¿Implica el experimento de la doble rendija 'acción espeluznante a distancia' en sí mismo?

Question

Pregunta tonta, pero al enviar un solo electrón a la vez a través de una doble rendija y observar el patrón de interferencia con el tiempo ... ¿cómo hace el electrón que apareció ('medido') en un punto dado en la pantalla para decirle a otros puntos en la pantalla que es mejor que no detecten el mismo electrón? ¿No es eso la definición de la acción espeluznante a distancia? Quiero decir, si el electrón es una onda y no hay variables ocultas, significa que realmente no está predestinado dónde va a aparecer el electrón en la pantalla hasta que realmente sea detectado. Como cuando el electrón acaba de salir del cañón de electrones, aún puede aparecer en cualquier lugar de la pantalla, ¿verdad? Pero, supongamos que aparece en el punto A. ¿Cómo sabe el punto B (y el punto B podría estar a 1 año luz de distancia del punto A) que ahora está 'prohibido' detectar el electrón ya que ya fue detectado en el punto A? Me suena muy similar al problema de entrelazamiento con espines opuestos donde necesitamos 'comunicar' instantáneamente.

Pero tal vez sea obvio por qué esto no es un problema...

Answer 1

Esta es realmente una pregunta de "interpretación de la mecánica cuántica" en la línea de "¿qué significa que la función de onda 'colapse'?" diría. No creo que nadie pueda pretender saber la respuesta a eso (aunque algunas personas lo hacen). Realmente se reduce a si "se les necesita decir a los otros puntos que no registren una lectura" como lo estás expresando. Si la función de onda es solo una onda que medirá el electrón en algún lugar, entonces no estoy seguro de que los otros sensores necesiten ser "indicados" para no tener una lectura. Pero de nuevo, no creo que haya una interpretación satisfactoria para la mecánica cuántica.

Hay una perspectiva, sin embargo, donde todo en la Mecánica Cuántica es "acción espeluznante a distancia" supongo. Simplemente creo que es tan amplio que pierde su utilidad. Lo increíble sobre el entrelazamiento es que hay dos partículas y lo que uno esperaría son dos funciones de onda separadas, y las lecturas serán opuestas como hacia arriba o hacia abajo.

Answer 2

Excelente y perspicaz pregunta. La verdad es que si todo lo que se necesita para que ocurra una medición es que el "valor de la función de onda" esté en ese lugar, entonces sí veríamos múltiples hallazgos de la misma partícula en diferentes lugares, lo cual no sucede. Para evitar esto, se requeriría algún tipo de propagación más rápida que la luz, lo que en otros marcos de referencia sería una causalidad hacia atrás en el tiempo. Esto generalmente no está bien en una mecánica cuántica relativista (por ejemplo, la función de onda de una partícula de Dirac no se propagará más rápido que $c$ según la Ecuación de Dirac).

Además de decir que tienes razón, no puedo decir mucho para responder tu pregunta. Creo que esto es simplemente un problema con el formalismo estándar/de libro de texto. Una opinión impopular que tengo es que la Mecánica Bohmiana es un marco mejor para los regímenes que cubre*, y no tiene este problema, al igual que otros problemas relacionados con la medición sobre los que he pensado a lo largo de los años.

*La Mecánica Bohmiana, hasta donde sé actualmente, no tiene una generalización satisfactoria que permita cambios en el número de partículas.

Answer 3

Creo que el concepto de que el electrón sea una onda no tiene mucho sentido. Una onda no es una entidad fundamental, es un tipo de movimiento/cambio en el que una cierta sustancia/entidad puede estar involucrada.

Una onda de sonido en un fluido es solo un tipo de movimiento que las moléculas del fluido pueden tener. Puedes tener un fluido en diferentes estados de movimiento, como estacionario, en un flujo laminar, flujo turbulento, o un remolino o alguna combinación de estos. Pero el fluido sigue siendo un fluido, no se convierte en una onda o un remolino.

De la misma manera, una onda electromagnética no es una entidad fundamental, es solo una configuración particular de campos eléctricos y magnéticos. Puedes tener una infinidad de configuraciones de campo que no son ondas, como campos estáticos, por ejemplo.

Volviendo a nuestro electrón, podemos decir que el movimiento del electrón en un experimento de doble rendija puede ser descrito por una ecuación de onda. Eso no significa que el electrón sea una onda.

Tienes razón en que todas las interpretaciones no deterministas de la Mecánica Cuántica implican no localidad, "acción espeluznante a distancia". La única forma de preservar la localidad es elegir entre:

1. Interpretación de los muchos mundos (determinista, sin variables ocultas).
2. Superdeterminismo (determinista + variables ocultas).

Entonces, la respuesta a tu pregunta es que este experimento no requiere necesariamente la no localidad, pero una explicación local requiere determinismo.

Answer 4

No estoy seguro de que esto ayude en absoluto, pero podría haber cierta utilidad en pensar en otro experimento probabilístico (más concreto) que tenga algunas analogías con el DSE: lanzar una moneda justa.

Supongamos que tomas una moneda justa, la lanzas 50 veces y registras el número de caras. Luego repites ese experimento un número arbitrariamente grande de veces. Al igual que en el DSE, antes de realizar el experimento (enviar el electrón) el resultado no está predefinido. También tienes similitudes en que los lanzamientos de moneda no tienen memoria (los lanzamientos no pueden 'comunicarse' entre sí, los lanzamientos son independientes). Del mismo modo, donde termina un electrón no afecta dónde estará el siguiente.

Luego, cuando recopiles los resultados, verás algo muy similar al patrón de interferencia del DSE. En los bordes tendrás resultados extremadamente raros (barras muy tenues, electrones que terminan lejos del centro del DSE). Si realizaras el experimento un cuatrillón de veces, probablemente solo verías un par de resultados con 0 o 50 caras. Cerca del medio tendrás tus resultados más comúnmente observados (con 25 caras correspondiendo a la barra más brillante y central en el DSE). Y si quieres ampliar la analogía, incluso tienes áreas oscuras, ya que ningún experimento tendrá 3,5 caras o 40,433.

Entonces, incluso en esta analogía aproximada, aún puedes ver que la comunicación no es necesaria para obtener un resultado que se asemeje a un patrón de interferencia del DSE. Los lanzamientos de moneda no pueden comunicar sus resultados al siguiente lanzamiento, por lo que incluso si obtienes 10 caras seguidas, el siguiente lanzamiento sigue siendo 50/50. Y a pesar de la falta de comunicación, cuando sigues lanzando verás que los resultados tienden hacia las probabilidades esperadas, al menos a largo plazo. Este tipo de pensamiento probabilístico también lleva a la segunda ley termodinámica: las cosas se descomponen en piezas, no se ensamblan espontáneamente a partir de piezas rotas en un objeto complejo (también conocido como la entropía aumenta con el tiempo).