En la siguiente respuesta me voy a referir a la evolución unitaria de un vector de estado cuántico (básicamente la Ecuación de Schrödinger que proporciona la tasa de cambio con respecto al tiempo del estado cuántico o función de onda) como$\mathbf{U}$. Me voy a referir a la reducción del vector de estado (colapso de la función de onda) como$\mathbf{R}$. Es importante señalar que estos dos procesos son separados y distintos.$\mathbf{U}$se entiende bien y se puede modelar con precisión con las ecuaciones de QM,$\mathbf{R}$no se entiende bien y algunos físicos piensan que será necesario modificar QM para incorporar este proceso de reducción de vector de estado.

Hay mucho que decir sobre el$\mathbf{R}$proceso, pero abordaré su pregunta directamente; básicamente "¿es la conciencia la que reduce el vector de estado/colapsa la función de onda?". Entre los que toman esta explicación en serio como una descripción del mundo físico, hay quienes argumentarían que, como una alternativa a la confianza$\mathbf{U}$en toda escala y creyendo en un punto de vista del tipo de muchos mundos - que algo de la naturaleza de este$\mathbf{R}$El proceso ocurre cada vez que la conciencia de un observador se ve involucrada. E. Wigner esbozó una vez una teoría de este tipo en Nature en los años 60. La idea general era que la materia inconsciente o materia inanimada, evolucionaría de acuerdo a$\mathbf{U}$, pero tan pronto como una entidad consciente se enreda físicamente con el estado, algo nuevo entra y realmente reduce el estado (algunos$\mathbf{R}$proceso).

El postulado de que es la conciencia la que causa este colapso es muy difícil de desacreditar, debido a la naturaleza misma de este tipo de argumento. Sin embargo, si considera el siguiente ejemplo, debe quedar claro que esta imagen está lejos de ser completa; y que este argumento a favor de la conciencia que causa la$\mathbf{R}$proceso no es suficiente. Considere el clima, los patrones climáticos detallados que ocurren en cualquier planeta, que dependen de procesos caóticos, que son muy sensibles a numerosos eventos cuánticos individuales. Si el$\mathbf{R}$proceso no tiene lugar en realidad en ausencia de conciencia, entonces ningún patrón climático particular podría establecerse a partir del pantano de alternativas cuánticas superpuestas. ¿Podemos realmente creer que el clima en estos planetas permanece en superposiciones de números complejos de innumerables posibilidades distintas, solo un lío total y nebuloso bastante diferente del clima real, hasta que algún ser consciente se da cuenta de ello y luego en ese punto, y solo ese punto ? el tiempo superpuesto se convierte en tiempo real? No lo creo, ¿y tú?

Personalmente creo que podemos esperar alguna enmienda a QM si este proceso$\mathbf{R}$alguna vez será suficientemente explicado. Un modelo candidato para explicar este proceso de reducción es el vector de estado inducido gravitacionalmente (y sus descendientes). Hay fuertes razones para sospechar que la modificación de la teoría cuántica (QT) que será necesaria, si alguna forma de$\mathbf{R}$se va a convertir en un proceso físico real, debe involucrar el efecto de la gravedad de una manera seria. Algunas de estas razones tienen que ver con el hecho de que el marco mismo de QT estándar encaja incómodamente con el espacio-tiempo curvo que exige GR. Sin embargo, la mayoría de los físicos parecen reacios a aceptar que tal vez QT necesite un ajuste para facilitar una unión exitosa con GR. Roger Penrose describe un nuevo modelo (basado en otros candidatos) en su libro The Shadows of the Mind (¡no es una lectura fácil!) que utiliza un modelo de gravedad cuántica para explicar el escurridizo proceso cuántico.$\mathbf{R}$- Vale la pena leerlo si desea comprender mejor este proceso misterioso y su implicación en la conciencia humana.

Espero que esto ayude.

Un electrón, de hecho cualquier partícula, no es ni una partícula ni una onda . Describir el electrón como una partícula es un modelo matemático que funciona bien en algunas circunstancias, mientras que describirlo como una onda es un modelo matemático diferente que funciona bien en otras circunstancias. Cuando elige hacer algún cálculo del comportamiento del electrón que lo trata como una partícula o como una onda, no está diciendo que el electrón es una partícula o una onda: simplemente está eligiendo el modelo matemático que lo hace más fácil. para hacer el calculo.

