Observadores ocultos en experimentos de doble rendija: ¿importan?

Estoy un poco insatisfecho con todas las otras respuestas porque no tienen unidades. Para medir por qué rendija pasa el electrón, debe perturbarlo al menos en el orden de una unidad de acción (es decir, ħ). Si lo perturba lo suficiente como para medirlo, destruye el patrón de interferencia. Puede perturbarlo menos que eso y obtener una pequeña cantidad de información estadística sobre la rendija por la que pasó, y esto solo desdibujará ligeramente el patrón de interferencia. Entonces, hay una compensación entre la cantidad de información que obtienes y qué tan borroso se vuelve el patrón de interferencia. No voy a trabajar esto en detalle.

Por supuesto que el patrón de interferencia desaparece tanto si eres consciente como si no del experimentador que ha bombardeado los electrones con otras partículas.

Las predicciones de la mecánica cuántica seguramente son independientes de la "conciencia" de los otros objetos, que es lo que puede llevar a algunas personas a la misma pregunta que la tuya. La mecánica cuántica es válida para las predicciones de cualquier fenómeno observado, ya sea que incorporen objetos macroscópicos y humanos o no.

El electrón se enreda con algunas partículas adicionales (¿fotones?) que alguien usa para bombardear los electrones. Estos fotones no serán detectados de nuevo. Solo observaremos electrones, por lo que es suficiente describirlos por la matriz de densidad solo para electrones. Matemáticamente:

Es por eso que se nos permite rastrear la matriz de densidad sobre el espacio de Hilbert de los fotones y, al hacerlo, la información sobre la fase relativa de las porciones de la rendija izquierda y la rendija derecha de la función de onda del electrón desaparece (porque estas dos porciones están enredados con diferentes funciones de onda ortogonales de los fotones), razón por la cual la interferencia ya no es posible.

Entonces, el patrón de interferencia desaparece incluso si nadie más está observando los fotones reflejados.

Donde la mecánica cuántica "requiere" conciencia o conocimiento activo es cuando se pregunta para quién se hacen las predicciones de QM. No están hechos para un mundo objetivo: en el nivel fundamental, no existe ninguno. Las predicciones de QM están destinadas a ser utilizadas por un "observador consciente" que puede observar los resultados reales de los experimentos, cuyas probabilidades se calculan como valores esperados de los operadores de proyección correspondientes a las preguntas Sí/No.

Pero una vez que eres tal observador, puedes tratar todos los objetos del mundo a la par, como sistemas ciegos de partículas que obedecen universalmente las leyes de la mecánica cuántica. Su "humanidad" o "conocimiento" o "plan para explotar una observación" o "conciencia" es totalmente irrelevante para sus predicciones y su verificación.

La verdadera "paradoja" de que un observador sepa acerca de otro observador es que el observador A puede observar al observador B que observa el sistema S. Según B, los resultados de las mediciones se conocen siempre que B los "perciba". Sin embargo, A puede evolucionar B+S en superposiciones tipo gato de Schrödinger y solo "colapsarlas", es decir, interpretarlas una vez que A percibe sus observaciones. Entonces, A, B pueden estar en desacuerdo cuando "los hechos se convirtieron en hechos". Pero esta pregunta "cuando un hecho se convirtió en un hecho" no es medible: cualquier observador puede "retrasar" este momento hasta el momento en que realmente percibe los resultados, y no habrá contradicciones en las percepciones finales de A, B. (Por supuesto, A también puede calcular de forma única el momento anterior cuando B dice "ahora sé el resultado": este momento es antes de que A observe la situación, y es anterior porque es independiente del resultado real que percibe B. Sin embargo, B sigue siendo solo una parte del mundo físico aburrido para A).

En respuesta a la respuesta de Luboš, Fraggle escribe

El tema para mi es este. ¿Qué hace que un electrón "cambie" de tener probabilidades de posición que están algo dispersas en el espacio a tener probabilidades de posición que están mucho más localizadas y no tan dispersas (localizadas en una ranura u otra)? La respuesta, dado que no depende de la conciencia, solo debe depender de los tipos de interacciones que encuentra el electrón. ¿Qué tipo de interacciones harán que su posición se vuelva más definida (menos dispersa) y qué tipo no?

