Invarianza de inversión de tiempo en mecánica cuántica

Pensé en un experimento mental que me hizo cuestionar cómo funciona la inversión del tiempo en la mecánica cuántica.y las implicaciones. La idea es esta... estás avanzando en el tiempo cuando decides medir una partícula. La partícula luego colapsa al estado observado. Ahora bien, si la física fuera a ser la misma en el tiempo inverso, entonces si nos detenemos e invertimos el tiempo y luego medimos esa misma partícula nuevamente... entonces me imagino que dado que la función de onda se ha derrumbado, deberíamos medir lo mismo. Lo que esto me dice es que, dado un tiempo de evolución en la dirección +, si medimos una partícula y colapsa la función de onda, entonces si inviertes la flecha del tiempo para ir en la dirección - deberíamos obtener la misma respuesta que antes. El futuro/presente afecta al pasado. Esto significa que si teóricamente tuviéramos una máquina del tiempo y retrocediéramos en el tiempo, habríamos viajado a un pasado diferente.

Otra implicación de este experimento mental es que el futuro sería indistinguible del pasado y, en adelante, sería el mismo. Me imagino que esto es consistente con la segunda ley de la termodinámica ya que la física dicta que la entropía solo aumenta... ir en la dirección opuesta del tiempo para disminuir la entropía violaría las leyes de la física. ¿Alguien más por ahí ha pensado en esto?

De mis estudios en mecánica cuántica, no recuerdo ningún postulado que diga algo así, pero todo esto tiene sentido para mí. ¿Hay alguna teoría por ahí que vaya en este sentido?

Esto me recuerda mucho a la dispersión. Los operadores de dispersión Ω ± = límite t → ± ∞ mi − i H t mi i H 0 t son inversiones de tiempo entre sí. Pero esto solo dice que rastreamos las trayectorias posteriores a la interacción hacia atrás o tomamos las trayectorias entrantes hacia adelante, al menos ahí es donde estoy ahora (todavía estoy aprendiendo). Confío en que alguien te dará una buena respuesta, y si no, leeré un poco más y te daré la mía.
Gracias. Estoy pensando en volver a la investigación, no he oído hablar de nadie que aborde una pregunta como esta. Esto podría ser algo que me gustaría asumir ya que estoy desempleado y tengo mucho tiempo disponible. Es interesante que haya mencionado que esto es una característica observada en la dispersión.
Supongo que mi crítica sería esa: aparentemente tratas el problema mecánicamente cuánticamente yendo hacia adelante en el tiempo, pero vuelves al tratamiento clásico cuando retrocedes. Como analogía, tenías un huevo cuántico y lo dejaste romper mecánicamente cuánticamente, pero cuando retrocediste, reconstruiste el huevo como si fueran simples trayectorias de newton. Creo que el truco sería tratar ambas direcciones mecánicamente cuánticamente y dejar que el proceso de "desmedición" sea tan mecánico cuántico como el proceso de medición normal. Solo un pensamiento.
@knives: Sí, traté el problema mecánicamente cuánticamente retrocediendo en el tiempo. Mi pregunta fue motivada porque creo que la mayoría de la gente piensa que retroceder en el tiempo es un problema newtoniano clásico, como dijiste. Mis pensamientos fueron, qué tienes si volviendo a tu función de onda original también tuvieras que pasar por la mecánica cuántica. Estaba pensando en ello de la forma en que lo acabas de decir.

Respuestas (7)

Usted pregunta:

De mis estudios en mecánica cuántica, no recuerdo ningún postulado que diga algo así, pero todo esto tiene sentido para mí. ¿Hay alguna teoría por ahí que vaya en este sentido?

De hecho, existe tal teoría. Se llama decoherencia .

Usted menciona la comparación con la termodinámica, y esta es básicamente la misma forma en que funciona la decoherencia. La física detrás de la termodinámica es perfectamente reversible, pero no vemos que los huevos rotos se vuelvan a ensamblar porque es extremadamente improbable que esto suceda.

