¿Es científicamente preciso el video del experimento de la doble rendija del Dr. Quantum?

Lo malo del video es como explican la parte donde tratas de observar por cual rendija pasa el electrón. Lo hicieron sonar más misterioso de lo que realmente es.

Lo que tenemos que preguntarnos es: ¿qué significa observar un electrón? ¿Qué significa observar algo? Si queremos mirar algo, necesitamos luz. Vemos cosas porque la luz se refleja en los objetos y nuestros ojos recogen esta luz que luego es interpretada por nuestro cerebro.

Si queremos ver por qué rendija pasa el electrón, lo iluminamos, pero esto altera fundamentalmente el experimento. Las partículas pequeñas son muy sensibles a las perturbaciones y la luz brillante sobre un electrón es una gran perturbación. Ahora, y esto es técnico, la relación de incertidumbre de Heisenberg te dice cuánto será perturbado por la luz el camino del electrón. El camino es más perturbado cuanto mayor es la energía del fotón, pero para determinar con precisión la posición del electrón se necesita alta energía según Heisenberg. Alta energía significa perturbar mucho el electrón y, como consecuencia, destruir el patrón de interferencia.

Entonces, es posible que desee renunciar a la precisión para evitar perturbar demasiado la trayectoria del electrón, pero si lo hace, la relación de Heisenberg le mostrará que tiene que disminuir tanto la energía del fotón que no será capaz de localizar el electrón nunca más. El patrón de interferencia, por otro lado, reaparecerá.

Se pueden encontrar más detalles en Feynman Lectures, volumen 3, capítulo 1 .

Tenga en cuenta que el video del Dr. Quantum es de la película de pseudociencia "¿Qué diablos sabemos?", que adopta el siguiente enfoque:

1. Utilice ejemplos de física cuántica para mostrar al espectador que el universo es mucho más extraño y complejo de lo que sugiere nuestra percepción/intuición humana básica.

2. Intenta convencer al espectador de que si la rareza cuántica es real, entonces la rareza de alguien que canaliza a un espíritu guerrero de 35 000 años llamado Ramtha también es real.

3. Lucro.

A pesar de sus fallas, el video del Dr. Quantum por sí solo no es terrible. Pero creo que la fuente de información científica debe tenerse en cuenta al evaluar su precisión. Hay un video similar pero mejor aquí: http://www.youtube.com/watch?v=UMqtiFX_IQQ

El video es terriblemente malo. Muestra un patrón de electrones de una sola rendija aquí, y luego coloca una segunda rendija y muestra el patrón de la segunda rendija allá. Luego dice: ¿y si tienes las dos rendijas abiertas al mismo tiempo?

De hecho, dado que el patrón de la primera ranura está separado del patrón de la segunda ranura, NADA DIFERENTE sucede cuando abre ambas ranuras al mismo tiempo. No hay interferencia. Pero el video muestra varias bandas. Esto está mal.

Solo obtiene múltiples bandas cuando los patrones INDIVIDUALES de cada rendija ocupan la misma área en la pantalla. Luego, cuando abre ambas rendijas a la vez, obtiene interferencia dentro de esa área común.

Lo que muestra el video es una completa tontería.

Tengo la sensación de que este es Jack Sarfatti como avatar digital. Si alguna vez te has encontrado con él, tiene todo tipo de ideas extrañas sobre las cosas. El comentario de Cedric sobre el Área 51 me avisó, porque Sarfatti tiene todo tipo de ideas sobre ovnis.

Este pequeño video es correcto, pero cae en el misterio al final. El proceso de medición de un sistema en una superposición consiste en reemplazar esa superposición por un entrelazamiento. Podríamos pensarlo como un proceso donde la fase asociada con la “ondulación” de la superposición de un sistema se transfiere a una propiedad no local de este sistema con otro. Considere un experimento de dos rendijas donde una función de onda de fotones interactúa con una pantalla. El vector de onda es de la forma

