Observadores ocultos en los experimentos de doble rendija: ¿importan?

Question

Todavía estoy luchando un poco con algunas ideas en torno a los experimentos de doble hendidura. Una de ellas es el papel de los observadores.

Imagine un experimento clásico de doble rendija con un observador oculto que ha dispuesto un aparato para detectar por qué rendija pasan los electrones. Esta persona y sus mediciones están ocultas para ti y no tienes ninguna interacción con ella.

Así que la pregunta es, ¿ves un patrón de interferencia o no?

Además: Y si la respuesta es No, entonces ¿la razón es porque "molestaron" al electrón (digamos disparando fotones hacia ellos) o es por otra razón? Y si es porque han "perturbado" al electrón, entonces cómo es que los electrones no observados no son perturbados ya que ciertamente interactúan con otros objetos, por ejemplo otros átomos en la materia alrededor de la(s) rendija(s) sentirán un ligero tirón gravitacional al pasar por ella.

Answer 1

Estoy un poco insatisfecho con las demás respuestas porque no tienen ninguna unidad. Para medir por qué rendija pasa el electrón, hay que perturbarlo al menos en el orden de una unidad de acción (eso es ). Si lo perturbas lo suficiente como para medirlo, destruyes el patrón de interferencia. Se puede perturbar menos que eso, y obtener una pequeña cantidad de información estadística sobre la rendija por la que pasó, y esto sólo difuminará el patrón de interferencia ligeramente. Así que hay un equilibrio entre la cantidad de información que se obtiene y lo borroso que se vuelve el patrón de interferencia. No voy a trabajar esto en detalle.

Answer 2

Por supuesto que el patrón de interferencia desaparece independientemente de que el experimentador haya bombardeado los electrones con otras partículas.

Las predicciones de la mecánica cuántica son seguramente independientes de la "conciencia" de los otros objetos, que es lo que puede llevar a algunas personas a la misma pregunta que la suya. La mecánica cuántica es válida para las predicciones de cualquier fenómeno observado, incorporen o no objetos macroscópicos y humanos.

El electrón está enredado con algunas partículas adicionales (¿fotones?) que alguien utiliza para bombardear los electrones. Estos fotones no serán detectados de nuevo. Sólo observaremos los electrones, por lo que basta con describirlos mediante la matriz de densidad sólo para los electrones. Matemáticamente: $$ |\psi\rangle = a |{\rm left}\rangle + b |{\rm right}\rangle \to a |{\rm left}\rangle \otimes |{\rm left\,\,photons}\rangle + b |{\rm right}\rangle \otimes |{\rm right\,\,photons}\rangle $$ y $$ |\psi\rangle \to \rho ={\rm Tr}_{\rm partial\,\,over\,\,photons} |\psi\rangle \langle \psi| = |a|^2 |{\rm left}\rangle \langle {\rm left}| + |b|^2 |{\rm right}\rangle \langle {\rm right}| $$

Por eso podemos trazar la matriz de densidad sobre el espacio de Hilbert de los fotones, y al hacerlo, la información sobre la fase relativa de las porciones de la rendija izquierda y derecha de la función de onda del electrón desaparece (porque estas dos porciones están entrelazadas con funciones de onda diferentes y ortogonales de los fotones) y por eso ya no es posible la interferencia.

Por tanto, el patrón de interferencia desaparece aunque nadie observe los fotones reflejados.

Donde la mecánica cuántica "requiere" conciencia o conocimiento activo es cuando se pregunta para quién están hechas las predicciones de la QM. No están hechas para un mundo objetivo: a nivel fundamental, no existe ninguno. Las predicciones de la MQ están pensadas para ser utilizadas por un "observador consciente" que puede observar los resultados reales de los experimentos, cuyas probabilidades se calculan como valores de expectativa de los operadores de proyección correspondientes a las preguntas Sí/No.

Pero una vez que se es un observador de este tipo, se puede tratar a todos los objetos del mundo a la par: como sistemas ciegos de partículas que obedecen universalmente las leyes de la mecánica cuántica. Su "humanidad" o "conocimiento" o "plan para explotar una observación" o "conciencia" es totalmente irrelevante para tus predicciones y su verificación.