Para citar el artículo sobre decoherencia, la decoherencia cuántica es la pérdida de coherencia u ordenación de los ángulos de fase entre los componentes de un sistema en una superposición cuántica. Una consecuencia de este desfase conduce a un comportamiento clásico o probabilísticamente aditivo. La decoherencia cuántica da la apariencia de un colapso de la función de onda. En efecto, la información sobre el sistema cuántico se disipa en el resto del universo. La información no se pierde y, en principio, podría recombinarse para formar la superposición cuántica original, pero esto es incluso menos probable que un huevo roto que se vuelva a ensamblar espontáneamente.

Veo tu punto y realmente nunca lo pensé desde el punto de vista de una cáscara de huevo rota que se arregla sola. Supongo que mi argumento anterior es que una vez roto, no es posible volver a los estados anteriores. Entonces, si estuviéramos viajando en el tiempo, ¿no tendríamos que realizar operaciones que desvirtuarían los efectos de medir (romper la cáscara del huevo)? No puedo pensar en una forma en que las operaciones de medición puedan ser intervertidas y reaplicadas a la partícula para alterar la medición... no a menos que preparemos la partícula de la forma en que lo hicimos anteriormente.

Solo algunos consejos para que explores más sobre esto. Consulte el artículo de Aharonov sobre la formulación simétrica en el tiempo de la mecánica cuántica: http://arxiv.org/abs/quant-ph/9501011

Tony Leggett habla de esto: http://www.youtube.com/watch?v=IGim9uzcumk Es un buen video y bastante simple de entender.

|Estimado señor estudiante, la simetría de inversión de tiempo en QM convencional en el mejor de los casos (por ejemplo, sin campos magnéticos) solo se aplica a la evolución unitaria de un sistema cuántico; el proceso de medición no es simétrico en el tiempo. Además, la segunda ley de la termodinámica dice (en términos muy generales) que la entropía debería disminuir si retrocedes en el tiempo; de nuevo no hay simetría de inversión de tiempo. El hecho de que su comprensión actual del tema tenga sentido para usted significa que ha sido lo suficientemente inteligente como para encontrar argumentos aparentemente convincentes para que tenga sentido para usted; pero no es correcto, creo.

Puedo ver lo que dices si aplicas un potencial dependiente del tiempo en la ecuación. En realidad, entre su punto, el artículo de Spot y la respuesta de Rennie, mi pregunta parece un poco más clara. Dada una ecuación independiente del tiempo, la función de onda debe ser constante durante todo el tiempo, lo que concuerda con mi afirmación... sin embargo, la medición en sí no es un problema independiente del tiempo, como dijiste. Sin embargo, el artículo de Spots muestra que la información cuántica nunca se pierde, simplemente se dispersa por todo el universo, lo que está a la par de la respuesta de Rennie. Ahora tiene sentido para mí, gracias.

¡No!

La invariancia temporal se mantiene en la mecánica cuántica SÓLO cuando la función de onda no colapsa. Esto significa que una vez que realizó alguna medición, la invariancia del tiempo se destruye. No hay invariancia en el tiempo en presencia del observador.

Si estoy leyendo su pregunta correctamente, es, al menos en parte, si el evento nominal de "colapso de la ola" (¡tenga en cuenta que las diferentes escuelas de pensamiento describen ese evento de manera diferente!) Es reversible en el tiempo. No trataré de abordar las escuelas, sino más bien si lo que preguntas tiene algún significado experimental.

Esta no es una respuesta completa, pero el concepto de borrado cuántico parece respaldar la idea de que el "colapso de onda", si se aborda con cuidado, puede revertirse.

La receta general para revertir un evento de este tipo es la siguiente: debe devolver toda la información sobre el evento, de todo el universo, al punto de origen. Por todo realmente me refiero a todo, incluidos, por ejemplo, los fotones que se desplazaron hacia el exterior a la velocidad de la luz y los fonones que se fueron como vibraciones.