$$|\psi\rangle~=~e^{ikx}|1\rangle~+~e^{ik’x}|2\rangle$$ como una superposición de estados para las rendijas etiquetadas $1$y $2$. Se supone la normalización. El vector de estado se normaliza como $$\langle\psi|\psi\rangle~=~1~=~\langle 1|1\rangle~+~\langle 2|2\rangle~+~ e^{i(k’~+~k)x}\langle 1|2\rangle~+~ e^{-i(k’~+~k)x}\langle 2|1\rangle$$ las superposiciones $\langle 1|2\rangle$y $\langle 2|1\rangle$se multiplican por los términos oscilatorios que son las probabilidades de interferencia que se miden en la placa fotográfica. Ahora consideramos la situación clásica en la que uno trata de medir qué rendija atraviesa el fotón. Tenemos un dispositivo que detecta el fotón en una de las aberturas de la rendija. Consideremos otro estado cuántico superpuesto. Este es un espacio de giro que es $$|\phi\rangle~=~\frac{1}{\sqrt {2}}(|+\rangle~+~|-\rangle).$$ Este estado cuántico de fotones se entrelaza con este estado de espín. Entonces tenemos $$|\psi,\phi\rangle~=~e^{ikx}|1\rangle|+\rangle~+~e^{ik’x}|2\rangle|-\rangle$$ lo que significa que si el fotón pasa por la rendija número 1, el espín es + y si pasa por la rendija 2, el espín está en estado –. Ahora considere la norma de este vector de estado $$\langle\psi,\phi|\psi,\phi\rangle~=~\langle 1|1\rangle\langle +|+\rangle~+~\langle 2|2\rangle\langle-|-\rangle~+~ e^{i(k’~+~k)x}\langle 1|2\rangle\langle +|-\rangle~+~ e^{-i(k’~+~k)x}\langle 2|1\rangle\langle-|+\rangle.$$ Los estados de giro $|+\rangle$y $|-\rangle$son ortogonales y por lo tanto $\langle +|-\rangle$y $\langle-|+\rangle$son cero. Esto significa que se eliminan los términos de superposición o interferencia. En efecto, la superposición ha sido reemplazada por un entrelazamiento.

Este análisis no nos dice qué estado se mide realmente, pero sí nos dice cómo se pierde el término de interferencia debido al entrelazamiento del sistema que medimos con un instrumento de estado cuántico. Por lo tanto, no es necesario invocar un colapso total para ilustrar cómo se pierde una superposición.

Cómo se obtiene el estado real es un tema de debate. Podríamos pensar que existe algún otro sistema que ahora mida este estado de espín. Así que con el$|\pm\rangle$estados entrelazamos ahora otro sistema con dos estados. Sin embargo, está claro que esto no ayuda mucho, ya que podríamos hacer esto inductivamente "para siempre" y presumiblemente no estar más cerca de descubrir qué estado se obtiene. Sin embargo, tal vez este tercer estado podría ser un giro más fuerte, o un momento angular en este caso, digamos una bola de bucky girando enfriada a una temperatura baja. El buckyball podría entrar en un enredo, ya que se han observado diversas propiedades cuánticas de estos. ¿Qué ha logrado esto? La integral de trayectoria para todo el sistema entrelazado ahora se estrecha más cerca de una trayectoria clásica. Tenemos un poco de propiedades de superposición cuántica aquí, pero "apenas". Ahora necesitamos medir el estado de rotación de la buckyball. Esto nos lleva a un sistema aún más grande y… bueno, tenemos el problema del gato de Schrödinger. Sin embargo, algún tipo de asimetría entra en escena con la bola de Bucky que pone a la bola de Bucky en una relación de probabilidad de 0,7 a 0,3 de ser cualquier configuración de momento angular. Si se enreda aún más, se reduce aún más la relación de probabilidad a 0,9 a 0,1 y así sucesivamente. De alguna manera, la fase de enredo se transfiere completamente fuera de la imagen o al entorno (o demolida), lo que luego da esta reducción de estado en una medición. Desde la perspectiva de una integral de trayectoria cuántica, el conjunto de trayectorias se reduce a un conjunto cada vez más estrecho de trayectorias que corresponde al resultado. De alguna manera, la fase de enredo se transfiere completamente fuera de la imagen o al entorno (o demolida), lo que luego da esta reducción de estado en una medición. Desde la perspectiva de una integral de trayectoria cuántica, el conjunto de trayectorias se reduce a un conjunto cada vez más estrecho de trayectorias que corresponde al resultado. De alguna manera, la fase de enredo se transfiere completamente fuera de la imagen o al entorno (o demolida), lo que luego da esta reducción de estado en una medición. Desde la perspectiva de una integral de trayectoria cuántica, el conjunto de trayectorias se reduce a un conjunto cada vez más estrecho de trayectorias que corresponde al resultado.