¿No es el principio de incertidumbre simplemente limitaciones no fundamentales en nuestra tecnología actual que podrían eliminarse en una civilización más avanzada?

La respuesta de Manishearth es correcta, y esta es solo una pequeña extensión de la misma. Manishearth señala correctamente que el problema es su declaración:

Hay una velocidad y un impulso definidos, simplemente no lo sabemos.

Su declaración es la idea de las variables ocultas y, por cortesía del teorema de Bell, actualmente creemos que las variables ocultas son imposibles.

Tome el ejemplo de un átomo de hidrógeno y pregunte cuál es la posición del electrón. El problema es que propiedades como la posición son propiedades de las partículas. No tiene sentido preguntar cuál es la posición a menos que haya una partícula en esa posición. Pero el electrón no es una partícula. La pregunta de qué es realmente un electrón puede entretener a los filósofos, pero para nuestros propósitos es una excitación en un campo cuántico y como tal no tiene una posición. Si interactúa con el electrón, por ejemplo, disparándole otra partícula, encontrará que la interacción entre la partícula y el electrón ocurre en una posición bien definida. Tendemos a pensar en eso como la posición del electrón, pero en realidad no lo es: es la posición de la interacción.

El principio de incertidumbre se aplica porque no es posible que una interacción, como nuestro ejemplo de una partícula que choca, mida simultáneamente la posición y el momento exactamente. Así que tienes algo de razón cuando dices que es un límite de observación, pero es fundamental.

Hay una velocidad y un impulso definidos, simplemente no lo sabemos.

No. No hay una velocidad definida: esta era la interpretación más antigua. La partícula tiene todas las velocidades (posibles) a la vez; está en una función de onda, una superposición de todos estos estados. En realidad, esto se puede verificar con cosas como el experimento de la doble rendija con un fotón: no podemos explicar las franjas de un solo fotón a menos que aceptemos el hecho de que el fotón está en "ambas rendijas a la vez".

Entonces, no es un límite de conocimiento. La partícula realmente no tiene una posición definida/lo que sea.

¿No es eso equivalente a decir porque no hemos visto Star X, no existe? ¡Está limitando la definición del universo a los límites de nuestra observación!

No, es equivalente a decir "debido a que no hemos obtenido ninguna evidencia de Star X, puede existir o no , su existencia no es definitiva". Técnicamente, un objeto no detectado existe como una función de onda. Aunque se vuelve un poco filosófico y se reduce a "Si un árbol cae en un bosque y no hay nadie cerca para escucharlo, ¿hace algún sonido?"

Este aparente salto es una invocación del positivismo lógico. El positivismo lógico es la filosofía por defecto en la física, es indispensable y ha sido la fuente de ideas no triviales que han sido cruciales para el progreso durante más de un siglo.

No puedes suponer que hay una posición y un momento simultáneamente en la partícula, porque este punto de vista te llevaría a creer que existe una probabilidad para la posición y el momento, y que cada posible posición y momento evoluciona independientemente. Esto es incompatible con las observaciones. Sin posición independiente, la imagen del momento puede ser diferente de la mecánica clásica newtoniana.

Puede ver esto, porque un paquete de ondas con un momento casi definido se mueve como la partícula clásica, un paquete de ondas con una posición casi definida está en un punto, como una partícula clásica, así que juntos, si ambos están bien definidos en todo momento, la partícula estaría moviéndose de una posición definida a una posición definida como en la mecánica clásica. Esto es imposible, porque daría lugar a trayectorias nítidas y sin difracción de electrones alrededor de los objetos. La difracción de electrones se observa todos los días.

Todavía se puede afirmar que la posición es una variable oculta, y no el momento, pero entonces el momento solo se define parcialmente, como una propiedad de la onda portadora. Esto es lo que sucede en la teoría de Bohm.

La razón por la que no se pueden asignar variables ocultas de manera obvia a las partículas en la mecánica cuántica es porque el cálculo de las diferentes posibilidades no es un cálculo de probabilidad, sino un cálculo de amplitudes de probabilidad, y las amplitudes de probabilidad no tienen una interpretación por ignorancia.