La verdadera "paradoja" de que un observador conozca a otro observador es que el observador A puede observar al observador B, que observa el sistema S. Según B, los resultados de las mediciones se conocen siempre que B los "perciba". Sin embargo, A puede hacer evolucionar a B+S en superposiciones tipo gato de Schrödinger y sólo "colapsarlas", es decir, interpretarlas una vez que A percibe sus observaciones. Así pues, A y B pueden estar en desacuerdo sobre cuándo "los hechos se convirtieron en hechos". Pero esta cuestión de "cuándo un hecho se convirtió en un hecho" no es medible: cualquier observador puede "retrasar" este momento hasta el momento en que realmente percibe los resultados, y no habrá ninguna contradicción en las percepciones finales de A,B. (Por supuesto, A también puede calcular de forma única el momento anterior en el que B dice "ahora conozco el resultado": este momento es anterior a que A observe la situación, y es anterior porque es independiente del resultado real que percibe B. Sin embargo, B sigue siendo sólo una parte del mundo físico aburrido para A).

Answer 3

En respuesta a la respuesta de Luboš, Fraggle escribe

La cuestión para mí es la siguiente. ¿Qué es lo que hace que un electrón "pase" de tener probabilidades de posición que están algo dispersas en el espacio a tener probabilidades de posición mucho más localizadas y no localizadas y no tan dispersas (localizadas en una u otra rendija)? La respuesta, ya que no depende de la conciencia, debe depender únicamente de los tipos de interacciones que encuentra el electrón. ¿Qué tipo de interacciones interacciones harán que su posición sea más definida (menos dispersa) y qué tipo no lo hará?

Las probabilidades de posición están localizadas por la colisión del electrón con la barrera que contiene las rendijas. Sólo puede atravesar las rendijas, por lo que la función de onda que sale por el otro lado empezará a parecer que surge de dos fuentes puntuales, una rendija y la otra rendija.

Pero esta no es la cuestión. La cuestión es qué ocurre con esa función de onda cuando los dos frentes de onda de las rendijas se extienden y se combinan. Si los electrones atraviesan las rendijas sin ser observados, se verán efectos de interferencia en el patrón de impacto que se acumula al otro lado; pero si están siendo observados, no habrá efectos de interferencia. La naturaleza "ondulatoria" parecerá haberse desvanecido, y sólo se tendrá un comportamiento de "partícula", un rocío de impactos tipo bala.

La explicación de esto no tiene nada que ver con la existencia de un observador oculto. Todo lo que se requiere es que haya algún rastro físico de la rendija por la que pasó el electrón. Por ejemplo, podría haber un objeto microscópico magnetizado cerca de cada rendija, que invierta su polaridad cuando pase un electrón.

La razón por la que esto elimina la interferencia es que, en última instancia, las probabilidades cuánticas son probabilidades conjuntas. Una probabilidad cuántica está asociada a una configuración física total, y la interferencia de las probabilidades cuánticas se produce cuando dos o más historias convergen en la misma total configuración. En el escenario que acabo de describir, la dirección a la que apuntan los pequeños imanes es un grado de libertad adicional, y no sólo tienes un "frente de onda de la rendija 1" y un "frente de onda de la rendija 2" que se solaparán e interferirán en su camino hacia la pantalla de impacto. En realidad tienes un conjunto de probabilidades para "el electrón pasó por la rendija 1, y el imán de la rendija 1 se volteó", y otro conjunto de probabilidades para "el electrón pasó por la rendija 2, y el imán de la rendija 2 se volteó". Por eso, cuando parece que los frentes de onda de las rendijas deberían combinarse e interferir, no lo hacen: porque en realidad son ondas de probabilidad para configuraciones diferentes, cuando se mira la imagen completa, incluyendo el estado de los imanes, y por eso nunca llegan al mismo "punto" en el "espacio de configuración": un frente de onda está confinado al espacio de configuraciones en el que el imán 1 se volteó, el otro frente de onda está confinado al espacio de configuraciones en el que el imán 2 se volteó.

Por eso algunas personas acaban creyendo en mundos paralelos o en la no localidad: las probabilidades cuánticas parecen llevar la cuenta de los posibles estados totales del mundo físico, y permiten que las ondas de probabilidad de "historias diferentes" converjan e interfieran. Así que razonan que o bien hay mundos paralelos y que interactúan de alguna manera, o bien hay una coordinación no local de las probabilidades dentro de un único mundo.

Answer 4

Leonard Susskind lo explica muy bien en las conferencias 6 y 7 del entrelazamiento cuántico. Estas conferencias pueden verse en línea (ver Stanford continuing education lectures; Leonard Susskind).