Las probabilidades de posición están localizadas por la colisión del electrón con la barrera que contiene las rendijas. Solo puede atravesar las rendijas, por lo que la función de onda que sale por el otro lado comenzará a parecer que surge de dos fuentes puntuales, una rendija y la otra rendija.

Pero este no es el problema. El problema es, ¿qué sucede con esa función de onda cuando los dos frentes de onda de las rendijas se extienden y se combinan? Si los electrones pasan a través de las rendijas sin ser observados, verá efectos de interferencia en el patrón de impacto que se acumula en el otro lado; pero si están siendo observados, no habrá efectos de interferencia. La naturaleza de "onda" parecerá haberse desvanecido, y solo tendrá un comportamiento de "partícula", un chorro de impactos similares a balas.

La explicación de esto no tiene nada que ver con la existencia de un observador oculto. Todo lo que se requiere es que haya algún rastro físico de la rendija por la que pasó el electrón. Por ejemplo, podría haber un objeto magnetizado microscópico cerca de cada rendija, que cambia su polaridad cuando pasa un electrón.

La razón por la que esto elimina la interferencia es que, en última instancia, las probabilidades cuánticas son probabilidades conjuntas. Una probabilidad cuántica está asociada con una configuración física total, y la interferencia de probabilidades cuánticas ocurre cuando dos o más historias convergen en el mismo total .configuración. En el escenario que acabo de describir, la forma en que apuntan los pequeños imanes es un grado adicional de libertad, y no solo tiene un "frente de onda desde la rendija 1" y "frente de onda desde la rendija 2" que luego se superpondrán e interferirán en su camino a la pantalla de impacto. En realidad, tiene un conjunto de probabilidades para "el electrón pasó por la rendija 1 y el imán en la rendija 1 se volteó", y otro conjunto de probabilidades para "el electrón pasó por la rendija 2 y el imán en la rendija 2 se volteó". Es por eso que, cuando parece que los frentes de onda de las rendijas deberían combinarse e interferir, no lo hacen: porque en realidad son ondas de probabilidad para diferentes configuraciones, cuando miras la imagen completa, incluido el estado de los imanes, y para que nunca lleguen al mismo "punto"

Esta es la razón por la que algunas personas terminan creyendo en mundos paralelos o en la no localidad: parece que las probabilidades cuánticas realizan un seguimiento de los posibles estados totales del mundo físico y permiten que las ondas de probabilidad de "diferentes historias" converjan e interfieran. Entonces razonan que hay mundos paralelos e interactúan de alguna manera, o hay una coordinación no local de probabilidades dentro de un solo mundo.

Leonard Susskind lo explica bien en las conferencias 6 y 7 sobre entrelazamiento cuántico. Estas conferencias se pueden ver en línea (consulte las conferencias de educación continua de Stanford; Leonard Susskind).

Allí explica cómo cualquier registro de en qué dirección se fue la partícula destruye el patrón de interferencia sin importar si usted, como observador, es consciente del registro o no.

los estudiantes deben ser conscientes de los muchos problemas semánticos causados ​​al tratar de describir los comportamientos de QM con palabras que preexistían al estudio de QM. 1) no existe tal "cosa" como una "ola". La palabra "onda" es una descripción, o nombre, de un patrón que es periódico: se repite a intervalos regulares. "La ola (a la orilla del mar) me tumbó". Ese estallido de agua que surge periódicamente en la playa se llama ola por convención, pero no es una ola, y tampoco es periódico un solo estallido de agua, pero observar, medir y luego graficar el oleaje del océano da como resultado un gráfico con un atributo periódico.

2) los electrones, fotones, etc. no son partículas. La palabra partícula se definió mucho antes de QM y significa una pequeña cosa discreta con dimensiones finitas Y una vez fue parte de algo más grande. Los primeros exploradores de QM nos habrían hecho un favor a todos al inventar una nueva palabra.

