¿La desintegración radiactiva es determinista? [duplicar]

No se puede saber que en un momento determinado habrá una desintegración radiactiva. Se puede decir que el decaimiento ocurrirá con cierta probabilidad, pero nunca con certeza.

Incluso si la descomposición ocurrió en un momento determinado$t$, si pudieras hipotéticamente hacer retroceder el universo$^1$y luego déjelo continuar, no hay garantía de que ocurra el mismo decaimiento exactamente al mismo tiempo. Esto es exactamente lo que queremos decir cuando decimos que los procesos mecánicos cuánticos (como la desintegración radiactiva) no son deterministas.$^2$.

A nivel cuántico, todos los procesos tienen una incertidumbre inherente y no hay forma de evitar esto. Es una propiedad intrínseca de la naturaleza.

$^1$Por las mismas razones, esto sería imposible incluso en principio. Si pudieras hacer tal cosa, esto implicaría que el universo es determinista, y por las razones discutidas, ciertamente no lo es.

$^2$Tenga en cuenta que se considera que el determinismo depende de la interpretación de la mecánica cuántica. Me refiero más o menos a la Interpretación de Copenhague (quizás la más común entre los físicos) cada vez que hablo de QM, aunque nunca he dado esta consideración más profunda. Pero una de las piedras angulares de la mecánica cuántica, el principio de incertidumbre de Heisenberg (HUP), respalda la noción de la naturaleza no determinista del universo, y este principio es válido tanto en Copenhague como en otras interpretaciones (aunque el HUP en sí puede interpretarse diferentemente en estas otras interpretaciones).

La desintegración radiactiva es determinista solo para grandes poblaciones de núcleos radiactivos , para los cuales se puede medir un tiempo promedio de desintegración y, por lo tanto, calcular una vida media con herramientas estadísticas.

A medida que avanza hacia poblaciones cada vez más pequeñas, las herramientas estadísticas finalmente se vuelven inaplicables y el comportamiento de un solo núcleo radiactivo se vuelve no determinista, es decir, en principio no hay forma de predecir exactamente cuándo se desintegrará.

En última instancia, la pregunta no es sobre la descomposición de las partículas, sino sobre poder predecir la evolución del Universo desde su mismo comienzo. Esto plantea una serie de preguntas:

• Si esto es computacionalmente posible (es decir, si podemos acceder, almacenar y manipular la información sobre todos los grados de libertad del Universo... mientras somos parte de este mismo Universo). Si esto es realmente una limitación, terminamos teniendo que usar la física estadística, donde los eventos son aleatorios debido a nuestra falta de conocimiento sobre todos los grados de libertad.
• Si la evolución del Universo es totalmente determinista o si, por ejemplo, la ruptura espontánea de la simetría en diferentes niveles es verdaderamente aleatoria (ver, por ejemplo, el famoso Más es diferente de Anderson ).
• Finalmente, la forma en que se formula la pregunta asume la interpretación frecuentista de la probabilidad, como la frecuencia de un evento en un conjunto (infinito) de pruebas. La visión bayesiana es menos común en la física, pero desde el punto de vista filosófico la primacía de cualquiera de ellos está lejos de estar establecida.

No está del todo claro a qué te refieres con "hacer retroceder el tiempo mágicamente". Si incluye suficiente magia, puede obtener cualquier resultado que desee.

Consideremos un ejemplo específico y realizable: suponga que tiene una molécula formada por dos átomos de tritio, uno de los cuales se desintegrará antes que el otro.

Antes de la descomposición, los dos núcleos de tritio de la molécula son indistinguibles entre sí. Eso significa que todos los argumentos que crean la diferencia entre el ortohidrógeno y el parahidrógeno también se aplicarían al tritio puro, y una muestra hipotética de tritio puro tendría diferentes propiedades térmicas macroscópicas a baja temperatura dependiendo de cuánto tiempo haya estado fría y si se ha desbordado. cualquier catalizador magnético frío.

La indistinguibilidad significa que podemos intercambiar los dos núcleos con cero efectos observables. Si te doy una molécula de tritio diatómico y uno de los núcleos se desintegra, no puedes decir "la descomposición le sucedió al átomo de la izquierda". Ese no es el grado de libertad que tienen las moléculas simples. La indistinguibilidad es una suposición fundamental de las estadísticas cuánticas, respaldada por montañas de evidencia de muchas direcciones sorprendentes. Una partícula que está “a punto de desintegrarse” es realmente, fundamentalmente, exactamente lo mismo que una partícula que no se desintegrará durante muchas vidas medias.

Esta es realmente una pregunta sobre si cree que el resultado, el núcleo atómico se desintegra en un instante dado, se puede determinar exactamente (Einstein) o lo mejor que puede hacer es asignar una probabilidad de que ocurra el evento (Bohr y Heisenberg) .
Hasta donde sé, lo mejor que podemos hacer es usar la Mecánica Cuántica para asignar una probabilidad al evento (la descomposición de un núcleo atómico en un instante de tiempo) que está sucediendo.

Einstein pensó que debe haber una capa oculta de realidad por debajo del nivel cuántico, y que si pudiéramos encontrar esta capa oculta, podríamos deshacernos de las leyes probabilísticas de la mecánica cuántica y no solo predecir lo que podría suceder a continuación, sino que, utilizando la determinista leyes, predecir lo que sucederá .

Entonces, en el caso de la desintegración radiactiva, ¿podemos determinar exactamente qué sucederá con un núcleo atómico?
En la actualidad, parece que la respuesta a esta pregunta es "no", ya que aún no hemos encontrado las leyes deterministas que se requieren para hacer esto.

"Hacer retroceder el universo" es un experimento mental frecuente en filosofía; especialmente en discusiones sobre Tiempo, Libre Albedrío, Determinismo o similares. Curiosamente, si usted cree que todo sucederá exactamente igual cuando retroceda, a menudo es ortogonal a esas otras preguntas en algún sentido.

Desafortunadamente, obviamente no conocemos la respuesta física real. Nadie sabe con certeza si el universo es "transaccional" de esta manera y se puede hacer retroceder a una instantánea anterior, y mucho menos si la descomposición del átomo y todos los demás fenómenos cuánticos se repetirán exactamente; y obviamente no somos capaces de hacerlo en la práctica.

Dado que no tenemos forma de falsificar la declaración mediante experimentos o de otra manera, no hay ninguna forma científica de dar una respuesta significativa excepto "no sabemos"; la pregunta debe permanecer firmemente en el ámbito de los experimentos mentales o los sistemas de creencias.