¿Están ocurriendo fenómenos cuánticos aleatorios sin una causa?

En la vida cotidiana, la mayoría de nosotros supone que cada evento y objeto tiene una causa en algún sentido. Me pregunto si lo mismo es cierto para la física cuántica.

¿Significa la naturaleza aleatoria de los fenómenos cuánticos que no tienen causa o dice la teoría que se desconocen las causas de la aleatoriedad cuántica?

La palabra "azar" se usa aquí en su sentido ontológico .

Es importante darse cuenta de que, aunque a veces se supone, no es cierto, incluso en la física cotidiana. La insistencia de Aristóteles en que " todo lo que está en movimiento debe ser movido por algo " hizo descarrilar el progreso de la mecánica en la física durante 2000 años.
@DanielPark quisiera comentar: "En el nivel submicroscópico, el tiempo no tiene una dirección preferida y la flecha del tiempo solo comienza a tomar la dirección hacia adelante cuando las partículas interactúan y se "reconocen" entre sí haciendo cosas como compartir electrones, etc. Sus funciones de onda colapsan en un estado coherente donde la superposición no solo es posible sino la norma. Lentamente, a medida que más partículas toman sus valores esperados, la gravedad se cuela en la imagen permitiendo que los seres macroscópicos como nosotros evolucionen y se planteen la cuestión de la causalidad".
@IstvánZachar: creo que su comentario sería una respuesta perfecta, o al menos una mejor respuesta que las otras dos hasta ahora.
duplicado de physics.stackexchange.com/q/45597 , pero no estoy seguro de que sea el más temprano de los duplicados

Respuestas (3)

Por solicitud, hecha a una respuesta de un comentario:

Fue John Stuart Bell en 1964 quien demostró mediante aritmética simple que no hay variables locales ocultas detrás de la naturaleza estadística de los procesos cuánticos, y detrás de la espeluznante falta de localidad que muestran las partículas entrelazadas . En consecuencia, la paradoja presentada en el artículo de 1935 de Einstein-Podolsky-Rosen en el que afirmaban que la física cuántica no puede ser completa ("dado que se basa en leyes estadísticas, no puede dar la descripción definitiva y completa de la naturaleza") es inherentemente incorrecta.

Entendemos la causalidad como una relación que vincula eventos posteriores (efecto) a eventos anteriores (causa) (nótese que esto no significa necesariamente una secuencia cronológica similar, ver aquí ). En este sentido, los fenómenos observables dependen de variables más profundas, posiblemente ocultas, que sin embargo suelen ser descubiertas, al menos a nivel macroscópico. Sin embargo, como ha demostrado Bell, no hay variables ocultas responsables de los procesos cuánticos de nivel más bajo, por ejemplo, la descomposición aleatoria de elementos radiactivos. Por lo tanto, diría que no existe una causa última de nivel inferior para estos procesos.

buena respuesta. ¿Podría decir qué experimentos demostraron exactamente el teorema de Bell?
@igael Como no soy físico y no tengo tiempo para investigar esto en detalle, solo dejo un puntero a los experimentos de prueba de Bell en Wikipedia.
no era una pregunta inocente...
@igael ¿No era así? Bueno, no soy muy bueno captando pistas sutiles :)
como sé, los experimentos de prueba de campana solo prueban que las partículas no tienen variables ocultas. mientras que algunas propiedades aparecen aleatoriamente según la función de onda. pero ¿no son pseudoaleatorios? Los experimentos de campana, según tengo entendido, no prueban la aleatoriedad completa. @Observer tal vez debería deseleccionar esto como respuesta correcta
Los experimentos de prueba de campana solo prueban que las partículas no tienen cierto tipo de variables ocultas.
Los experimentos de prueba de campana son sobre la conexión entre partículas entrelazadas, no sobre la aleatoriedad.
@qdinar Como ya dije, no soy físico sino biólogo, y solo he leído algunos libros sobre el tema (como Greene, Hawking, Barrow y compañía), por lo que solo tengo la comprensión del laico educado. Por favor, siéntase libre de agregar su propia respuesta, ¡me encantaría leerla mejor explicada!

Me parece que hay un malentendido aquí:

¿Significa la naturaleza aleatoria de los fenómenos cuánticos que no tienen causa o dice la teoría que se desconocen las causas de la aleatoriedad cuántica?

Los fenómenos cuánticos no son aleatorios. Se ha descubierto que obedecen a ecuaciones dinámicas estrictas que son diferentes a las ecuaciones de la mecánica clásica, etc., pero aún así los fenómenos están restringidos por los límites dados por las soluciones de estas ecuaciones.

No existiríamos si no fuera por los hermosos niveles de energía atómica. Nada al azar sobre ellos.