Si piensas un poco en eso, te dice muy rápidamente que la reversión de cualquier "colapso de onda" debe ser extraordinariamente improbable si el evento ha sido tocado por cualquiera de los equipos de un observador clásico. Solo es probable que suceda dentro de sistemas muy pequeños donde la información es extremadamente limitada, y en el límite inferior tales ideas de borrado se pliegan suavemente en el concepto QED (Feynman) de ondas cuánticas como sumas de las amplitudes de todas las historias posibles por las cuales el evento podría se han desplegado.

Debo señalar también que la receta que acabo de describir de devolver toda la información realmente no puede devolver esa información a la ubicación original en el espacio-tiempo, ya que el equipo clásico solo puede funcionar en el presente. Entonces, lo que realmente terminas haciendo es arreglártelas con una ubicación muy similar incrustada en el tiempo presente. No obstante, si sigue la prescripción de devolver todos los datos, debería poder crear una nueva función de onda de la que podría surgir un futuro completamente nuevo, como también especuló.

El problema es que, dado que su nueva función de onda es solo una réplica del pasado, en realidad no cambia el pasado si su nueva función de onda "idéntica pero movida en el tiempo" decide desarrollarse de una manera completamente nueva. Un poco de Catch 22, eso.

Además, una pregunta de seguimiento podría ser "¿qué pasa con el entrelazamiento del tiempo? ¿Puedes cambiar el pasado de esa manera?" No. Incluso allí, la causalidad tiene esta notable forma de mantener a raya las paradojas temporales. Si bien estoy totalmente de acuerdo en que el entrelazamiento del tiempo es posible e incluso ir más allá para afirmar que es un componente normal del entrelazamiento espacial, también diría que todas las formas de entrelazamiento dependen de que no haya información contradictoria disponible en ninguna parte del universo actual sobre cómo los diversos componentes del evento enredado se desarrollaron, al menos no hasta que los compruebes en el presente o en el futuro.

Veo lo que dices acerca de devolver información cuántica del universo para crear la función de onda original, pero aún no puedo pasar de la trampa 22. Si realizamos 3 experimentos consecutivos, uno tras otro... sabes que obtendrías resultados aleatorios con cada medición. Dado que invertimos el tiempo y volvimos a hacer el experimento, la mecánica cuántica fallaría si los resultados fueran los mismos. Sin embargo, puedo ver que siempre existe la posibilidad de avanzar en el mismo futuro con los mismos resultados... es solo una probabilidad. Aunque haciendo desmediciones, estoy de acuerdo en escupir el wavefxn original

La segunda ley de la termodinámica solo es válida dentro de una condición previa de tiempo lineal. Si el tiempo mismo es multidimensional (Muchos Mundos), el aumento o disminución de la entropía es relativo.

Dos experimentos recientes demuestran que no se puede pensar de manera clásica sobre los eventos cuánticos: en ambos experimentos, el entrelazamiento estuvo en funcionamiento hasta que se midieron todos los observables; el orden de las mediciones no hizo ninguna diferencia. Consulte "Intercambio de entrelazamiento entre fotones que nunca han coexistido", Megidish, et al., PRL 110, 210403 (2013), DOI: 10.1103/PhysRevLett.110.210403 y "Borramiento cuántico con elección causalmente desconectada", XSMa, et al., PNAS , 22 de enero de 2013 , vol. 110, núm. 4 , 1221–1226, DOI: 10.1073/pnas.1213201110

entonces, desde el punto de vista de una línea de tiempo lineal, tiene un sistema simétrico, ya sea que ejecute el experimento hacia adelante o hacia atrás: los fotones desenredados se enredan. Realice algunas operaciones mecánicas cuánticas con otros fotones que cambian la naturaleza del entrelazamiento y luego regresan a un estado desenredado. antes y después de tener sopa cuántica - entre adelante o atrás tienes estados no observados. No creo que pueda considerar que los estados intermedios violan la segunda ley de la termodinámica mirando hacia adelante o hacia atrás en el tiempo porque los fotones entrelazados existen en un espacio de fase cuántica aislado hasta que se desenredan.

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