Extensión del experimento mental del gato de Schrödinger

Esto se conoce como el experimento mental del amigo de Wigner . Según la interpretación de Many World, las superposiciones no son un problema. Todo el universo termina en una superposición donde se realizan todos los resultados experimentales, pero tal superposición está entrelazada con el entorno, desde un punto de vista macroscópico, toma la forma de una superposición sobre un conjunto de historias consistentes.

En un experimento de cámara de burbujas, la película era el medio de detección, pero la película se tomaba automáticamente, por miles de fotogramas. Estas bobinas de película fueron a los diversos laboratorios involucrados en el experimento, y se escanearon en busca de eventos interesantes que se midieron y se registraron las secciones transversales de las interacciones.

Este es un claro ejemplo de una medida experimental de una interacción mecánica cuántica a nivel. Es fácil ver dónde termina el nivel mecánico cuántico y comienza el régimen clásico. Nunca ha habido duda de si los eventos registrados en las películas estaban allí o desaparecieron en el siguiente escaneo (es decir, tenían una probabilidad mecánica cuántica de haber desaparecido). El registro fílmico es demostrablemente permanente y, por lo tanto, clásico. El experimento mental del gato podría llevarse a cabo fácilmente en un laboratorio (afortunadamente ningún sádico lo ha hecho). En lo que sigue hago la analogía película - gato, señalando dónde está el régimen mecánico cuántico a estudiar y dónde está el régimen clásico de grabación.

Aquí está el primer Omega menos visto, la cereza en la parte inferior de la pirámide decuplet , una predicción del modelo de quarks.

La imagen de la cámara de burbujas del primer omega-menos . Un mesón K- entrante interactúa con un protón en el hidrógeno líquido de la cámara de burbujas y produce un mesón omega-menos, K° y K+ que se descomponen en otras partículas. Las partículas neutras que no producen huellas en la cámara se muestran con líneas discontinuas. La presencia y las propiedades de las partículas neutras se establecen mediante el análisis de las huellas de sus productos de desintegración cargados y la aplicación de las leyes de conservación de la masa y la energía.

El omega menos estaba allí desde la exposición de la película. Ese es el detector. Cualquier escáner lo encontrará una y otra vez, porque la película no es un estado mecánico cuántico. Es un detector clásico macroscópico. El estado de la mecánica cuántica fue cuando el K- interactuó con un protón en la cámara de burbujas, que tenía una probabilidad de manifestarse en la cámara. El registro del evento es la detección.

De manera análoga, el gato en este (equivocado en mi opinión) experimento mental es el detector, la película, en la que se registra el experimento con las probabilidades radiactivas. Son las probabilidades radiactivas las que están en un estado mecánico cuántico. El gato es la película. Hasta que se mire, similar a la película en blanco o grabada con un evento, se supone que está vivo o muerto. Sea lo que sea, se decide por la probabilidad mecánica cuántica, y será una solución estable del problema.

Veamos más detalles, del artículo de wikipedia :

Incluso se pueden crear casos bastante ridículos. Un gato está encerrado en una cámara de acero, junto con el siguiente dispositivo (que debe protegerse contra la interferencia directa del gato): en un contador Geiger, hay una pequeña cantidad de sustancia radiactiva, tan pequeña, que tal vez en el curso de la hora uno de los átomos decae, pero también, con igual probabilidad, tal vez ninguno; si sucede, el tubo contador se descarga y, a través de un relé, suelta un martillo que rompe un pequeño frasco de ácido cianhídrico. Si uno ha dejado todo este sistema solo durante una hora, uno diría que el gato todavía vive si mientras tanto ningún átomo se ha desintegrado. La primera desintegración atómica lo habría envenenado.

La probabilidad mecánica cuántica en esta versión es la probabilidad de que la sustancia radiactiva se desintegre en una hora. Esta probabilidad está controlada por la función de onda de la mecánica cuántica del núcleo (el análogo de la interacción K-protón) multiplicada por el número de núcleos en la muestra radiactiva. Los pasos posteriores en la configuración experimental son macroscópicos: el desencadenante de la descarga del tubo, la ruptura del veneno y el gato son la configuración del detector (análogo de la cámara de burbujas de hidrógeno, cámara, película). El gato es la película porque es el registro permanente de lo que sucedió dentro de esa hora (análogo a un cuadro de película que es un registro permanente de si hay una interacción o no).