Para ver esto, considere una partícula que puede pasar de un estado$|0\rangle$(donde algún bit físico que describe su posición es 0) al estado de superposición$|0\rangle+|1\rangle$y de$|1\rangle$a$-|0\rangle + |1\rangle$en un cierto período de tiempo, digamos 1 segundo. Ahora comience en el estado ($|0\rangle+|1\rangle$), ¿lo que sucede? Por linealidad, terminas en el estado definido$|1\rangle$. Entonces, si considera que "1" es un estado definido, se vuelve más incierto, pero en la combinación incierta, ¡se recongela para volverse seguro! Esto no sucede en la probabilidad, porque las diferentes ramas probabilísticas no pueden combinarse con un signo menos de la forma en que lo hicieron arriba en la mecánica cuántica para deshacerse del$|0\rangle$componente.

El problema de los signos hace que la interpretación de la ignorancia de la mecánica cuántica sea insostenible --- solo las probabilidades son ignorancia, y solo en el límite de sistemas muy grandes la mecánica cuántica (aproximadamente) reproduce algo como la probabilidad. Esto implica la observación.

La forma en que se construyó la teoría fue aplicando cuidadosamente el positivismo lógico en cada etapa, y si uno no interioriza y aplica el positivismo, no obtiene la teoría. Consulte esta respuesta relacionada: ¿Cómo se puede derivar la indeterminación en la mecánica cuántica de la falta de capacidad para observar una causa?

La mecánica cuántica describe todo con "funciones de onda" o "vectores de estado" que proporcionan probabilidades de posición, velocidad, etc. Como dice Caraiani Claudiu, los detalles matemáticos hacen imposible que una función de onda proporcione una probabilidad del 100% para una posición particular y una velocidad concreta.

Además, se ha demostrado de muchas maneras que es muy difícil hacer una teoría más profunda que explique la mecánica cuántica: proponer un nuevo conjunto de leyes que den lugar a un comportamiento promedio que coincida con la mecánica cuántica. La teoría de David Bohm es la aproximación más simple a esto, pero es difícil extenderla a la relatividad ya los fermiones.

Así que la mayoría de los físicos intentan creer que la mecánica cuántica es el marco final de la física y construyen racionalizaciones para esta posición intelectual. Dirán que nada es real hasta que lo mides, o que el electrón hace todo a la vez hasta que lo miras (y luego lo ves haciendo una sola cosa), o que por definición no vemos lo que vemos. Por lo que veo, no debería importarnos si la teoría no ofrece una explicación coherente de lo que sucede entre las mediciones.

Entre los intentos de dar sentido a la mecánica cuántica, también debo reservar una mención especial para la creencia en "muchos mundos", según la cual todas las posibilidades en la función de onda son igualmente reales y ocurren en partes separadas de un "multiverso". Al menos esto parece un intento de restaurar una concepción objetiva de la realidad, sin juegos verbales. Sin embargo, si examina los detalles, encontrará que no existe una "teoría de muchos mundos" en el sentido de un conjunto de conceptos coherente y autosuficiente. Posiblemente podría haber una teoría de muchos mundos algún día, pero por el momento es solo otro muro de palabras.

Hay varias razones para la persistencia de esta situación patológica.

Primero, la mecánica cuántica funciona muy bien. No solo hace predicciones exitosas, es un marco que puede extenderse para incluir nuevas partículas y nuevos tipos de interacción, sin abandonar el principio de incertidumbre y todas las demás características que lo hacen insatisfactorio como teoría definitiva .

En segundo lugar, aunque no ofrece una explicación conceptualmente coherente de la realidad objetiva, sí ofrece un marco autónomo coherente para hacer predicciones sobre fenómenos observables , si eso es todo lo que le interesa.

En tercer lugar, la dificultad matemática de la física fundamental es tal que la gente no tiene espacio en la cabeza para tratar de explicar la mecánica cuántica en sí misma. Las personas que intentan hacer eso, con muy pocas excepciones, generalmente no trabajan con las teorías más avanzadas.

