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¿Cuándo se colapsará una función de onda si el observador era solo una cámara y el video se veía más tarde en el tiempo?

Si el único observador para el experimento del gato de Schrödinger fuera una cámara filmando la caja desde el exterior mientras la caja se abría automáticamente sin intervención humana directa, y la única observación realizada fue a través de ver el video grabado diez años después, ¿se colapsará la función de onda en uno de los dos estados al ver el video por primera vez o en el momento de filmarlo? También siguiendo la interpretación de muchos mundos, ¿el universo se "ramificará" en el momento de ver el video por primera vez?

La pregunta no se limita al experimento del gato de Schrödinger, sino a cualquier otro experimento donde se supone que una función de onda colapse, por ejemplo, el experimento de la doble rendija.

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Mark Elliot Puntos 31871

El colapso de la función de onda ocurre cada vez que el sistema cuántico inicialmente descrito por la función de onda se entrelaza con el entorno - la parte del Universo que no fue rastreada por la función de onda. Esto puede ser un ser humano, pero también fácilmente podría ser una cámara de vídeo. Si la función de onda inicial describió el sistema siendo observado y la cámara, entonces el colapso sucede cada vez que el estado de ambos se entrelaza con algo más, cuyo ser una cosa viviente una vez más es irrelevante.

Técnicamente, el colapso simplemente significa que el subsistema inicial ya no puede ser descrito por una función de onda, porque el subsistema tiene correlaciones adicionales con el entorno.

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Vadim Puntos 377

Estoy de acuerdo con las respuestas dadas por Ruslan y Xcheckr. Sin embargo, me gustaría advertir sobre un error común al confundir lo que significa un observador en física y filosofía:

  • en filosofía significa un humano, ya que solo un humano puede procesar conscientemente la información observada
  • en física significa un cierto efecto físico que el observador tiene sobre el objeto medido. Por ejemplo, el texto de Landau & Livshitz especifica que cualquier objeto macroscópico puede ser un observador.

Observaciones

  • Uno puede argumentar sobre lo que significa un objeto macroscópico en este contexto o exigir un término más preciso, sin embargo, la distinción importante aquí es entre el objeto físico y el proceso mental. También suele ser circular cuando se intenta describir con precisión la naturaleza de la medida en términos cuánticos... sin embargo, tal descripción se basa en aceptar QM y su postulado de medición.
  • Este problema se conoce más generalmente como _Si un árbol cae en un bosque y no hay nadie alrededor para escucharlo, ¿hace ruido?_

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karlphillip Puntos 99

¡El colapso no es un fenómeno físico! Puede ser real en un sentido _meta_físico, pero este es un sitio web de física.

El colapso es una herramienta numérica. Así es como la usamos:

Dividimos el "universo" en el sistema (la pequeña cosa que nos interesa) y el entorno (lo que modelamos de manera clásica). El colapso ocurre cada vez que el sistema interactúa con el entorno o dispara una partícula hacia el entorno (ambos se llaman "mediciones"). La naturaleza de dicha interacción determina cómo colapsamos la función de onda.

Tenemos un compromiso entre precisión y velocidad: Si hacemos que el sistema sea demasiado grande, perdemos tiempo, pero aún así obtenemos la respuesta correcta. Si hacemos que el sistema sea demasiado pequeño, corremos el riesgo de obtener la respuesta incorrecta: Nuestra matemática asume que cualquier cosa con la que interactúe el sistema no está previamente entrelazada con él. Las interacciones entre cosas generan entrelazamiento, rompiendo esta suposición. Afortunadamente, la mayoría de los entornos diluirán esto en insignificancia para la elección "obvia" de lo que pertenece al "entorno".

¿Qué pasa con el gato? Hagamos que el "sistema" sea cualquier cosa dentro de la caja. Para cualquier caja real, las interacciones con el entorno a través de las paredes (¿lo escuchas rascando?) son tan extensas que, en nuestro modelo, el gato está vivo o muerto. Es, en términos prácticos, imposible crear o aislar una superposición de masas kilogramo en estados macroscópicos drásticamente diferentes.

Pero ahora hagamos que el "sistema" sea el universo entero. El gato permanece en una superposición de vivo o muerto para siempre, incluso después de que la caja se abra. El propietario acaba en una superposición de felicidad y tristeza por su gato secuestrado. ¡Esto suena contrario a nuestra intuición de hecho! ¡Pero actualmente no tenemos un modelo mejor!

