¿No es el principio de incertidumbre sólo limitaciones no fundamentales de nuestra tecnología actual que podrían eliminarse en una civilización más avanzada?

Question

Por lo que tengo entendido, el principio de incertidumbre afirma que existe un límite natural fundamental para la precisión con la que podemos medir la velocidad y el momento al mismo tiempo. No se trata de un límite de los equipos, sino de un fenómeno natural.

Sin embargo, ¿no es esto sólo un límite de observación? Hay una velocidad y un momento definidos, sólo que no los conocemos. Es decir, no podemos saber mucho sobre el universo, pero el universo sigue teniendo características definidas.

Teniendo en cuenta esto, ¿cómo funciona una amplia gama de fenómenos de la mecánica cuántica? Por ejemplo, el túnel cuántico: se basa en el hecho de que la posición del objeto es indefinida. Pero la posición es definida, sólo que no la conocemos definitivamente. ¿O el famoso experimento de las ranuras de luz? ¿La creación de más ranuras de luz debido a la incertidumbre de las posiciones de los fotones?

Lo que estoy preguntando básicamente es por qué un límite en el observador, afecta al fenómeno que está observando. ¿No es eso equivalente a decir que porque no hemos visto la estrella X, no existe? ¡Es limitar la definición del universo a los límites de nuestra observación!

Answer 1

La respuesta de Manishearth es correcta, y esto es sólo una pequeña extensión de la misma. Manishearth señala correctamente que el problema es su declaración:

Hay una velocidad y un momento definidos, sólo que no los conocemos.

Su declaración es la variables ocultas idea, y por cortesía de Teorema de Bell actualmente creemos que las variables ocultas son imposibles.

Toma el ejemplo de un átomo de hidrógeno y pregunta cuál es la posición del electrón. El problema es que propiedades como la posición son propiedades de las partículas. No tiene sentido preguntar cuál es la posición a menos que haya una partícula en esa posición. Pero el electrón no es una partícula. La cuestión de qué es realmente un electrón puede entretener a los filósofos, pero para nuestros propósitos es una excitación en un campo cuántico y como tal no tiene una posición. Si interactuamos con el electrón, por ejemplo, disparándole otra partícula, veremos que la interacción entre la partícula y el electrón se produce en una posición bien definida. Tendemos a pensar que esa es la posición del electrón, pero en realidad no lo es: es la posición de la interacción.

El principio de incertidumbre se aplica porque no es posible para una interacción, como nuestro ejemplo de una partícula que colisiona, medir simultáneamente la posición y el momento de forma exacta. Así que tienes razón cuando dices que es un límite observacional, pero es un límite fundamental.

Answer 2

Hay una velocidad y un momento definidos, sólo que no los conocemos.

No. No hay una velocidad definida, esta era la interpretación más antigua. La partícula tiene todo (posibles) velocidades a la vez; está en una función de onda, una superposición de todos estos estados. Esto puede verificarse con cosas como el experimento de la doble rendija con un fotón; no podemos explicar las franjas de un solo fotón a menos que aceptemos el hecho de que el fotón está en "ambas rendijas a la vez".

Por lo tanto, no es un límite de conocimiento. La partícula realmente no tiene una posición definida/lo que sea.

¿No es eso equivalente a decir que porque no hemos visto la Estrella X, no existe? ¡Es limitar la definición del universo a los límites de nuestra observación!

No, es equivalente a decir "porque no hemos conseguido ninguna prueba de la estrella X, es puede o no existir -su existencia no es definitiva" Técnicamente, un objeto no detectado hace existe como una función de onda. Aunque se pone un poco filosófico y se reduce a "Si un árbol cae en un bosque y no hay nadie cerca para oírlo, ¿hace ruido?"

Answer 3

Este aparente salto es una invocación al positivismo lógico. El positivismo lógico es la filosofía por defecto en física, es indispensable, y ha sido la fuente de ideas no triviales que han sido cruciales para el progreso durante más de un siglo.