La siguiente pregunta es OK, ¿qué es un electrón entonces? Por el momento nuestra mejor descripción es que el electrón es una excitación de un campo cuántico . El uso de la teoría cuántica de campos nos permite calcular el comportamiento de los electrones, ya sea que estén involucrados en interacciones de tipo partícula u onda. Esto no significa que el electrón sea un campo cuántico, y es casi seguro que reemplazaremos la teoría cuántica de campos por alguna aún más complicada, por ejemplo, algún desarrollo futuro de la teoría de cuerdas .

El colapso de la función de onda es un tema aparte, y uno que ha generado muchas deudas a lo largo de los años. Creo que el consenso general es que el colapso de la función de onda es una manifestación de un proceso más general llamado decoherencia .

En diferentes interpretaciones de la mecánica cuántica, la definición de "medida" es diferente. Pero creo que sería suficiente si le doy solo cinco de los cuales puede elegir usted mismo.

• En las interpretaciones de Copenhague/von Neuman, el colapso de la función de onda lo provoca el observador. Esta persona tiene la propiedad especial de la que ningún otro objeto en el universo es capaz. En la interpretación de Copenhague, el colapso puede ser provocado por cualquier sistema que esté conectado al observador, incluido el aparato de medición y el medio externo (si el observador no está aislado de él). Todas las cosas se pueden dividir arbitrariamente en el sistema observado y el sistema de medición mediante el llamado "corte de Heisenberg" con el único requisito de que el sistema de medición incluya al observador.

• La interpretación de von Neuman es el caso límite de la interpretación de Copenhague, donde el corte de Heisenberg se coloca lo más cerca posible del observador. Como tal, incluso las partes de su cerebro aún pueden considerarse parte del sistema observado. En la interpretación de von Neuman, el colapso de la función de onda ocurre cuando el observador siente que algún qualia (sentimiento) depende del valor medido.

• En la interpretación de Bohm, el colapso de la función de onda ocurre cuando el observador introduce en el sistema medido alguna perturbación, lo cual es inevitable al realizar la medición. La diferencia entre la medida y cualquier otra interacción es que la perturbación que introduce la medida es desconocida de antemano. Esto se debe a que se desconocen las condiciones iniciales de un sistema que contiene al observador. En otras palabras, el observador siempre contiene información que es desconocida y no puede ser determinada por ningún medio debido al problema de autorreferencia. Thomas Breuer llamó a este fenómeno "decoherencia subjetiva". Los filósofos creen que esta imprevisibilidad del sistema que contiene al observador por sí mismo, define el libre albedrío.

• En la interpretación relacional, el colapso ocurre cuando la interacción afecta la medición final realizada por el observador final en la función de onda universal en el futuro infinito. Como tal, para que ocurra el colapso, el resultado de la interacción debería afectar de alguna manera al medio externo, las estrellas, etc., ya sea ahora o en el futuro, en lugar de recuperarse y perderse.

• En la interpretación de muchos mundos, el colapso de la función de onda nunca ocurre. En cambio, lo que el observador percibe como el colapso es solo el evento de enredo del observador con el sistema observado.

Hacia una mejor imagen de la dualidad

En el experimento de la doble rendija de Young, la dualidad onda-partícula (uno por un fotón) es más un problema de "imagen del modelo" que filosófico: vea la interpretación de Y. Couder, por usted mismo (!),

Experimentos de Youtube Couder

La partícula cuántica TIENE una ubicación, solo hay una limitación para elegir un buen modelo pictórico cuando está limitado por las opciones de imagen de "onda o partícula": Couder demuestra que existe una buena imagen, de un modelo de "objeto intermedio de onda/partícula". !

Imagine un "objeto localizable" que no tiene un límite bien definido, pero tiene un límite de distancia bien definido (~lambda) para interactuar con obstáculos (otros objetos).

En este pequeño video se ven los objetos uno por uno, cambiando (o no) la trayectoria rectilínea por la "interacción oscilante" con el obstáculo (de doble rendija), no por la pantalla posterior al obstáculo como "observador".

Hay un artículo en línea sobre el experimento .

PD: por supuesto, si una observación constituye una medición frente a la pantalla, interferirá en el resultado, cambiando el patrón de interferencia en la pantalla.

La función de onda no es un objeto material. No es un proceso ondulatorio en un espacio tridimensional. (como se ve tan pronto como se considera la función de onda de dos o más partículas en el problema de muchos cuerpos). Es un objeto matemático en un espacio de configuración tridimensional donde n es el número de partículas que interactúan. Esencialmente contiene toda la información estadística sobre un sistema que es posible tener, como una especie de lista gigante. Si realiza una medición, efectivamente agrega una condición que el sistema obedece, lo que reduce las posibilidades y ahora está considerando un subconjunto de la lista original. Esto es lo que es el colapso de la función de onda.