3) no hay "paquetes" de energía. El paquete ya se definió como un pequeño recinto, completamente sellado, aunque solo fuera por un cordón, y lo que estaba dentro del paquete no estaba fuera del paquete. Con la energía, se dice que el "campo" (¡otra vez la semántica!) se extiende para siempre, debilitándose según la distancia desde el centro concentrado. "punto borroso" sería mejor que "paquete". las cosas se pueden entregar en paquetes, por lo que, según esa parte de la definición de paquete, el uso de la palabra paquete para describir un poco de energía es algo preciso.

Pasamos a los experimentos de doble rendija: sea lo que sea un electrón (o un fotón), puede (puede que no sealo) aislarse, jugar con él, ponerlo en uso y convertirlo en beneficio. Ese beneficio que se puede tener al menos le da valor en efectivo. Cuando el electrón es disparado desde una llamada "pistola" a una rendija doble, o a un alambre fino que divide un espacio en dos (rendija doble de Hitachi), el objetivo se pierde con la misma frecuencia con la que se golpea. Pistola de mierda. ¿Quieres estar preguntando por qué tan mala puntería? Y cuando los fallos pasan al objetivo, aparentemente no viajan en línea recta. ¿Quieres preguntar por qué no heterosexual? No se conoce la trayectoria completa del electrón. Algunas pueden ser bolas curvas, otras plomadas o incluso bolas de nudillos, y algunas parecen ser bolas duras. ¿por qué? Después de que cada electrón golpea el objetivo (en un estado de embriaguez, parece), eso es todo para ese electrón. El próximo electrón golpea en otro lugar del objetivo, y eso es todo para ese electrón. EsoES curioso que después de que se hayan lanzado muchos lanzamientos, los puntos de impacto se parecen a lo que llamamos una onda, pero de ninguna manera eso significa que los fotones o los electrones son ondas, ya que la onda no es una cosa sino un patrón con nombre. Aparentemente los electrones o fotones tienen trayectorias favoritas. Es lo que requiere explicación.

En cuanto a "observación", que es solo una palabra general para "medición". Una vez que sabemos por qué los electrones o fotones, etc., tienen trayectorias favoritas, puede ser más fácil explicar el patrón de rociado de grumos que se ve cuando se ponen en juego los aparatos de medición. Parece que una vez que el aparato de medición (perdón por mi francés) "f * cks" con el electrón, etc., se cae, como cuando se vuelca una peonza que está en alguna trayectoria.

Por alguna razón, en las ciencias físicas que condujeron al momento en que los pequeños fueron encontrados y nombrados por primera vez, se suponía que todo era "partícula" u "onda", por lo que se impuso la expectativa a los pequeños. Eso fue un error. El error nunca se solucionó, pero palabras como "wavicle" fueron un intento de solucionarlo.

Y nota: la "función de onda" no "colapsa". Los puentes colapsan, las funciones a veces dejan de ser útiles. Y el aparato de medición no "destruye" el patrón de interferencia, sino que cambia el patrón de electrones en el objetivo. ¡Qué mala elección de palabras!

Y quiero repetir lo que otros han dicho: nada de esto tiene que ver con que la conciencia humana se dé cuenta del informe de medición. Una vez que se enciende el aparato de medición, el patrón ondulado desaparece y el patrón de aglomeración de rociado comienza a manifestarse, ya sea que haya alguien observando o no. Lo comparo todo con una buena historia de quién lo hizo, y no con una fantasía.

Lo que dijo Luboš Motl. Pero quiero abordar la segunda parte:

entonces, ¿cómo es que los electrones no observados no se ven perturbados, ya que ciertamente interactúan con otros objetos, por ejemplo, otros átomos en la materia alrededor de la (s) rendija (s) sentirán un ligero tirón gravitacional a medida que pasa?