Allí explica cómo cualquier registro de la dirección que tomó la partícula destruye el patrón de interferencia sin importar si usted como observador es consciente del registro o no.

Answer 5

Los estudiantes deben ser conscientes de los muchos problemas semánticos que causa el tratar de describir los comportamientos de la QM con palabras que preexisten al estudio de la QM. 1) no existe tal "cosa" como una "onda". La palabra "ola" es una descripción, o un nombre, para un patrón que es periódico - se repite a intervalos regulares. "La ola (en la orilla del mar) me derribó". Esa ráfaga de agua que surge periódicamente en la playa se llama ola por convención, pero no es una ola, y tampoco esa única ráfaga de agua es periódica, pero observar y medir y luego graficar las marejadas del océano sí da como resultado un gráfico con un atributo periódico.

2) los electrones, fotones, etc. no son partículas. La palabra partícula fue definida mucho antes de la QM y significa una pequeña cosa discreta con dimensiones finitas Y que alguna vez fue parte de algo más grande. Los primeros exploradores de la QM nos habrían hecho un favor a todos inventando una nueva palabra.

3) no hay "paquetes" de energía. El paquete ya se definía como un pequeño recinto, totalmente cerrado, aunque sólo fuera por un cordón, y lo que estaba dentro del paquete no estaba fuera de él. Con la energía, el "campo" (¡otra vez la semántica!) se dice que se extiende eternamente, debilitándose según la distancia al centro concentrado. "mancha" sería mejor que "paquete". las cosas pueden ser entregadas en paquetes, y así por esa parte de la definición de paquete el uso de la palabra paquete para describir un poco de energía es algo exacto.

En cuanto a los experimentos de doble hendidura: sea lo que sea un electrón (o un fotón), se puede aislar, jugar con él, ponerlo en uso, convertirlo en beneficio. El hecho de que se pueda obtener un beneficio le da al menos un valor monetario. Cuando se dispara el electrón desde una supuesta "pistola" a una doble rendija, o a un fino hilo que divide un espacio en dos (doble rendija Hitachi), se falla el objetivo tan a menudo como se acierta. Una pistola de mierda. ¿Quieres preguntar por qué tan mala puntería? Y cuando los fallos pasan al blanco, aparentemente no viajan en línea recta. ¿Quieres preguntar por qué no son rectos? No se conoce la trayectoria completa del electrón. Algunas pueden ser bolas curvas, otras sinkers o incluso knuckleballs, y unas pocas parecen ser hardballs. ¿por qué? Después de que cada electrón dé en el blanco, (en estado de embriaguez, parece), eso es todo para ese electrón. El siguiente electrón golpea en otra parte del objetivo, y eso es todo para ese electrón. Es ES Es curioso que después de muchos lanzamientos los puntos de golpeo sí se parecen a lo que llamamos una onda, pero de ninguna manera eso significa que los fotones o los electrones sean ondas, ya que la onda no es una cosa sino un patrón nombrado. Aparentemente los electrones o fotones tienen trayectorias favoritas. Es eso lo que requiere una explicación.

En cuanto a la "observación", que no es más que una palabra general para referirse a la "medición". Una vez que sepamos por qué los electrones o los fotones, etc., tienen trayectorias favoritas, puede ser más fácil explicar el patrón de aglomeración y dispersión que se observa cuando entran en juego los aparatos de medición. Parece que una vez que el aparato de medición (perdón por mi francés) "jode" al electrón, etc., éste entra en barrena, como cuando se derriba una peonza que está en alguna trayectoria.

Por la razón que sea, en las ciencias físicas que precedieron a la época en que se encontraron y nombraron los pequeños, se asumió que todo era "partícula" u "onda", y así se impuso esa expectativa a los pequeños. Eso fue un error garrafal. El error nunca se solucionó, pero palabras como "wavicle" fueron un intento de arreglo.

Y atención: la "función de onda" no se "colapsa". Los puentes colapsan, las funciones a veces dejan de ser útiles. Y el aparato de medición no "destruye" el patrón de interferencia, sino que cambia el patrón de electrones en el blanco. ¡Qué mala elección de palabras!

Y quiero repetir lo que otros han dicho: nada de esto tiene que ver con que la conciencia humana se dé cuenta del informe de medición. Una vez que se enciende el aparato de medición, el patrón ondulatorio desaparece, y el patrón de aglomeración de rocío comienza a manifestarse, haya o no alguien observando. Lo comparo todo con una buena historia de quién lo hizo, y no con una fantasía.