Colapso de la función de onda en la relatividad

Es bien aceptado que la teoría cuántica se ha adaptado bien a los requisitos de la relatividad especial. Las teorías cuánticas de campos son ejemplos perfectos de esta coexistencia pacífica. Sin embargo, a veces tiendo a sentirme un poco incómodo con algunos aspectos. Considere un par de partículas EPR a años luz de distancia. Supongamos que hay 2 observadores que se mueven uno respecto al otro con velocidad relativa constante. Consideremos que hay un mecanismo de detección de giro en ambos extremos para cada partícula. Ahora supongamos que uno de los observadores está en reposo con el detector de la primera partícula. Tan pronto como se realice la detección, la función de onda del sistema entrelazado de 2 partículas colapsará instantáneamente y la segunda partícula debe realizar un valor de espín opuesto definido. Ahora, debido a la relatividad de la simultaneidad, el segundo observador puede afirmar que el colapso de la función de onda para el sistema de dos partículas no es simultáneo. Incluso puede afirmar que la segunda partícula se mide primero. En ese caso, se privilegiará un marco de referencia especial, el marco en el que la función de onda colapsará instantáneamente. Esto causará una tensión significativa en el principio central de la relatividad especial.

Estoy seguro de que el razonamiento anterior es erróneo. mi pregunta es donde?

Dos comentarios, sin tiempo para una respuesta. (1) Te has perdido el aparato de preparación de estados en tu descripción del experimento. Hay 3 marcos de referencia. (2) en última instancia, SR no funciona bien con QM para partículas, tenemos que usar QFT; es una teoría de campos , por lo que no se puede hablar de partículas sin establecer de qué estructuras discretas localizadas en la teoría de campos se está hablando. En general, es difícil atar una estructura discreta localizada robusta.
También me pregunto qué le sucede a un sistema como este cuando enciendes la radiación gravitacional.
El colapso de la función de onda no es algo genérico en la mecánica cuántica. Es sólo una característica de la interpretación de Copenhague.

Respuestas (5)

Aquí no hay un marco de referencia privilegiado. Solo dos observadores con medidas consistentes y un desacuerdo en el orden de los eventos (como es típico en la relatividad).

Recuerda que el colapso de la función de onda no es algo que puedas observar. Puede observar el giro de una de las partículas que se mide, y luego puede observar el giro de la otra partícula que se mide, y se garantiza que estas mediciones sean consistentes debido al enredo. Cada observador concluirá que la primera medición (según lo determinado en su marco de referencia) colapsó la función de onda.

Si sus observadores no están de acuerdo sobre qué medida ocurrió primero, entonces tal vez discuta qué medida colapsó la función de onda, o cuándo ocurrió este colapso. Pero ciertamente no habrá un observador que piense que el colapso de la función de onda no fue instantáneo (a menos que ese observador no entienda la mecánica cuántica).

El razonamiento es erróneo por múltiples razones. Uno de ellos es que no hay colapso de la función de onda física, por lo que en particular no puede haber ningún problema con la relatividad. Más precisamente, el entrelazamiento se trata solo de correlaciones entre partículas. Es decir, si lleva a cabo experimentos y más tarde (después de que los dos observadores que midieron las partículas individuales se encuentren) notarán que hubo una correlación.

Y esto tiene que ver con otro defecto: la localidad. Simplemente no se le permite decir nada sobre cosas que no mide. Y eso es solo lo que hay en tu cono de luz pasado. Simplemente no puedes decir nada sobre la otra partícula que es como un espacio separado de ti (por lo que sabes, es posible que ya no exista, ya que fue absorbida por un BH).

Incluso puede afirmar que la segunda partícula se mide primero.

Claro, esto se debe a que no existe una noción de causalidad entre eventos separados como en el espacio. Esto por sí solo debería ser suficiente para convencerlo de que el colapso de la función de onda no es físico. Es solo una herramienta conveniente de la interpretación de Copenhague (que simplemente ignora el problema de la medición) que tiene sus limitaciones.