Tal vez esté confundido por la naturaleza probabilística de la mecánica cuántica, las probabilidades no significan aleatoriedad. Hay sistemas dinámicos detrás de las funciones que dan las distribuciones de probabilidad en el espacio o la energía, etc. y una dirección causal.

Editar después de las discusiones en los comentarios:

Aleatoriedad en mediciones individuales a niveles proporcionales a están limitadas por el principio de incertidumbre de Heisenberg , por lo que las ecuaciones dinámicas no entran explícitamente. La aleatoriedad en los niveles de energía de las partículas individuales está limitada por el ancho del nivel de energía dado por las ecuaciones dinámicas. Sin embargo, en general, las soluciones de las ecuaciones dinámicas cuánticas son deterministas para el conjunto de mediciones de muchas partículas/configuraciones individuales. La distribución del conjunto es predecible a partir de la dinámica y causal. Por ejemplo: si uno mide una vida a partir de una gráfica de conjunto del orden de 10 8 segundos uno sabe que no puede ser una interacción electromagnética, es la interacción débil la responsable del decaimiento.

No estoy seguro de estar de acuerdo con "las probabilidades no significan aleatoriedad", ¿no estaría de acuerdo en que, por ejemplo, el resultado de lanzar una moneda es una variable aleatoria? Creo que OP está haciendo una pregunta más profunda relacionada con variables ocultas, etc.
@innisfree Aleatoriedad significa aleatoriedad. Probabilidades iguales para cualquier cosa que uno esté tratando de medir. Las probabilidades mecánicas cuánticas son funciones de las variables de espacio, tiempo, energía y cantidad de movimiento y otorgan pesos específicos para mediciones específicas. Esto es confundir la palabra "azar" con la palabra "probabilidad". Además, hay caminos causales en estas probabilidades.
No estoy seguro de entender esto: si los fenómenos cuánticos no son aleatorios, ¿qué es? ¿Puede darnos un ejemplo de un proceso natural o un fenómeno natural que sea aleatorio?
La aleatoriedad no significa probabilidades iguales en absoluto. por ejemplo, la suma de dos lanzamientos de dados es una variable aleatoria, el resultado es aleatorio, pero las probabilidades no son iguales. La mecánica cuántica incluye aleatoriedad, la pregunta del OP está bien.
@innisfree OK, puedo ver cómo el resultado de un experimento específico, ya que sigue una distribución de probabilidad, puede considerarse "aleatorio" en alguna definición de aleatoriedad (aunque estoy acostumbrado a las variables aleatorias) dentro de ese sobre de probabilidad. Aunque la envolvente de probabilidad no es aleatoria, proviene de ecuaciones y límites deterministas y predice los resultados de los experimentos en conjunto. Y ciertamente no hay nada aleatorio en los niveles de energía del átomo de hidrógeno.
Realmente no creo que el OP haya querido decir con aleatoriedad que todo lo concebible es posible e igualmente probable. Seguro que esta es una pregunta sobre teorías de variables ocultas.
@annav - Perdón por repetir la misma pregunta nuevamente, pero si no hay nada aleatorio en los niveles de energía del átomo de hidrógeno, ¿dónde se esconde la aleatoriedad? ¿Existen procesos naturales aleatorios conocidos por la física o no?
@Observer, ¿puede darme un enlace para la definición que tiene de aleatoriedad?
@annav: creo que este lo cubre bastante plato.stanford.edu/entries/chance-randomness
Gracias, pero esto es demasiado filosófico para mí, un físico experimental. Para mí, en física, lo contrario de aleatorio es "dinámicamente predecible". La clase que se puede predecir no es la clase de medidas individuales, sino la de distribuciones estadísticas de un gran número de medidas. A diferencia de la mecánica/electrodinámica/etc. clásicas que predicen dinámicamente mediciones individuales. Entonces, su "aleatoriedad" en la mecánica cuántica está en las medidas individuales, y mi predicción dinámica está en los conjuntos de medidas, que por último también es la mecánica cuántica. No todo QM es aleatorio.
@annav: diría que incluso la física experimental se basa implícitamente en varias ramas de la filosofía como marcos interpretativos, pero es justo, creo que obtuve una respuesta, más o menos.
@innisfree: Estoy de acuerdo con anna v. Random = Equiprobable. Voy a votar esta ans. en 11 horas (se me acabaron los votos).

Actualmente, ni siquiera sabemos por qué existen las leyes de la física cuántica o de qué dependen, solo observamos sus propiedades, sus resultados. La descomposición "aleatoria" de un átomo no es sin causa, sus maquinaciones son simplemente impredecibles, demasiado complejas para predecir con precisión y, por lo tanto, las llamamos "aleatorias", pero luego demostramos que no son aleatorias a través de evidencia estadística de miles de millones de tales eventos.