No se puede suponer que hay posición y momento simultáneamente en la partícula, porque este punto de vista llevaría a creer que hay una probabilidad para la posición y el momento, y que cada posición y momento posibles evolucionan independientemente. Esto es incompatible con las observaciones. Ninguna imagen de posición y momento independientes puede ser diferente de la mecánica clásica newtoniana.

Puedes ver esto, porque un paquete de ondas con un momento casi definido se mueve como la partícula clásica, un paquete de ondas con una posición casi definida está en un punto, como una partícula clásica, así que juntos, si ambos están bien definidos en todo momento, la partícula se movería de posición definida a posición definida como en la mecánica clásica. Esto es imposible, porque conduciría a trayectorias definidas y a la no difracción de los electrones alrededor de los objetos. La difracción de los electrones se observa todos los días.

Se puede seguir afirmando que la posición es una variable oculta, y no el momento, pero entonces el momento sólo está parcialmente definido, como una propiedad de la onda portadora. Esto es lo que ocurre en la teoría de Bohm.

La razón por la que no se pueden asignar variables ocultas de forma obvia a las partículas en la mecánica cuántica es porque el cálculo relativo a las diferentes posibilidades es no un cálculo de probabilidad, sino un cálculo de amplitudes de probabilidad, y las amplitudes de probabilidad no tienen una interpretación de ignorancia.

Para ver esto, considera una partícula que puede pasar de un estado $|0\rangle$ (donde algún bit físico que describe su posición es 0) al estado de superposición $|0\rangle+|1\rangle$ y de $|1\rangle$ a $-|0\rangle + |1\rangle$ en un periodo de tiempo determinado, digamos 1 segundo. Ahora empieza en el estado ( $|0\rangle+|1\rangle$ ), ¿qué ocurre? Por linealidad, se termina en el estado definitivo $|1\rangle$ . Así que si consideras el "1" como un estado definido, se vuelve más incierto, pero en la combinación incierta, ¡se reconfigura para convertirse en cierto! Esto no ocurre en la probabilidad, porque las diferentes ramas probabilísticas no pueden combinarse con un signo menos como acaban de hacer en la mecánica cuántica para deshacerse del $|0\rangle$ componente.

La cuestión del signo hace insostenible la interpretación de la ignorancia de la mecánica cuántica: sólo las probabilidades son ignorancia, y sólo en el límite de sistemas muy grandes la mecánica cuántica reproduce (aproximadamente) algo parecido a la probabilidad. Esto implica la observación.

La forma en que se construyó la teoría fue aplicando cuidadosamente el positivismo lógico en cada etapa, y si uno no interioriza y aplica el positivismo, no se consigue la teoría. Véase esta respuesta relacionada: ¿Cómo puede derivarse la indeterminación en la mecánica cuántica de la falta de capacidad para observar una causa?

Answer 4

La mecánica cuántica describe todo con "funciones de onda" o "vectores de estado" que proporcionan probabilidades de posición, velocidad, etc. Como dice Caraiani Claudiu, los detalles matemáticos hacen imposible que una función de onda proporcione una probabilidad del 100% para una posición concreta y una velocidad determinada.

Además, se ha demostrado de muchas maneras que es muy difícil hacer una teoría más profunda que explique la mecánica cuántica, es decir, proponer un nuevo conjunto de leyes que den lugar a un comportamiento medio que coincida con la mecánica cuántica. La teoría de David Bohm es la aproximación más sencilla a esto, pero es difícil extenderla a la relatividad y a los fermiones.

Así que la mayoría de los físicos intentan creer que la mecánica cuántica es el marco final de la física, y construyen racionalizaciones para esta posición intelectual. Dirán que nada es real hasta que se mide, o que el electrón lo hace todo a la vez hasta que se le mira (y entonces se le ve haciendo una sola cosa), o que por definición no vemos lo que no vemos, así que no debería importarnos que la teoría no ofrezca una explicación coherente de lo que ocurre entre las mediciones.