Soy muy consciente de esta respuesta estándar y la acepto como la respuesta correcta. Sin embargo, existe una sensación persistente de que de alguna manera socava el espíritu de RS. Uno puede pensar en la función de onda como "nuestro conocimiento del sistema". Pero la forma en que las diferentes posibilidades interfieren entre sí parece algo más físico que eso. Creo que el tema es un poco más delicado. Eso es todo. No quiero atraer demasiados argumentos.
@sb1: Estoy de acuerdo en que hay más para discutir, pero creo que esto responde a su pregunta. De todos modos, tal vez alguien más te proporcione algo más de tu agrado. Por cierto, ¿qué quieres decir con "las diferentes posibilidades interfieren entre sí"? La función de onda en sí misma es, por supuesto, física (bueno, dependiendo de la interpretación, debe serlo, pero no profundicemos demasiado en la metafísica). Lo que no es físico es su colapso. El colapso es solo un análogo de, por ejemplo, fuerzas de acción a distancia en la física clásica. Hacen las cosas más simples en ciertos casos. Pero simplemente no son físicos.
"las diferentes posibilidades interfieren entre sí" esta afirmación se refiere al hecho de que en la teoría cuántica la función de onda de un sistema puede ser la superposición lineal de diferentes estados posibles.
Buena respuesta, @Marek, +1. Estimado @ sb1, su sensación de inquietud proviene claramente del hecho de que está imaginando que la función de onda es una onda clásica. Que no es. Es solo un conjunto de números complejos que pueden usarse para predecir las probabilidades de cualquier resultado, cualquier combinación de resultados de los subsistemas entrelazados. El "colapso" es solo una simplificación de nuestra contabilidad, en lugar de las probabilidades completas PAG ( A = A i , B = B j ) , podemos usar las probabilidades condicionales con A = A metro una vez que se sabe que tne metro el resultado de A fue medido. El colapso solo ocurre en nuestras cabezas.

Dado que el estado del "colapso" de la función de onda aún está sujeto a debates abiertos, supongamos un momento que es físico e instantáneo, lo que por supuesto solo puede ser cierto en algunos marcos particulares según SR.

Dentro de la gravedad semiclásica, por ejemplo, tal colapso instantáneo conduce genéricamente a la posibilidad de una señalización más rápida que la luz, por lo que los teóricos que trabajan con la gravedad semiclásica son conscientes de que una "teoría de la gravedad fundamentalmente semiclásica consistente solo puede lograrse, por lo tanto, junto con una prescripción adecuada". del colapso de la función de onda para evitar tal señalización superlumínica". https://arxiv.org/pdf/1407.4370.pdf (En cuanto a la gravedad semiclásica, está motivada por el análisis y la conclusión de https://arxiv.org/abs/0802.1978 que "A pesar de los muchos argumentos físicos que hablan a favor de una teoría cuántica de la gravedad, parece que la justificación de tal teoría debe basarse en pruebas empíricas y no se deriva únicamente de argumentos lógicos.

Entonces, no solo la pregunta original se vuelve interesante y relevante, sino que, además, me pregunto por qué, después de todo, deberíamos descartar la posibilidad de la señalización instantánea. ¿La señalización más rápida que la luz conduce inevitablemente a problemas de causalidad? : puede que no lo sea si hay un solo marco privilegiado unic donde todos los colapsos son instantáneos (digamos que el resto del CMB es el marco de instantaneidad). Entonces yo (A) puedo enviar un mensaje a mi colega (B) muy lejos de mí instantáneamente y él puede devolvérmelo también instantáneamente aún en este mismo marco privilegiado usando colapsos QM (cualesquiera que sean los movimientos y velocidades relativas de A y B y en relación con el marco privilegiado global): la duración del viaje de ida y vuelta es cero en este marco, por lo que es cero en cualquier otro marco (porque las coordenadas espaciales de los dos eventos finales son las mismas): así que parece que no hay ningún problema: no hay señalización hacia atrás en el tiempo con esas transmisiones instantáneas... Difícilmente puedo creer que un marco privilegiado sea todo lo que necesitamos para deshacernos de los problemas de causalidad así que... ¿qué me perdí? (si hay algún tiempo entre la recepción de B y la reemisión, eventualmente A todavía recibe en su futuro: no hay CTC)

