¿Por qué el entrelazamiento cuántico no es solo una falta de información?

Considere la situación en la que tiene dos electrones entrelazados entre sí, sabe que uno tiene un giro hacia arriba y el otro tiene un giro hacia abajo, pero no cuál es cuál. Todo lo que sabes es que para un electrón dado, la probabilidad de que tenga cualquiera de los espines es 50/50. Ahora suponga que va a medir el giro de uno de estos. Considere las siguientes dos teorías sobre lo que sucede a continuación:

1. De acuerdo con la interpretación de Copenhague de la mecánica cuántica, cada uno está en una superposición de girar hacia arriba y girar hacia abajo. En el instante en que mido uno de ellos, decidirá aleatoriamente si está arriba o abajo, y enviará una señal instantánea al otro para que de repente tenga el giro opuesto.

2. De lo que estás hablando es de una teoría de variables ocultas locales. Si bien no conocemos el giro de cada electrón, usted afirma que está allí como una 'variable oculta' que definitivamente existe describiendo esto, y que no hay una interacción instantánea no local entre los electrones. Cuando medimos el giro de un electrón, simplemente leemos esta variable. Siempre estuvo en ese giro, no hubo colapso de la función de onda. Einstein fue un notable defensor de esta teoría, ver EPR Paradox .

Durante mucho tiempo, la gente pensó que sería imposible distinguir la diferencia entre estas dos teorías. Si bien funcionan de maneras completamente diferentes, ¿cómo es posible que diseñes un experimento para notar la diferencia? La respuesta fue proporcionada por John Stewart Bell en la forma de lo que se conoce como Desigualdades de Bell , que muestran que si realiza algunos experimentos ingeniosamente diseñados, ¡debería esperar un resultado diferente dependiendo de cuál de las dos teorías anteriores es correcta!

Para tener una idea de cómo podría funcionar un experimento de este tipo, eche un vistazo a la página de Wikipedia en inglés simple sobre el teorema de Bell , que ofrece una metáfora muy agradable. El sistema descrito allí se puede crear utilizando estados de partículas entrelazadas.

Suponga que tiene cuatro canicas, cada una negra o blanca. Debido a que aún no los ha mirado, solo está consciente de ciertas probabilidades. De una forma u otra, suponga que sabe que las canicas 1 y 2 tienen solo un 5% de probabilidad de tener un color diferente. Del mismo modo, las canicas 2 y 3 tienen solo un 5 % de probabilidad de tener un color diferente, y lo mismo ocurre con las canicas 3 y 4. Entonces puedes concluir que las canicas 1 y 4 tienen como máximo un 15 % de probabilidad de tener un color diferente --- porque en Para que 1 y 4 sean de diferente color, debe darse el caso de que 1 y 2 sean de diferente color o 2 y 3 de diferente color o 3 y 4 de diferente color.

Ahora suponga que su conclusión resulta ser incorrecta, que en realidad las canicas 1 y 4 tienen un 95 % de posibilidades de tener un color diferente. Entonces algo debe haber estado mal con su razonamiento, y si analiza las diversas cosas que podrían haber salido mal, encontrará que el culpable más plausible es su suposición de que las canicas comenzaron con colores bien definidos.

Algo muy parecido sucede en la mecánica cuántica. (En la versión de mecánica cuántica, no es posible examinar las canicas 1 y 3 al mismo tiempo, o examinar las canicas 2 y 4 al mismo tiempo). Y como puede ver arriba, si el único problema fuera "falta de información", aún podría concluir que sus canicas cuánticas 1 y 4 pueden tener un color diferente como máximo el 15% del tiempo, y luego los experimentos demostrarían que está equivocado.

¿Por qué debería suponerse que los electrones entrelazados solo "decidirán" su estado después de la observación?

En mi opinión de experimentador esto se llama antropomorfismo, es decir, asignar conciencia a la partícula elemental.

El electrón no decide nada, está en una trayectoria de tiempo funcional inevitable como un péndulo que oscila bajo la gravedad, excepto que la función que describe el comportamiento de las partículas elementales describe probabilidades como funciones de (x, y, z, t) y no trayectorias/ trayectorias en en (x,y,z,t). Incluso el término "colapso" es confuso y engañoso en este sentido. Es la medida que saca un valor concreto de entre todos esos probables, no pasa nada mágico.