Entre los intentos de dar sentido a la mecánica cuántica, también debería reservar una mención especial a la creencia en los "muchos mundos", según la cual todas las posibilidades de la función de onda son igualmente reales y se dan en partes separadas de un "multiverso". Al menos esto parece un intento de restaurar una concepción objetiva de la realidad, sin juegos verbales. Sin embargo, si se examinan los detalles, se verá que no hay una "teoría de muchos mundos" en el sentido de un conjunto de conceptos coherente y autosuficiente. Posiblemente podría haber una teoría de muchos mundos teoría un día, pero por el momento no es más que otro muro de palabras.

Hay varias razones que explican la persistencia de esta situación patológica.

En primer lugar, la mecánica cuántica funciona muy bien. No sólo hace predicciones acertadas, sino que es un marco que puede ampliarse para incluir nuevas partículas y nuevos tipos de interacción, sin abandonar el principio de incertidumbre y todas las demás características que la hacen insatisfactoria como ultimate teoría.

En segundo lugar, aunque no ofrece un relato conceptualmente coherente de la realidad objetiva, sí ofrece un marco autocontenido coherente para hacer predicciones sobre fenómenos observables si es lo único que le interesa.

En tercer lugar, la dificultad matemática de la física fundamental es tal que la gente no tiene espacio en su cabeza para intentar explicar también la propia mecánica cuántica. Las personas que lo intentan, con muy pocas excepciones, no suelen trabajar en las teorías más avanzadas.

Y cuarto, debe ser difícil descubrir la verdad sobre esto. Puede que tengamos que desarrollar algún conjunto de conceptos completamente nuevo mediante el cual entender las entidades básicas y sus propiedades. Puede que no haya partículas, y puede que no haya posición o velocidad como se imaginan actualmente. Pueden ser simplemente conceptos informales de sentido común, empujados a dominios donde no se aplican realmente. Cada vez que escuchas a alguien decir que la mecánica cuántica implica definitivamente una imagen particular de la realidad objetiva (o incluso peor, decir que implica que no hay realidad objetiva), no estás escuchando la verdad, sólo estás escuchando el dogma, el deseo de un ser humano de estar en posesión de la verdad incluso cuando no lo está.

Answer 5

Bueno, cualquier cosa es posible Porque esto es ciencia, y la teoría cuántica es una teoría científica: podría resultar que nuestra teoría de la mecánica cuántica es errónea, al igual que se demostró que la mecánica newtoniana era inadecuada. Pero hay no hay una buena razón para apostar por ello y por una sencilla razón:

La teoría cuántica parece un horrible La interpretación más simple, a menos que se demuestre lo contrario con un experimento que falsifique la teoría, es que el Universo economiza ( cómo implementa esto, no podemos saberlo con seguridad, ya que el lenguaje de la teoría cuántica es nuestro modelo de la misma, y que mismo no economiza su información muy bien; Dios no nos dio el "código fuente" para dejarnos ver la forma en que "realmente se hace bajo el capó") la cantidad de información que asigna a las partículas y otras entidades físicas y, además, utiliza esta economización para dar estructura a la materia.

Además, aunque algunos han intentado interpretar la teoría cuántica -el más famoso es David Bohm- para tratar de encontrar una comprensión coherente con la existencia de información adicional "oculta", para que estas teorías no contradigan la evidencia observacional, esa información "oculta" tiene que permanecer oculta y, por tanto, no nos ayuda realmente: en particular, no dice en absoluto que entonces podamos eludir la limitación. Por último, a la luz de la estructura de la teoría que acabamos de mencionar, esa interpretación parece bastante artificial y algo contraria: es como añadir taquiones a la teoría de la relatividad especial, una teoría cuyo postulado básico puede darse de la manera más elegante como que existe una latencia mínima dependiente de la distancia en todas las formas de comunicación.