Actúan como ondas y partículas todo el tiempo. Para realizar una medición uno debe interactuar con el sistema, por lo que no se puede observar la partícula sin interactuar con ella, y por lo tanto la medición la cambia.

Un caso simple sería un solo electrón. Para ver el electrón, un fotón debe golpear al electrón y eso cambiaría algo en el electrón.

Imagine una bola de billar mientras rueda sobre el tablero de billar plano en línea recta con velocidad constante como se esperaba. Entonces, de repente, cambia de dirección.

¿Qué sucedió? Como puedes pensar, la bola de billar no está sola, hay otras bolas que chocaron con ella.

Esa es la misma situación con el colapso de la función de onda. Estamos tratando con un sistema parcial, no con el completo. Tienes la función de onda de una sola partícula que evoluciona de acuerdo con un hamiltoniano y luego colapsa repentinamente. La situación es como la de las bolas de billar. La partícula no está sola. El estado contiene el aparato de medición, tú y el resto del universo también. Usted también es parte de ese ket, no solo de la partícula.

Entonces, el estado real es la superposición de lo siguiente: un universo donde medirás el giro de tus electrones hacia arriba y un universo donde medirás el giro de tus electrones hacia abajo.

Mientras su electrón de prueba esté en camino, los dos universos son indistinguibles: las probabilidades de encontrar cualquier cosa en cualquier estado particular son las mismas. Pero esto no significa que las dos funciones de onda sean idénticas: hay un cambio de fase complejo entre las funciones de onda de los electrones en los dos universos.

Este cambio de fase provoca una interferencia entre las amplitudes de probabilidad que, a su vez, puede causar diferencias observables cuando se ejecuta la partícula a través de múltiples aparatos de Stern-Gerlach.

Esta fase es suficiente para que el electrón gire hacia arriba en el aparato de Stern-Gerlach en uno de los universos y hacia abajo en el otro.

Después de que ocurra esta división, los dos universos ahora son distinguibles y no pueden interferir, pero en este punto aún puede pasar sus haces de electrones a través de un aparato de Stern-Gerlach inverso para fusionar los dos haces de electrones. En este punto, los dos universos vuelven a ser indistinguibles e interfieren de nuevo.

Ahora, después de dividir y fusionar, decide medir el giro del electrón. Para hacerlo, debe realizar algún cambio de estado en su universo que le permita recopilar datos. Esto puede ser tan simple como dirigir sus haces de electrones a dos detectores. En uno de los universos irá al detector de subida, en uno de los universos irá al detector de bajada.

Ahora, en este punto, los dos universos se han vuelto permanentemente distinguibles, y las amplitudes de probabilidad ya no pueden interferir. En uno de los universos, recopiló datos de giro, los ingresó en un archivo y publicó los datos donde esa línea de datos en particular mostrará una detección de giro. En el otro universo, recopiló datos de reducción de rotación, los ingresó en un archivo y publicó los datos donde la línea de datos en particular mostrará una detección de reducción de rotación.

Una vez que hiciste la medición no hay vuelta atrás, no se puede deshacer, no puedes hacer que los dos universos sean indistinguibles y hacer que interfieran nuevamente. Y si lo vuelves a pensar, no puedes hacer ninguna medición de partículas sin hacer divisiones como esta.

Pero incluso si los dos estados están divergiendo ahora, todavía están en superposición, no hay colapso. Simplemente descartamos los estados que no ocurrieron porque no son relevantes. Usted en el estado en el que la partícula giró hacia arriba descartará el otro estado en el que giró hacia abajo, y viceversa. Y ambas versiones de usted podrían preguntarse qué causó que la partícula girara hacia abajo o hacia arriba.

Esta superposición es un poco como las estaciones de radio al aire, donde el universo es la transmisión misma. Si dos estaciones son indistinguibles y emiten en la misma frecuencia, habrá interferencia y escuchará un fuerte silbido en la radio. Pero una vez que una de las estaciones cambie de frecuencia, los silbidos y la interferencia desaparecerán y ya no se escucharán más. Pero sus ondas siguen en el aire y se mezclan, pero la frecuencia de pulsación entre ellos será demasiado alta para causar un efecto perceptible. Ahora tiene dos transmisiones separadas que no provocan silbidos entre sí, pero aún están ahí.

Entonces, no solo tienes la función de onda de la partícula, tienes la función de onda de todo el universo en superposición. Este estado universal evoluciona según un hamiltoniano como de costumbre y no colapsa.