Debes contemplar las probabilidades. Tenemos tablas actuariales que dicen que la probabilidad de estar vivo a los 65 años si eres hombre en Grecia (mi país) es superior al 80%. ¿Significa eso que un varón de 60 años está en un caso indeterminado? Sí, pero este macho no está repartido en 65 o 100 años ni vivo ni muerto . La curva de probabilidad se compone de un gran número de observaciones y se le da una forma funcional en función del tiempo. Él, a los 60 años existe entero y sólo la medida al morir evaluará en qué parte de la curva de probabilidad frente al tiempo pertenecía esa medida.

Por lo tanto, no sé qué hace que los estados de los electrones sean tan especiales.

Uno debería pensar en las partículas elementales como "entidades mecánicas cuánticas", no son partículas como bolas de billar ni ondas en (x,y,z,t). Se describen por probabilidad en (x,y,z,t), ondas, porque la probabilidad es una solución de ecuaciones de onda y tiene una variabilidad sinusoidal en el espacio.

El electrón es especial porque es una partícula elemental y muestra propiedades que no son evidentes en las bolas de billar y la extensión de las propiedades de las bolas de billar a las partículas puntuales clásicas. El modelo clásico no funcionó cuando las observaciones alcanzaron el microcosmos y requirieron la teoría de la mecánica cuántica. (infinitos cayendo en el átomo, sin explicación de espectros, radiación de cuerpo negro, etc.).

Y uno debería tratar las probabilidades asociadas a la dependencia funcional del comportamiento de las partículas elementales como tales, es decir, como probabilidades .

Es erróneo pensar que el electrón está esparcido por todo el lugar en (x,y,z,t) como es erróneo pensar que un hombre de 60 años no está vivo ni muerto en los 100 años esparcidos. Los atributos (como giro hacia arriba o hacia abajo) que definen al electrón no se conocen a menos que se realice una medición/observación, ya que el estado del hombre nacido en 1954 (vivo o muerto) no se conoce hasta que se realiza una verificación. Una vez que se realiza una verificación, se aplicará una nueva curva de probabilidad (tabla actuarial) al hombre y, de manera similar, se aplicará una nueva función de probabilidad a un electrón una vez que se realice una medición. Las condiciones de contorno han cambiado.

Disculpas a SE por el hecho de que estoy reutilizando partes de una respuesta que escribí anteriormente, pero para responder a la pregunta central de por qué no puede asumir que el sistema tiene un estado particular antes de la medición, creo que este es el ejemplo más fácil de pensar.

Considere dos sistemas cuánticos entrelazados que se describen mediante tres propiedades, A, B y C, cada una de las cuales puede tomar un valor de arriba o abajo.

Los dos sistemas se pueden enredar de tal manera que si mide la misma propiedad en ambos sistemas, obtendrá el mismo resultado el 100% de las veces, y cada caso ocurre el 50% de las veces. Es decir, ambos sistemas se dan por vencidos el 50% del tiempo o ambos sistemas se dan por vencidos el 50% del tiempo, pero nunca obtendrá un resultado en el que un sistema se da por vencido y el otro se da por vencido. Solo para reiterar, es solo cuando mide la misma propiedad, es decir: ambos A, ambos B o ambos C.

Pero aquí está el problema si mide diferentes propiedades, obtendrá la misma dirección el 25% del tiempo y direcciones opuestas el 75% del tiempo. Por ejemplo, si mido A en un sistema y da un resultado de arriba, entonces cuando mido B en el otro sistema subiré el 25% del tiempo y bajaré el 75% del tiempo.

No hay forma de preasignar arriba o abajo para que sean diferentes el 75% o el tiempo. Si lo piensa, lo mejor que puede hacer es diferenciar 2/3 veces excluyendo los casos en los que A, B y C son todos iguales. La única otra forma de evitar esto es asumir que la medición de un sistema afecta instantáneamente al otro, pero estos sistemas están arbitrariamente separados y espaciados, por lo que quién mide primero es relativo a su marco de referencia.

La solución más simple es concederle la capacidad de asignar un valor antes de la medición.