat}⟩$$
Como el Contador Geiger mide si el átomo radiactivo decae o no, y mata o perdona al gato en consecuencia, este estado cuántico evoluciona unitariamente en
$$\frac{|\text{cat alive}⟩ + |\text{cat dead}⟩}{\sqrt{2}} |\text{you don't see the cat}⟩$$
que, por supuesto, equivale a
$$\frac{|\text{cat alive}⟩ |\text{you don't see the cat}⟩ + |\text{cat dead}⟩ |\text{you don't see the cat}⟩}{\sqrt{2}}$$
Al abrir la caja, este estado cuántico vuelve a evolucionar unitariamente (es decir, sin ningún tipo de " colapso ") en
$$\frac{|\text{cat alive}⟩ |\text{you see a live cat}⟩ + |\text{cat dead}⟩ |\text{you see a dead cat}⟩}{\sqrt{2}}$$
Este estado cuántico se llama estado enmarañado porque no puede ser descompuesto en un producto de dos estados cuánticos que te describen a ti y al gato respectivamente, es decir
$$(\alpha_1|\text{cat alive}⟩ + \alpha_2|\text{cat dead}⟩) (\beta_1|\text{you see a live cat}⟩ + \beta_2|\text{you see a dead cat}⟩)$$
donde $|\alpha_1|^2 + |\alpha_2|^2 = |\beta_1|^2 + |\beta_2|^2 = 1$ . A esto nos referimos cuando decimos que te enredas con el gato.
Si el gato "colapsa la función de onda porque es un observador consciente" es una pista falsa por dos razones:
En primer lugar, se puede repetir todo el experimento mental, ya que garyp sugirió con un contador Geiger derramando un poco de tinta sobre un papel. Que algo en la caja sea "consciente" es irrelevante.
En segundo lugar, si tomamos en serio la ecuación de Schrödinger, no existe el colapso . Sólo existe una evolución unitaria en todo momento.
La versión original del experimento no utilizaba un gato, sino un barril de pólvora:
Einstein planteó la posibilidad de que un barril de pólvora estuviera en un superposición de estados explotados y no explotados, y Schrödinger aumentó la apuesta con su gato, cuya vida o muerte está ligada a un evento cuántico como la desintegración radiactiva de un átomo. Si, como dijo Bohr, el estado del átomo es indeterminado (en una superposición) hasta que se mira, entonces el estado del gato también debe serlo (véase https://www.theatlantic.com/science/archive/2018/10/beyond-weird-decoherence-quantum-weirdness-schrodingers-cat/573448/ )
Así que en la formulación original el gato es un observador como lo es un barril de pólvora. Así que cualquier cuerpo grande puede ser utilizado como "observador".
Pero suponga por un momento que usted es el observador y que el veneno sólo representa algún incidente en el futuro que le lleve a la muerte. Esto significa básicamente que estás en "una superposición de vida y muerte toda tu vida" (desde el punto de vista de un observador externo). Desde tu punto de vista, esta elegante formulación sólo dice que existe una probabilidad finita de que mueras en algún momento.
La cuestión es entonces al revés: ¿Puede existir un observador en este universo para el que tu vida y tu destino sean sólo una superposición cuántica, porque él/ella no lo ha medido (no ha abierto la caja), todavía? En un entorno clásico, sostengo que la respuesta es no, ya que las interacciones viajan con velocidad infinita. En un entorno relativista, los observadores que se encuentran fuera de tu cono de luz no pueden haber interactuado con tu existencia, por lo que podrían considerar que tu destino sigue estando en una superposición cuántica.
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