¿Cuál es la diferencia entre una medida y cualquier otra interacción en la mecánica cuántica?

Lo que describe en su pregunta es la "interpretación de Copenhague" de la mecánica cuántica. Hoy en día, hay puntos de vista más matizados de esto que no tratan las "medidas" de manera tan asimétrica, consulte, por ejemplo, fuentes que hablan de decoherencia.

Recomiendo ver la conferencia clásica "Mecánica cuántica en tu cara" de Sidney Coleman para una buena interpretación de este tipo de cosas.

Las interacciones implican simplemente el desarrollo de una correlación. Por ejemplo, si se pasa un electrón a través de un aparato de Stern-Gerlach, se desarrolla una correlación entre la distancia recorrida en la dirección x y la distancia desviada en la dirección y. es reversible La medida que se produce cuando la partícula golpea la placa fotográfica es irreversible. Está asociado con la disipación irreversible, es decir, con la generación de entropía.
Esta aproximación se puede diseccionar aún más, pero se vuelve muy complicada.

Un libro realmente bueno (1983) es el de Wheeler y Zurek, "La teoría cuántica de la medición" disponible como archivo djvu en http://www.4shared.com/get/vw66Qp70/Wheeler_JA_Zurek_WH_ eds_Quan.html ( 8 MB, espera 30 segundos para la descarga). [Ahora, si solo puedo averiguar cómo funciona un lector para una Mac...]

Gran parte de cómo responde a esta pregunta se reduce a su visión de la función de onda o estado. Si cree que el estado cuántico es un estado de realidad (es decir, un estado óntico), entonces debe reproducir las predicciones de QM ortodoxo (Copenhague) sin el postulado de medición o debe explicar por qué la naturaleza proporciona dos formas de evolución. El primer punto de vista es básicamente la Interpretación de Muchos Mundos, por la que siento un gran grado de atracción, ya que postula solo la evolución unitaria y explica la medición como un efecto emergente, más que fundamental.

Por otro lado, si sostiene que la función de onda es un estado de conocimiento (epistémico) sobre algún otro estado óntico subyacente, entonces el colapso de la medición no representa una verdadera evolución, sino un cambio discontinuo en su conocimiento sobre un sistema. Las formulaciones alternativas de la mecánica cuántica, como la mecánica de Bohm, explican esto de una manera matemáticamente rigurosa, pero que algunos encuentran insatisfactoria.

Cada uno de estos enfoques (y muchos más que no mencioné) sugiere dónde buscar la próxima teoría física, por lo que la pregunta debería ser finalmente decidible experimentalmente. Por ahora, sin embargo, debemos confiar en las matemáticas, la intuición física y el argumento racional.

Mucho se ha cubierto en estas respuestas, pero se ha omitido un aspecto. La física real que ocurre en cualquier proceso de medición incluye la amplificación. Feynman pensó que esto era significativo. Aquí hay una cita suya quizás poco conocida:

Nosotros y nuestros instrumentos de medición somos parte de la naturaleza y, en principio, estamos descritos por una función de amplitud [la función de onda] que satisface una ecuación determinista [la ecuación de Schrödinger]. ¿Por qué solo podemos predecir la probabilidad de que un experimento determinado conduzca a un resultado definitivo? ¿De qué surge la incertidumbre? Casi sin duda surge de la necesidad de amplificar los efectos de los eventos atómicos individuales a un nivel tal que puedan ser fácilmente observados por grandes sistemas.

\dots ¿De qué manera sólo tenemos acceso a la probabilidad de un evento futuro, mientras que la certeza de un evento pasado a menudo aparentemente puede afirmarse? \dots Obviamente, estamos nuevamente involucrados en las consecuencias del gran tamaño de nosotros mismos y de nuestro equipo de medición. La separación habitual de observador y observado que ahora se necesita para analizar medidas en mecánica cuántica no debería ser realmente necesaria, o al menos debería analizarse aún más a fondo. Lo que parece ser necesario es la mecánica estadística de los aparatos amplificadores.

R. Feynman y A. Hibbs, Quantum Mechanics and Path Integrals, Nueva York, 1965, pág. 22

Esto se cita y analiza en mi The Axiomatisation of Physics, véase http://www.mast.queensu.ca/~jjohnson/HilbertSixth.pdf y http://arxiv.org/abs/0705.2554

Sucede que todas las medidas proceden mediante la explotación de las interacciones naturales que entendemos teóricamente. Pero una vez que se completa la medición y se tiene el resultado en la mano, el análisis QM de la evolución subsiguiente de solo aquellos sistemas que arrojaron ese resultado en particular ya no puede emplear la función de estado original (que permite todos los diferentes resultados posibles), sino que debe entonces emplear sólo la parte de la función de estado original que corresponde al resultado particular. Este cambio 'repentino' en la función de estado utilizada se denomina colapso de la función de estado. Muchos físicos consideran que este cambio corresponde nada más que al cambio en el conocimiento del experimentador una vez que el resultado está a la mano. Esta es la interpretación epistemológica de la función estatal. Pero muchos consideran que el cambio también refleja un cambio físico genuino en el estado de aquellos sistemas que surgieron a través de la medición que arrojó el resultado particular. Esta es la interpretación ontológica de la función de estado y tiene muchas variaciones. Todavía muchos otros sostienen una interpretación ontológica de la función estatal mientras niegan que el colapso ocurra en absoluto.

