En un curso de física moderna estamos empezando a entrar en amplitudes de probabilidad y la incógnita inherente en algunas cosas, por ejemplo, la posición de un electrón en un orbital.
¿Cómo sabemos que estas cosas no se pueden descifrar con precisión? ¿Será que existe un fenómeno o una relación de la que simplemente no somos conscientes?
Cosas como las leyes de la termodinámica y los dipolos magnéticos no se pueden derivar matemáticamente, pero se consideran ubicuamente verdaderas porque nunca se ha encontrado ningún contraejemplo. ¿Son iguales las amplitudes de probabilidad?
No es que se desconozca la posición del electrón, sino que el electrón simplemente no tiene una posición.
La idea de que un objeto tiene una posición es tan intuitiva que es difícil creer que esto no sea cierto. Pero una posición, en el sentido de una ubicación definida con precisión donde podemos encontrar un objeto, es un concepto macroscópico que simplemente no existe para los objetos cuánticos. Un electrón en un átomo de hidrógeno está deslocalizado y no tiene una posición que podamos conocer.
En los primeros días de QM, se sugirió que los parámetros como la posición realmente existen, pero que no podemos conocerlos. Esto se conoció como la teoría de las variables ocultas . Sin embargo, como sugiere Robin en un comentario, se puede usar un teorema de John Stewart Bell para probar si las variables ocultas son consistentes con la observación y, hasta la fecha, los resultados sugieren que la teoría de la variable oculta no es consistente con el experimento.
Para abordar su último párrafo: la mecánica cuántica es un modelo matemático que parece describir muy bien el mundo real. Extraordinariamente bien, de hecho. Si está preguntando si las distribuciones de probabilidad realmente describen partículas, tendrá que preguntarle a un filósofo qué significa realmente la palabra . Todo lo que sabemos es que las predicciones que hacemos usando la mecánica cuántica coinciden con el experimento.
Un aspecto interesante relacionado con esta pregunta es por qué queremos hablar sobre la posición y el momento de un electrón (para fenómenos relevantes donde los efectos cuánticos se vuelven importantes). Una motivación para la interpretación de Copenhague es que, en última instancia, estamos interesados en los resultados de la medición, y esos resultados (o al menos su registro permanente) deben describirse en términos clásicos. Esto también implica que tenemos que introducir un corte de Heisenberg en algún lugar entre el dominio cuántico (donde ocurre el fenómeno) y el dominio clásico (donde se registran las medidas).
Podría intentar evitar la necesidad de un corte de Heisenberg sacándolo del dominio físico y dentro de la conciencia del observador, pero esto probablemente pasa por alto los puntos prácticamente relevantes. Es mejor usar el corte de Heisenberg para mantener pequeño el dominio que debe tratarse mecánicamente cuánticamente.
Permítanme intentar agregar un ejemplo basado en una simulación práctica.perspectiva. Digamos que quiero simular la formación de imágenes en un microscopio electrónico de barrido de bajo voltaje mediante el seguimiento clásico de los electrones entrantes (y los electrones secundarios generados) a medida que cruzan la muestra, pero trato sus interacciones con la materia de la muestra mecánicamente cuánticamente. Centrémonos ahora en un evento de dispersión con un electrón de capa interna. La posición del electrón de la capa interna es relativamente bien conocida, ya que está cerca del núcleo. En consecuencia, su impulso es menos conocido, es decir, su distribución es amplia. Pero su cantidad de movimiento influye tanto en la nueva cantidad de movimiento y la dirección del electrón entrante, como también en la cantidad de movimiento y la dirección del electrón secundario generado. Y el seguimiento posterior tanto del electrón entrante como del secundario ahora ocurre clásicamente en el sentido de que se supone que se conocen tanto su posición como su momento. (Observe que al electrón de la capa interna se le asignó un momento y una posición clásicos después de la interacción mecánica cuántica).
Podría protestar que el corte de Heisenberg fue demasiado temprano y que los electrones también deberían ser rastreados mecánicamente cuánticamente entre los eventos de interacción. Pero esto sería un error, porque la precisión de la simulación está limitada por otros factores más importantes.
petirrojo
Valerio