Buscar este tipo de comprensión intuitiva de la mecánica cuántica es una de las cosas que hace que la MQ sea difícil de aprender. Estás pensando en cómo se comportan las partículas y ondas clásicas, y estás comparando eso con el comportamiento cuántico. Buscas similitudes y tienen sentido porque la física clásica tiene sentido. Pero luego las diferencias no tienen sentido.
Puede ser mejor pensar en cómo se comportan las entidades cuánticas y acostumbrarse al hecho de que no son como entidades clásicas. Es decir, en lugar de pensar en cómo un electrón o fotón es algo así como una partícula y algo así como una onda, piense en la nueva y diferente cosa que es un electrón o fotón. ¿Cuáles son sus propiedades?
Todavía hay dificultades conceptuales profundas. Tienes que aceptar que el universo no solo se comporta de maneras diferentes a lo que esperas, sino que contradice lo que esperas.
Supongamos que solo has oído hablar de partículas. Entiendes que tienen masa, posición y velocidad. Tienen una trayectoria. Ahora alguien te presenta ondas. Son diferentes de las partículas. No tienen una posición puntual. Se extienden sobre una región, tal vez con límites difusos e indefinidos. Se mueven, y aún así no tienen una trayectoria. Y sin embargo, son algo así como partículas. Llevan energía y momento. Y sin embargo, son diferentes. Pasan directamente a través de las demás sin rebotar. Sería muy confuso pensar en una onda como algún tipo de partícula. Tiene más sentido cuando te acostumbras a lo que es una onda.
Aquí hay una publicación que explica que un fotón no es ni una partícula ni una onda. ¿Cómo puede ser diferente un fotón de luz roja de un fotón de luz azul? Muestra cómo tu intuición puede ser algo útil y al mismo tiempo obstaculizar. Resulta que los electrones también se comportan así, aunque clásicamente estamos más inclinados a pensar en la luz como ondas y en los electrones como partículas.
Aquí hay un enlace que comienza a abordar tu pregunta. ¿Sucede inmediatamente en todas partes el colapso de la función de onda? Se adentra más en cómo un electrón no es ni una partícula ni una onda. Un electrón extendido puede pasar por dos rendijas e interferir consigo mismo en el otro lado. Pero luego puede golpear un solo átomo. Es muy razonable preguntarse cómo se transmite la información. Y sin embargo, esta no es la pregunta correcta. No hay respuesta.
Historicamente, la mecánica cuántica abordó esto con dos conjuntos de reglas. Un conjunto de reglas utiliza la ecuación de Schrödinger para decirte cómo cambia la función de onda del electrón con el tiempo. Esto te dice cómo se mueve el electrón como una onda. Estas reglas se aplican siempre que el electrón no esté perturbado.
Luego el electrón se perturba o es "medido". Digamos que golpea un átomo. La función de onda "colapsa" a un nuevo estado. No vemos lo que sucede durante el colapso. Solo vemos que obtenemos un nuevo estado y podemos describir cómo cambia con la ecuación de Schrödinger. No podemos predecir cuál será el nuevo estado a partir del viejo estado. Puede haber varios posibles nuevos estados. Podemos predecir las probabilidades de llegar a cada uno. La mecánica cuántica no tiene un mecanismo que muestre cómo se transmite la información y no hay respuestas definitivas de antemano sobre adónde va. Esto se llama la interpretación de Copenhague de la mecánica cuántica.
Esta es una teoría un tanto caótica. Se aceptó porque se ajustaba muy bien a los experimentos. Pero tiene problemas. No está muy claro exactamente qué es una "medida". Requiere dos conjuntos de reglas para describir lo que sucede, cuando uno sería más razonable. No es determinista.
La mecánica cuántica tiene cerca de un siglo. A veces toma un siglo o dos resolver los problemas de una teoría, y esto es cierto para la mecánica cuántica. Hace aproximadamente 50 años, se propuso la interpretación de Everett o "Muchos Mundos". Ahora está comenzando a ser aceptada. Aquí hay un par de enlaces que la explican. Probablemente existen mundos paralelos. Aquí tienes por qué. Y ¿Qué es la interpretación de Muchos Mundos? El veredicto aún está pendiente, pero ahora está recibiendo una seria atención.
La interpretación de Muchos Mundos hace exactamente las mismas predicciones experimentalmente comprobables que la interpretación de Copenhague. Pero elimina los dos conjuntos de reglas y las preguntas sobre qué es una medida. Dice que el universo es determinista. Mientras que la interpretación de Copenhague dice que varios resultados podrían suceder, la de Muchos Mundos dice que todos los posibles resultados suceden cada vez. Cuando lo hacen, el universo se divide en diferentes mundos que no pueden comunicarse entre sí. La función de onda no colapsa. La aleatoriedad se produce porque nos dividimos en muchas versiones diferentes de nosotros mismos, y cada versión solo es consciente de un mundo.
Esto aún no proporciona una respuesta satisfactoria e intuitiva a tu pregunta. La función de onda es toda la información sobre un sistema que existe. La información se transmite como lo describe la ecuación de Schrödinger. Aunque puede haber dos electrones, solo hay una función de onda que describe todo en todos los muchos mundos. Dos electrones nunca evolucionan para que tengan el mismo estado porque la ecuación de Schrödinger no lo permite. Este enlace explica por qué no. ¿Qué causa el Principio de Exclusión de Pauli?