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Xcheckr Puntos 1461

La respuesta definitivamente se encuentra en el momento de la filmación. En el enfoque moderno de la información cuántica a preguntas como éstas, siempre y cuando la información sobre un observable esté "ahí afuera" en algún lugar del universo, ya ha "colapsado". No es necesario que haya un agente externo humano que tenga que observar algo. Los objetos inanimados son suficientes. Gran parte de la información cuántica moderna consiste, entonces, en preguntas sobre cómo cuantificar la información y cómo conduce al "colapso" observado.

4voto

Luke Puntos 1209

Las diversas respuestas aquí realmente no hacen justicia plena a esta pregunta. Hay dos conceptos diferentes de "colapso de la función de onda" en la "teoría cuántica estándar de los libros de texto":

  1. Uno de estos es que cuando un sistema cuyo estado cuántico es inicialmente puro, se entrelaza con un ambiente más grande, su estado ahora debe ser descrito como mixto, si se quiere excluir el ambiente. Eso significa que en lugar de un solo vector cuántico de función de onda, debemos usar un operador de densidad, matemáticamente. En términos de conceptualización, los estados puros son puntos extremos; los estados mixtos están en el medio.

  2. El segundo de ellos es el "postulado de colapso" de von Neumann-Lueders, que introduce un nuevo término primitivo indefinido, "medición", u "observación", en la teoría cuántica, en el cual se produce una sustitución aleatoria de una función de onda por otra, representando un único resultado observacional.

Ambos existen juntos en la "teoría cuántica estándar de los libros de texto". La pregunta es cuál, si acaso, es la relación entre estas dos cosas, y cuál es la importancia del término indefinido "medición" u "observación". Tus preocupaciones se relacionan específicamente con la segunda, de hecho. Si se puede prescindir de ella está sujeto a mucho debate. Mi punto de vista, aunque no único, es que no se puede. En el límite clásico de la teoría cuántica, el colapso de von Neumann-Lueders se parece mucho a la "ganancia de información" en la probabilidad de Bayes, y además se vuelve indispensable para dar sentido a lo que estamos viendo como "realmente ser mecánica clásica", y por lo tanto pienso que tiene sentido que esta interpretación se mantenga en el régimen no clásico también, porque la estructura de los formalismos matemáticos son idénticos; la única diferencia es si $\hat{x}$ y $\hat{p}$ conmutan o no o, lo que es equivalente, si $\hbar$ es o no es cero.

Entonces para responder a tu pregunta sobre la cámara. La pregunta es si y dónde se debe instituir un colapso de von Neumann-Lueders aquí. Si tomamos el punto de vista de que se puede prescindir de ello, entonces por supuesto la respuesta es "no", no deberíamos tener una cosa así, pero si tomamos la visión de "adquisición de conocimiento", entonces debemos elaborar aún más que la función de onda representa el conocimiento o información que tiene un agente particular, por lo que debemos especificar qué agente es. No hay nada que diga que los agentes deben ser conscientes: los agentes cuánticos solo necesitan ser capaces de poseer y adquirir información, y por lo tanto podemos considerar perfectamente que la cámara es también un agente. Si lo hacemos, la función de onda, que representa el "conocimiento" de la cámara o la información disponible, "colapsa" cada vez que la cámara toma un cuadro y lo graba. Pero si consideramos al agente como un humano mirando la cámara, entonces la función de onda - o mejor dicho, el operador de densidad, ya que no podemos decir necesariamente que el conocimiento del humano es extremal - debería colapsar cuando el humano obtiene información de esa cámara, es decir, mira el video.

Dicho esto, si estamos hablando del primer sentido de "colapso", este "colapso" en realidad no es un evento discreto: es algo que puede ocurrir gradualmente porque la evolución de la configuración de no entrelazado a entrelazado es totalmente continua.

Donde las cosas se ponen interesantes es si intentamos modelar un par sistema/agente como un único sistema cuántico. Entonces descubrimos que a medida que el agente atraviesa su proceso de adquisición de conocimiento, que deberíamos modelar mediante la física de cómo opera el agente, ocurre un "colapso" del tipo 1 a lo largo de eso, y también sabemos desde su punto de vista subjetivo que debería ver un colapso de vN-L con un único resultado. Esto sugiere que hay alguna relación entre las dos cosas. Sin embargo, el estado completo seguirá siendo una superposición pura que involucra múltiples resultados. Este es el famoso problema del "amigo de Wigner".

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