Cuando uno está pensando en un experimento de doble rendija, uno está en la región de la mecánica cuántica, es decir, las energías y longitudes de onda dentro del tamaño de hbar. No tenemos una doble rendija de tamaño macroscópico con respecto a las partículas y esperamos ver interferencia.

El "ligero tirón gravitacional a medida que pasa" es inconsistente con el marco de la mecánica cuántica. Habría que resolver el problema total de la mecánica cuántica, incluido el tirón gravitatorio de la materia, que afectaría infinitesimalmente al patrón de interferencia, pero seguiría funcionando como una amplitud de probabilidad QM para pasar a través de cualquiera de las rendijas.

Tu dices:

Todavía estoy luchando un poco con algunas ideas sobre los experimentos de doble rendija. Uno que sigue surgiendo para mí es el papel de los observadores.

Los observadores no tienen un papel especial en la mecánica cuántica. Una observación es solo un tipo de interacción entre dos sistemas: el aparato de medición y el sistema a medir. Esta interacción no necesita ser directa. Por ejemplo, puede medir dónde está un objeto reflejando la luz y mirando la luz en lugar de mirar el objeto directamente. Una medición toma información del sistema medido y la copia en el instrumento de medición y posiblemente también en otros sistemas.

Cuando haces un experimento de interferencia, pones un sistema en un estado en el que algunos de sus observables no son nítidos: no tienen un solo valor. Por ejemplo, en el caso de que un electrón pase por dos rendijas, el electrón no tiene un solo valor de posición. Luego, cambia el sistema de tal manera que termina en un estado que refleja los cambios de fase entre diferentes instancias del electrón a lo largo de diferentes caminos y mide ese estado. Por ejemplo, si tiene un campo magnético entre las rendijas y la pantalla que puede cambiar el patrón de interferencia al hacer que las diferentes instancias del electrón tomen una fase diferente entre las rendijas y la pantalla.

Una medición destruye el patrón de interferencia mientras que otras interacciones pueden cambiarlo. ¿Cual es la diferencia? La diferencia es la información que se propaga desde el electrón hasta el aparato de medición. El patrón de interferencia depende de las relaciones de fase entre las diferentes instancias del electrón. La medición difunde parte de esa información en el aparato de medición y cualquier cosa con la que interactúe y eso evita la interferencia. Otras interacciones como la interacción con el campo magnético, no producen esa transferencia de información y por tanto no detienen la interferencia.

¿Qué pasa con las rendijas? La pantalla con las rendijas es un objeto relativamente grande y está en un estado mixto en el que tiene una distribución de probabilidad para estar en estados de, digamos, -1.000.000 a +1.000.000 de momentos electrónicos. (No sé los números exactos y todo lo que importa es que son grandes.) Si el electrón interactúa con la pantalla, cambia el momento de -999,999 a +1,000,001, digamos. La probabilidad de que haya una diferencia detectable es la probabilidad de encontrarla en un estado en el que no podría estar sin la interacción: en este caso, la probabilidad de que esté en el estado +1 000 001, que es muy pequeña. Entonces, la probabilidad de que la información necesaria para la interferencia se propague es muy pequeña. (Lo mismo ocurre con las interacciones gravitatorias entre las rendijas y el electrón). Por el contrario,

No ves el patrón de interferencia debido a la interacción entre el electrón y su aparato de medición. Si sabes que están allí no tiene nada que ver con eso.

Si desea leer más sobre esto, puede leer documentos como estos:

http://arxiv.org/abs/quant-ph/0105127

http://arxiv.org/abs/quant-ph/0306072

http://arxiv.org/abs/1212.3245

http://arxiv.org/abs/quant-ph/0104033 .

Me gustaría agregar a la respuesta de user31182 y al anser de Peter Shor .

De estas y otras respuestas se deducirá que si hay una perturbación en el experimento a través de una interacción con los electrones, aparecerá como una perturbación en el resultado, ya sea que el experimentador "principal" sepa o no sobre el experimentador "oculto". .