Estos últimos puntos de vista, que también tienen muchas versiones, han dado lugar a varias interpretaciones y/o alternativas a QM que reciben nombres como Onda piloto, deBroglie-Bohm, Interpretaciones modales, Estado relativo, Muchos mundos, Muchas mentes, Historias consistentes. , Teoría de la decoherencia, Teoría de la información, etc. En conjunto, todas ellas se denominan teorías NO-Colapso.

Los campeones del colapso físico real también han estado trabajando creando teorías alternativas propias que reemplazan el postulado del colapso por evoluciones que generan colapso dinámicamente. Estas teorías van por los nombres de sus autores, Ghirardi-Rimini-Weber-Pearl, Karolahazy, Penrose, Gisin, Percival, etc. Colectivamente estas son las teorías del Colapso.

La dificultad para decidir entre estas muchas y aún proliferantes alternativas se debe al increíble éxito de QM estándar. Todas las alternativas deben, al menos, reproducir los resultados corroborados de QM y posiblemente permitir desviaciones en aguas que aún no han sido probadas. ¡Algunos de ellos no ofrecen desviaciones de QM, en absoluto! Así que decidir entre ellos y QM debe ser una cuestión de filosofía o estética. En cualquier caso, los días de la hegemonía de la interpretación de Copenhague, si alguna vez existieron realmente, se han ido para siempre.

Tal vez esto es simplificar demasiado las cosas, pero:

1. la interacción entre dos fenómenos ocurre cuando cambian mutuamente sus propiedades:$p_1$cambios$p_2$ y $p_2$cambios$p_1$. Y no hay posibilidad de que un fenómeno afecte al otro sin cambiarse él mismo.

2. Una medida es un tipo de interacción donde alguna información sobre el valor de una propiedad de, digamos$p_1$, puede deducirse de los cambios en$p_2$después de que hayan interactuado. El valor obtenido está siempre sujeto a un grado de incertidumbre distinto de cero.

Esta es una pregunta que los filósofos de la física intentan responder ahora, no los físicos (incluso si la mayoría de las veces el borde no es realmente nítido). Entonces, si está buscando una discusión más detallada (y recursos), debe consultar este artículo de la Enciclopedia de Filosofía de Stanford: http://plato.stanford.edu/entries/qt-measurement/

La medición ocurre al final de los tiempos para nuestro universo como un colapso en forma de post-selección como en el formalismo de dos estados. Lea los artículos de Aharonov y Vaidman para obtener más detalles. Hay un teorema en la mecánica cuántica en el sentido de que siempre podemos empujar el colapso de la medición hacia el futuro sin ninguna consecuencia observable.

Parece que esta pregunta se refiere únicamente a la interpretación de Copenhague (y otras interpretaciones relacionadas con el colapso y un observador), porque usa el término "medida" que no tiene una posición especial en otras interpretaciones.

Entonces, asumiendo que se trata de la interpretación de Copenhague, sí, la medida es diferente de cualquier otra interacción. La diferencia está en que el sistema cuántico interactúa con el observador, una persona que tiene propiedades físicas especiales de tener la capacidad de desencadenar el colapso de la función de onda. Solo hay una persona así y el QM brinda la posibilidad teórica de determinar sin ambigüedades quién es en función de sus habilidades especiales para interactuar con la materia.

Este constituye el principal problema de la interpretación de Copenhague, y la razón por la que se propusieron otras interpretaciones (Relacional, MWI) que son agnósticas al observador, no incluyen personalidades especiales, elegidas y simétricas entre todas las personas. Sin embargo, esto no significa que todavía no debería haber una persona que aparentemente tenga propiedades especiales al menos en el universo observable.

La respuesta corta es que la medición y las interacciones son dos animales diferentes en la Mecánica Cuántica. En realidad, las mediciones se realizan utilizando una de las interacciones fundamentales (generalmente EM), pero esto no entra en el marco de QM.

La respuesta larga es que no recibirá una respuesta satisfactoria a su pregunta. Primero, porque los físicos no saben la respuesta, y segundo, porque a los físicos no les importa.

La física se ocupa de comprender la naturaleza, en la medida en que hace predicciones con respecto a las medidas. Si tenemos una teoría de lo que sucede entre las mediciones (cosas como Lagrangianos y fuerzas) y una teoría de las mediciones (un postulado en Mecánica Cuántica de que las funciones de onda colapsan, más la interpretación probabilística del cuadrado absoluto de la función de onda), y esto marco funciona con la precisión deseada, entonces las implicaciones filosóficas de tratar de unir los dos no son de interés para los físicos, a menos que produzcan una comprensión más profunda de la naturaleza, en la medida en que hacen predicciones más precisas o más generales con respecto a las mediciones.

En la práctica, la línea de cuestionamiento que plantea se ha investigado desde el advenimiento de la Mecánica Cuántica, pero que yo sepa, nunca surgió nada con respecto a la unificación de fuerzas y medidas ("no sé"), por lo que la corriente principal ha perdido interés hace mucho tiempo ("no me importa"). (Como nota al margen interesante, un resultado importante que surge de un tipo de investigación relacionado es la desigualdad de Bell).

Lo siento si esta respuesta parece negativa. Para citar a David Mermin [corregido] con respecto a las cuestiones filosóficas relacionadas con la Mecánica Cuántica, lo pragmático que hay que hacer es "¡cállate y calcula!"