Tenga en cuenta que el gato es un sacrificio superfluo a una vaga analogía. El contador hubiera sido suficiente si hubiera sido grabado en una cinta de audio. El gato ocupa el lugar de la cinta. La función de probabilidad mecánica cuántica que controla el evento es la función de probabilidad de decaimiento original.

Cat y film están en el régimen clásico, porque h_bar es un número tan pequeño que la Incertidumbre de Heisenberg siempre se satisface con conjuntos macroscópicos, más grandes que las nanodimensiones. Los verdaderos comportamientos mecánicos cuánticos, es decir, controlados por una densidad de probabilidad, aparecen macroscópicamente solo en situaciones muy especiales (como la superconductividad, por ejemplo).

En general los objetos macroscópicos están en el régimen clásico, el marco de la matriz de densidad ayuda a intuir cómo ocurre la transición, entre las funciones de onda de la mecánica cuántica y las dimensiones clásicas.

Depende de qué interpretación de la mecánica cuántica esté utilizando. Por interpretación se entiende que las predicciones matemáticas del formalismo de la mecánica cuántica son las mismas, pero el significado filosófico de cada una es lo que difiere. En la interpretación de Copenhague que parece describir, la función de onda colapsa cuando un observador consciente realiza una medición. Antes de la medida el sistema puede estar en una superposición de estados. Se supone que el gato no está consciente por lo que en esa interpretación la función de onda no colapsa y el gato se encuentra en una superposición de estados. Si un humano abre la caja, la función colapsa para vivir o morir. El observador humano no estará en una superposición de estados.

Pero esta es una interpretación antigua y hay muchas otras . En particular, en la interpretación de Bohm no hay colapso de la función de onda y el gato está en un estado específico (ya sea vivo o muerto) independientemente de que sea observado o no.

Esta es una excelente pregunta y enfatiza una de las extrañas características de la mecánica cuántica.

De hecho, el científico estaría a su vez en una superposición. E incluso podríamos medir esto si pudiéramos mantener la coherencia de sistemas tan grandes.

En última instancia, su pregunta está pidiendo la solución del problema de medición : ¿Por qué no vemos ninguna superposición? No hay gatos corriendo medio muertos y medio vivos. Tampoco vemos a los científicos en una superposición de haber medido esto o lo otro.

Sin embargo, el problema de la medición sigue siendo un problema sin resolver. Todo lo que tenemos son algunas interpretaciones .

En el experimento del gato de Schrödinger, se supone que el científico es un "observador clásico" del estado del gato y, por lo tanto, se supone que todas las observaciones realizadas por el científico son observaciones clásicas que se adhieren a la física tal como la conocíamos antes de que apareciera la mecánica cuántica. El experimento mental se centra en qué tipo de afirmaciones sobre la realidad podría hacer el científico que sean consistentes con las predicciones provenientes de la mecánica cuántica a pesar de realizar alguna operación (es decir, el colapso de la forma de onda) para obtener una medida clásica de un sistema mecánico cuántico.

Si elige no suponer que el científico no es un observador clásico, sino una entidad ligada meramente a la mecánica cuántica, es razonable suponer que el científico y el gato (y el isótopo radiactivo) se enredan por su interacción. Esta es una interpretación completamente válida de QM, simplemente no explora la pregunta filosófica que el gato de Schrödinger pretendía explorar.

El lado filosófico de la pregunta es también por qué surge el tema de la conciencia con respecto al gato de Schrödinger. Si realmente comienzas a indagar en la filosofía de la ciencia, eventualmente todo se reduce a la pregunta de qué significa observar el mundo, como un ser vivo consciente. Cuando pensamos en "observaciones" intuitivamente, sin tener en cuenta QM por un momento, las observaciones que hacemos encajan bien con el modelo "clásico" del mundo. Encajan bastante mal con el mundo QM. Por lo tanto, es este observador intuitivo clásico el que necesitamos alinear con los datos que observamos, o debemos admitir que tenemos una contradicción en nuestras observaciones.