Y cuarto, debe ser difícil descubrir la verdad sobre esto. Es posible que tengamos que desarrollar un conjunto completamente nuevo de conceptos por medio de los cuales comprender las entidades básicas y sus propiedades. Puede que no haya partículas, y puede que no haya posición o velocidad como se imagina actualmente. Esos pueden ser simplemente conceptos informales de sentido común, empujados a dominios donde en realidad no se aplican. Cada vez que escuchas a alguien decir que la mecánica cuántica definitivamente implica una imagen particular de la realidad objetiva (o peor aún, decir que implica que no existe una realidad objetiva), no estás escuchando la verdad, solo estás escuchando el dogma, el deseo de un ser humano estar en posesión de la verdad aun cuando no lo esté.

Bueno, todo es posible , porque esto es ciencia, y la teoría cuántica es una teoría científica: podría resultar que nuestra teoría de la mecánica cuántica sea incorrecta, al igual que se demostró que la mecánica newtoniana es inadecuada. Pero no hay una buena razón para apostar por ello , y por una sencilla razón:

La teoría cuántica se parece mucho a una teoría que discute un Universo que tiene límites de información fundamentales incorporados: la interpretación más simple, a menos y hasta que demostremos lo contrario con un experimento que falsifica la teoría, es que el Universo economiza ( cómo implementa esto , no podemos saberlo con certeza, ya que el lenguaje de la teoría cuántica es nuestro modelo de la misma, y ​​uno que en sí mismo no economiza muy bien su información; Dios no nos dio el "código fuente" para dejarnos ver la forma en que " realmente se hace bajo el capó") cuánta información asigna a las partículas y otras entidades físicas y, además, utiliza esta economización para dar estructura a la materia.

Además, mientras que algunos han tratado de interpretar la teoría cuántica, el más famoso David Bohm, para tratar de encontrar una comprensión consistente con su información adicional "oculta", para que estas teorías no contradigan la evidencia observacional, esa información "oculta" tiene que permanecer oculto y, por lo tanto, realmente no nos ayuda en nada: en particular, no dice en absoluto que podamos eludir la limitación. Finalmente, a la luz de la estructura de la teoría como se acaba de decir, tal interpretación parece bastante artificial y un poco contraria: es como agregar taquiones a la teoría de la relatividad especial, una teoría cuyo postulado básico se puede dar de manera más elegante como que hay un mínimo latencia dependiente de la distancia en todas las formas de comunicación.

De hecho, uno puede ver la razón detrás del principio de incertidumbre de Heisenberg como una propiedad matemática. El vínculo entre la física y las matemáticas lo proporciona la obra fundacional de Planck y de Broglie. Establecieron el vínculo entre energía/momento y frecuencia/k-vector.

Por lo tanto, el libro de texto general sobre mecánica cuántica siempre comienza expresando las partículas como ondas planas. Dado que estas ondas planas forman una base ortogonal para el espacio tridimensional (o el espacio-tiempo tetradimensional), la mecánica cuántica toma efectivamente la transformada de Fourier del universo. Las propiedades de las transformadas de Fourier conducen inevitablemente al principio de incertidumbre de Heisenberg. No podría haber sido de otra manera.

Tal vez se pueda argumentar que, dado que también hay casos en los que se aplica la relación de incertidumbre de Heisenberg que no están relacionados a través de una transformada de Fourier, la física debería ser más fundamental. Sin embargo, esos casos representan el principio matemático subyacente que es responsable de las propiedades de la transformada de Fourier. Este principio subyacente es el hecho de que las bases que se relacionan a través de la transformada de Fourier, así como esos otros casos, son (a falta de un término mejor) mutuamente imparciales. No es difícil ver por qué esta relación "mutuamente imparcial" conduciría a la relación de incertidumbre matemática, que aparece como la relación de incertidumbre de Heisenberg en física.

La gente tiende a decir, este es el principio de Heisenberg, que esto es algo profundo, pero la gente tiende a olvidar algo, esto es un hecho matemático y fue mucho antes de Heisenberg en el análisis clásico de Fourier. Es como decir k sen^2(x) + k cos^2(x)=k es tu principio. Bueno, elimine la k y verá que este principio fue mucho antes que usted.

http://www.nato-us.org/analysis2000/papers/havin.pdf