Lo que te perdiste es: no hay problemas de causalidad cuando combinas la relatividad especial y la mecánica cuántica, por lo que no hay problemas de causalidad cuando los combinas y luego eliges un marco de referencia global privilegiado.
Sabía que no hay problemas de causalidad cuando combinas la relatividad especial y la mecánica cuántica ortodoxa que considera que el colapso cuántico es "no físico" (interpretación de Copenhague). Los teóricos que trabajan en la gravedad semiclásica tratada como una teoría fundamental (no una aproximación de la gravedad cuántica) no cuestionan la SR ni la QM consideradas válidas para todas las interacciones excepto para la gravedad.

Permítame reformular su pregunta con el ejemplo simple, pero muy ilustrativo

Llamemos al evento de detección del primer giro como A y el evento de detección del segundo giro como B . Suponer que A y B son eventos temporales. Luego puede elegir un marco de referencia de este tipo, donde t A > t B . Pero también existe un marco de referencia, donde t B > t A .

La conclusión es inevitable:

  1. En el primer marco de referencia, el colapso ocurrió antes de la detección del primer giro.
  2. En el segundo marco de referencia, el colapso ocurrió antes de la detección del segundo giro.

En otras palabras: el momento de colapso de la función de onda depende del marco de referencia.

¿Hay alguna contradicción? -- No. No se puede idear un experimento que "detecte" este colapso. No puede utilizar este colapso para transmitir una señal. etc. Si siente que "hay una contradicción", intente llegar al nivel de un experimento concreto que demuestre esta contradicción. Verá que cualquier intento de formular tal experimento fracasará.

Solo agregue algunos puntos a las otras respuestas. Hay dos temas inmediatos que se combinan en la pregunta. Para mí, la ontología de QM no ha sido resuelta, por lo que solo puedo discutir algunos puntos desde mi perspectiva actual.

En primer lugar, QFT trata con campos relativistas y, por lo tanto, es poco probable que se asocie con paradojas o rarezas de la relatividad especial. Por el contrario, el experimento EPR fue sobre QM, que se expresa de una manera newtoniana con frases como "colapso instantáneo" que están en desacuerdo con la Relatividad Especial: ya sea que "colapso" sea físico o no, la palabra "instantáneo" no debería usarse. Por supuesto, a veces se debe a que QM es una teoría newtoniana: ¡necesita QFT para los aspectos relativistas!

Como han sugerido otras respuestas, esto podría resolverse si el "colapso" no es físico. Relacionado con esto está la cuestión de si Ψ ( X ) se define sobre el espacio físico (de una manera similar a un campo como se presenta en QM elemental) o si debe tomarse solo como miembro de un espacio abstracto de Hilbert (y, por lo tanto, no sujeto a procesos similares al espacio). Alternativamente, una conclusión podría ser que el "colapso" es físico, pero de alguna manera local. GRW (y sus variantes) es una teoría del colapso físico. Para tal teoría, su ejemplo se convierte en un experimento gedanken válido para ese modelo de colapso.

El segundo punto es que es necesario separar el tema del "colapso" (dónde/cuándo/si y cómo) de los problemas de correlación en este experimento EPR. La historia de EPR y el teorema de Bell todavía está en curso. Consulte la refutación del teorema de Bell si desea continuar con ese aspecto.

Con respecto a la "refutación" del teorema de Bell, consulte esta publicación de Scott Aaronson y esta publicación de Luboš Motl
Colapso de la función de onda en la relatividad
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