Desde el punto de vista práctico, es extremadamente difícil lograr que los objetos macroscópicos exhiban un comportamiento cuántico no trivial porque las partículas en dichos objetos suelen ser muy decoherentes. Por lo tanto, están bien modelados mediante el uso del teorema del límite central, lo que garantiza que la variación en torno a la expectativa sea tan pequeña que podamos entrecerrar los ojos y agitar la mano para descartarla a todos los efectos.

Grandes objetos clásicos como gatos o humanos son casi imposibles de colocar en una superposición de estados. Básicamente se decoheren inmediatamente.

Hasta donde sé, el objeto más grande colocado en una superposición es un resonador micromecánico y actualmente se está trabajando para colocar una bacteria en una superposición QM (superposición cuántica de un objeto clásico , la bacteria de Schrödinger ).

Tengo entendido que no es el gato el que está en una superposición, sino solo la desintegración radiactiva. El estado del gato es simplemente desconocido.

En cualquier caso, todo se reduce a la interpretación. Algunas personas pueden argumentar que S-cat es ridículo y sin valor, pero el hecho es que ocupa un lugar especial en la física, así como en nuestra cultura, y pensar en S-cat a medida que uno aprende y crece puede ser invaluable para muchos.

Schrodinger, supongo, estaba dramatizando las paradojas epistemológicas y ontológicas implícitas en QM al considerar un gato como opuesto a una partícula contenida en una caja; y enormemente exitoso también, ya que todavía lo estamos discutiendo casi un siglo después, y es probablemente más conocido que su ecuación homónima.

Los gatos, en comparación con las partículas, son objetos muy macroscópicos; por lo que al ser objetos clásicos, QM no se aplica.

Si 'desdramatizamos' la imagen, reemplazando el gato de Schrödinger, Wigner y el amigo de Wigner con partículas y consideramos las interacciones como medidas, entonces obtenemos una interpretación de QM defendida por Rovelli como QM relacional ; cita a Simon Kochen en el 79 diciendo:

El cambio básico en el marco clásico que defendemos radica en abandonar la suposición del carácter absoluto de las propiedades físicas de los sistemas que interactúan... Así, las propiedades de la mecánica cuántica adquieren un carácter interactivo o relacional.

Sugiere que tiene una semejanza familiar con la ontología de muchos mundos de Everett, pero es diferente en su tipo ya que esto es relativo .

El gato no tiene estado cuántico, es un objeto clásico que, junto con todo lo demás en el experimento, está simplemente "sobre la cabeza" para hacerlo accesible al público en general.

Está el bulto en descomposición de los radiactivos y el contador Geiger (detector). Este es el material del nivel cuántico; el resto es solo un adorno clásico. No tiene ningún sentido considerar al gato oa todo el sistema como parte del estado cuántico, y mucho menos al experimentador que abre la puerta para saber si el gato está vivo o muerto. El gato ciertamente no es un "detector" en este experimento, es solo la "pantalla" extendida del detector Geiger. Eso es lo que Schrödinger quería señalar.

El mismo Schrödinger (según su cita original, si está traducida, en Wikipedia) planteó su paradoja bastante irónicamente; tómalo por lo que es, no trates de interpretar demasiado.

Para el gato (que es el sujeto del experimento), es irrelevante si lo observas o no. Su estado será el mismo en una 't' dada. Además, ese estado no depende de que la observación ocurra o no (aunque abrir la puerta cuando el gato está vivo influirá en el comportamiento del gato, pero eso es otra cuestión).

Universalmente, es el observador el que es irrelevante, no ese estado del gato que es dual.

No saber algo no significa que sea de las dos formas simultáneamente, sino que puede ser de una u otra forma.

"No es Schrödinger... ¡es el gato!" --> para citarme a mí mismo.