Entonces, ahora otra forma de ver lo que ha aprendido es esta: ahora tiene una buena comprensión de la esencia de cómo funciona la criptografía cuántica, o al menos una buena idea de cómo se trata el problema de la intercepción . Es decir, puede organizar las cosas de modo que si alguien escucha a escondidas sus datos, entonces se enterará porque este escuchar a escondidas necesariamente implica una interacción lo suficientemente fuerte con el sistema cuántico para cambiar las estadísticas del resultado. En palabras de Peter Shor, se organiza el esquema de codificación de modo que suficiente interacción para escuchar a escondidas sea suficiente interacción para que el resultado experimental del receptor se desplace lo suficiente como para detectar escuchas.

En general, tales experimentos mentales que involucran a "observadores conscientes" ya no se abordan mucho, ya que un observador consciente es un sistema enormemente complicado y sin caracterizar. No tiene sentido tratar de modelar tal complejidad. En cambio, reemplazamos al experimentador y sus herramientas de comercio y medidas por observables cuánticos.. Ahora percibo por su pregunta que es posible que no haya alcanzado el nivel de tratar con el concepto de un observable: un "operador" en un estado cuántico junto con una receta especial sobre cómo interpretamos la imagen del estado cuántico bajo la acción. de este operador: dicho de otro modo: cómo descodificamos la imagen del estado cuántico en las estadísticas que rigen los resultados de nuestro experimento. Si no, le sugiero que intente aprender algo sobre este concepto ahora, porque abstrae la noción de una "observación" o una "medida" y si es lo suficientemente inteligente como para hacer la pregunta que tiene, y si tiene diga matemáticas de primer y segundo año detrás de usted con álgebra lineal, ¡entonces está listo para comenzar, en mi opinión! La espinosa cuestión de la "observación consciente" se elude claramente: una interacción/observación/medida es simplemente reemplazada por estos operadores: simplemente son, ya sea que estén ocultos o no para el experimentador "principal". La "observación" en cuestión ha tenido lugar si y sólo si el modelo observable cuántico ha sido impartido al estado cuántico. Fin de la historia. El operador simple que describe una medida toma el estado cuántico como entrada, devuelve una medida de valor real yde alguna manera (la respuesta a esto de alguna manera es el problema de la medición cuántica ) inmediatamente después de la aplicación del "observable", el sistema cuántico está en el estado propio del operador del observable que corresponde al valor medido. Eso es todo al respecto.

Una idea diferente, pero relacionada, en la que quizás desee pensar es el experimento mental del amigo de Wigner. Aquí sabes que hay un segundo experimentador, pero no sabes qué tienen como observador. Vea mi respuesta aquí para más detalles.

En realidad no es necesario perturbar el electrón con fotones ni nada más. Se requiere una medición, pero una medición es solo una observación.

Considere el caso en el que está mirando una de las rendijas para ver si el electrón va por ese camino. Si no es así, sabes que fue al revés. ¡Esta es una observación!

La pregunta es, ¿qué es lo que has hecho? En la interpretación de Copenhague, su conocimiento ha colapsado la función de onda. Esta interpretación lleva a todo tipo de preguntas como "¿qué es un observador?"

La interpretación de Muchos Mundos trata esto de una manera diferente, que es más natural para algunas personas. Observar si el electrón pasó crea un enredo con el observador. Eso evita que el observador vea el otro resultado. Es decir, nunca verá llegar el electrón en dos lugares.

Probador de bombas Elitzur-Vaidman

¿Se trata de un estado dual de la materia, interferencia o colisión con las superficies interiores y las esquinas del espesor de la pared? El grosor de la pared es enorme en comparación con el tamaño de las partículas.

¡¡¡Pensar en!!!

Dices: "Uno que me sigue surgiendo es el papel de observadores". Dicen: "cuando ponemos sensores cerca de las rendijas", no "si miramos el experimento desde un rincón de la habitación"...

Hice una película corta que explica esto, espero que lo encuentre útil: http://www.youtube.com/watch?v=gBm6Y82Mz3g