¿Cómo es una partícula cuántica antes de ser medida?

La forma en que hizo las preguntas parece implicar que se suscribe a una metafísica sustancial . Pero me parece que la forma en que ha progresado la física moderna nos presenta una metafísica manifiestamente basada en procesos . Por lo tanto, como regla general, si está haciendo preguntas realmente fundamentales como "qué es una partícula", los físicos no podrán decir qué es tan bien como podrán decirle qué hace.dada una situación determinada. Entonces, si desea una respuesta real a su pregunta, debe dar una pregunta definida operativamente. (Por ejemplo, ¿qué sucede con los electrones cuando se disparan directamente contra un metal bajo la influencia de un fuerte campo E? ¿Qué pasa si se disparan contra un cristal? Sugerencia: sucederán cosas muy diferentes). Sin embargo, dado que los físicos en general no prestan atención a las cuestiones filosóficas, se encuentran haciéndose tu misma pregunta , y aunque sus respuestas son fascinantes, también podrían describirse como tonterías abstractas .

Nadie lo sabe. Los modelamos como perturbaciones ondulatorias del campo de punto cero apropiado para las características que nos interesan. Pero un campo de punto cero es solo una etiqueta para colgar las matemáticas básicas, no tenemos idea de si eso tiene algún sentido ontológico. cualquiera. Y como he estado descubriendo en Physics SE, hay muchas preguntas fundamentales para las cuales esta teoría cuántica de campos (QFT) no tiene un modelo directo y simplemente se abre camino.

El enfoque estándar es simplemente ignorar los problemas ontológicos y simplemente usar las matemáticas, trucos y todo, para predecir los resultados experimentales.

Cualquier intento de un concepto físico real se conoce como una interpretación de la teoría. Siempre que la interpretación sea lógicamente consistente con las matemáticas, no se puede falsificar. Hay muchas interpretaciones de este tipo, como estoy seguro de que habrás descubierto. La interpretación de Copenhague establece que no existe tal realidad subyacente de relevancia para la investigación científica, y debido a que todos esos intentos no pueden ser falsificados, solo son de interés para los metafísicos.

En realidad, es peor que eso. Históricamente, la realidad ontológica de las cosas que aparecen en las ecuaciones (como los campos cuánticos), la causalidad temporal y la exclusión de influencias no locales o más rápidas que la luz, se han dado por sentadas. Sin embargo, hemos descubierto a través del famoso fenómeno del entrelazamiento que estos tres (causalidad, localismo y realismo) no pueden ser todos ciertos. Los físicos se quedan rascándose la cabeza sobre cuál o más de ellos es falso y qué podrían querer probar en el laboratorio. Dado que esto tiene implicaciones filosóficas al menos tan profundas como las científicas, la observación de Einstein de que los científicos son malos filósofos está llegando a su fin en este momento.

Una vez más, parte de ese problema es que las ecuaciones de campo cuántico se establecen en la etapa preexistente del espacio-tiempo de Einstein. Algunos físicos sugieren que, en realidad, el espacio y/o el tiempo pueden ser propiedades emergentes de los sistemas cuánticos dinámicos. En tal caso, las ecuaciones cuánticas deben reformularse en consecuencia, pero no tenemos idea de a qué apuntar. Así que ni siquiera sabemos en qué campo de juego estamos, no importa qué juego se está jugando en él. A pesar de esto, el libro de reglas que hemos compilado para el juego es probablemente el mayor logro intelectual de la humanidad hasta la fecha.

Las partículas cuánticas se modelan como excitaciones del campo cuántico subyacente. Entonces, un electrón es una excitación del campo de electrones, un muón es una excitación del campo de muones, y así sucesivamente. Esto se llama teoría cuántica de campos y es una rama bien desarrollada de la física.

Las entidades cuánticas rompen por completo nuestra intuición cuando tratamos de comprenderlas (razón por la cual Feynman afirmó en una conferencia que " si crees que entiendes la mecánica cuántica, no entiendes la mecánica cuántica "). Es bastante difícil definir qué es una entidad cuántica. Así como una esfera es algo que no es el resto del espacio delimitado por ella, una entidad es algo que no es el resto del universo, pero ¿ dónde, cuándo, qué, cómo son los límites de las entidades cuánticas? Por ahora, no hay un acuerdo al respecto. Quizás sea aceptable decir que una entidad cuántica es básicamente un modelo matemático, una idea, un concepto que, cuando se usa para predecir algunos comportamientos específicos, funciona extremadamente bien.

Trate de no acercarse a las entidades cuánticas como cosas de nuestra experiencia diaria. Ellos no son. Entonces, es posible que te hayas ido con el pie izquierdo cuando te preguntaron "cómo es __": hay pocas similitudes. Aquí, un par de consejos que pueden ayudarte a comenzar (espero tener razón, estoy lejos de ser un experto):

Estática: la existencia en el universo cuántico es radicalmente diferente .

La naturaleza, a escala cuántica, es diferente a la naturaleza que estamos acostumbrados a percibir, la escala macroscópica. Las entidades macroscópicas tienen forma, ocupan espacio, permanecen estáticas en el tiempo, no se mueven, no desaparecen, se pueden dividir en partes, etc.

Pero las entidades pequeñas, en la escala de la mecánica cuántica, "son" simplemente diferentes. He citado la palabra "son", porque existen de una manera diferente. Parte de su existencia está determinada por el observador (usted, cuando "observa" una entidad cuántica), y parte de ella está determinada por reglas, no por percepciones. Entonces, en palabras simples, la existencia de una entidad cuántica, para ti, depende de lo que haces y de ciertas reglas. Eso es muy diferente a una pelota de playa, que se quedará en la arena si no hay viento, si no miras o si no pierde presión de aire. Si una pelota de playa se comportara como una entidad cuántica, no sería algo que pudiéramos tocar, sino más bien algo que sentimos en el aire (realmente no existen en el espacio); no se acostaría en la playa, pero probablementetumbarse en la playa todo el tiempo (según una función de onda); sería como una brisa, ya la vez, una tormenta; no uno o el otro sino ambos a la vez (superposición); una vez que lo hayas golpeado --algo que puede pasar o no--, puede que simplemente aparezca al otro lado de la playa sin atravesar todo el espacio sobre él (salto cuántico); podría existir simultáneamente en múltiples espacios o comportarse dependiendo de otra pelota de la misma playa (enredo), etc. ¡Incluso podría cambiar acciones pasadas cuando la pateas (ver el experimento de Wheeler)!

Tenga en cuenta que he citado "observar" y he dicho "lo que haces", y no "lo que percibes". Esto se debe a que no podemos mirar directamente a las entidades cuánticas, porque son del tamaño de los mismos fotones que nos llegan a los ojos. Esto lleva a la siguiente pista:

Dinámica: "observar"/"medir" una entidad cuántica, en los libros, significa realmente "interactuar con" .

Como no podemos observar ni medir directamente las entidades cuánticas --ni siquiera con un microscopio--, necesitamos interactuar con ellas. Entonces, observar, en mecánica cuántica, no es un proceso pasivo, sino activo.

Hacemos esto esencialmente "lanzando" otras "partículas" contra una entidad cuántica, que es como arrojar piedras contra una roca para saber su color (afortunadamente, hemos tenido científicos extremadamente inteligentes que encontraron formas de responder respuestas equivalentes en condiciones equivalentes). ). He citado "partículas", porque una entidad cuántica no es realmente una partícula, sino una excitación en algo llamado campo, que es más o menos como lo que es el sonido en el aire. Y he citado "lanzamiento", porque realmente no podemos "lanzar" algo que no sea una partícula, pero sabemos cómo producir algún fenómeno que permita una interacción entre dos entidades cuánticas, que es algo bastante complejo. Siguiendo nuestra analogía, no es como escuchar un sonido desde un punto puntual del espacio,

Las nociones de interacción (acción, reacción, causalidad, secuencia, etc.) de nuestra experiencia diaria no tienen equivalencias directas en QM.

La analogía que uso generalmente es que las partículas son como nudos o pliegues en una tela. Si piensas en un campo de energía como un continuo suave (un equivalente tridimensional de una hoja de tela bidimensional), y luego imaginas que de alguna manera la tela se enganchó o se enredó en un bulto, bueno... ese bulto parece como algo diferente al campo suave circundante. Pero eso es principalmente un truco de topología.

Quiero decir, ¿cuál es la esencia de un nudo antes de que se ate? La medida 'ata el nudo', por así decirlo, y antes de eso todo lo que tenemos es el potencial de un nudo.