Desde mi comprensión de la mecánica cuántica, cuando se observa una función de onda, colapsa instantáneamente en un solo estado (o al menos en la duración de un tiempo de Planck). ¿Hay alguna razón por la que no tenga que tomar tiempo? ¿Podría observarse brevemente en un estado diferente antes de establecerse en su estado colapsado?
Es importante recordar que la mecánica cuántica es una herramienta que usamos para describir el mundo, no es lo mismo que el mundo. Por mucho que nos guste hablar de funciones de onda, no está nada claro que la función de onda sea algo real. Preguntas como "¿puede la función de onda colapsar instantáneamente?" Resalta esto.
Consideremos un ejemplo específico donde la mecánica cuántica no relativista y la interpretación de probabilidad de Copenhague de la función de onda son útiles: un interferómetro de neutrones. La característica fundamentalmente mecánica cuántica de cualquier interferómetro es que las partículas incidentes toman dos caminos hacia el mismo destino, lo que se puede demostrar usando efectos de interferencia. Los interferómetros de neutrones tienen la ventaja pedagógica de que, en cada implementación existente , el número de neutrones en el interferómetro a la vez es siempre cero o uno.
Un neutrón en un interferómetro tiene un radio intrínseco (de interacción fuerte) de aproximadamente un femtómetro. Su vector de onda a lo largo de su dirección de movimiento se caracteriza por su longitud de onda de De Broglie, típicamente unos pocos angstroms. Perpendicular a su dirección de movimiento, en un corte a través del medio del interferómetro, la distribución de probabilidad del neutrón corresponde a un potencial de dos pozos: el neutrón puede encontrarse en este brazo o en ese brazo del interferómetro, pero no en el medio. El medio prohibido puede ser macroscópico. En un interferómetro de neutrones es centímetros. (En los interferómetros ópticos LIGO, la trayectoria de cada láser es de varios kilómetros, y la probabilidad de detectar un fotón láser en los pantanos de Luisiana fuera del sistema de vacío es cero).
Puede establecer esta función de onda de neutrones resolviendo la ecuación de Schrödinger,
para un potencial tridimensional . Su potencial debe corresponder al material que forma el interferómetro (una red de núcleos de silicio), más cualquier "muestra" presente en uno de los brazos, más, terminando en algún lugar aguas arriba, un pozo infinito bidimensional para explicar que los neutrones no pueden originarse a partir de fuera de la línea de luz. Resolver esta ecuación da las probabilidades de que se observen neutrones en cada uno de los detectores aguas abajo del interferómetro, y predice cómo cambian esas probabilidades si se ajusta la "muestra". Un experimento de interferómetro mide esas probabilidades contando muchos neutrones en esos detectores aguas abajo, luego ajustando la muestra y midiendo las nuevas distribuciones.
Cuando decimos que “una observación colapsa la función de onda”, lo que generalmente queremos decir es lo siguiente: si tuviéramos que colocar detectores dentro del interferómetro, donde hemos demostrado que un solo neutrón sigue ambos caminos, nunca observaríamos el mismo neutrón siendo “clásicamente detectado” en ambos brazos. Incluso en el caso de que las oportunidades de detección estén separadas como un espacio, de modo que la relatividad sugiera que no pueden influirse entre sí, la probabilidad de "detectar" el mismo neutrón en ambos brazos es cero. Entonces, la interpretación de Copenhague hace un ajuste ad-hoc para dar cuenta de esto al introducir la idea de colapso. Hay algunos tipos de interacciones que cambian la función de onda "instantáneamente", utilizando un mecanismo que se resolverá más adelante.
Los libros de ciencia popular sacan mucho provecho del colapso instantáneo porque, en relatividad, nada es instantáneo. Esto es un poco tonto, porque la ecuación de Schrödinger no es relativista.
Mott, 1929 ( ver también ), un indicio temprano de una salida a este rompecabezas provino de : si los eventos de detección también son mecánicos cuánticos, el comportamiento de las mediciones "clásicas" se convierte en una cuestión de probabilidades correlacionadas. Ha habido una enorme cantidad de investigación sobre el tema, especialmente en los últimos veinte años, utilizando la mecánica cuántica relativista, "medidas débiles" y negocios furtivos sobre el entrelazamiento. Actualmente tiene otra respuesta que vincula a dos documentos de 2019 y 2020, y sugiere que el misterio se ha escurrido en su mayor parte de este rompecabezas histórico.
Siempre se observa que un sistema cuántico está en un solo estado, pero eso no significa que haya "sucedido" algo con la función de onda. Es solo un punto de vista.
Reemplace el gato de Schrödinger con un científico que observa el contador Geiger. Para el científico "original", fuera de la caja, el científico de la caja se encuentra en una superposición de dos estados: en una posibilidad, ha observado la desintegración atómica. En la otra posibilidad no lo ha hecho.
En ambos estados posibles, el científico interno ha observado que el átomo está en uno u otro estado, pero en realidad no ha sucedido nada, según el científico externo.
Cuando el científico externo abre la caja y pregunta "¿se decayó el átomo?", la situación se resolverá desde su punto de vista... pero no sabe si está en una caja más grande o no.
La noción de "colapso" en realidad limita las formas en que el estado del observador se entrelaza con el estado de lo que sea que observó.
El colapso no es instantáneo. Más bien, procede durante un tiempo finito y por (razonablemente, al menos en principio) dinámicas bien entendidas. En este artículo , observan la trayectoria de un salto cuántico debido a una medición, tomando instantáneas en diferentes tiempos transcurridos.
Además, un salto cuántico de un estado a otro puede detectarse antes de que se complete y revertirse de manera determinista, como se muestra en este estudio donde lograron esto al monitorear la población de un tercer estado acoplado a uno de los otros dos. Esta técnica puede ser útil en el futuro para la corrección de errores cuánticos.
Otra pregunta que podría surgir es: ¿qué tan sorprendente es este resultado? ¿Revoluciona nuestra comprensión de la mecánica cuántica? La respuesta es no, ya que la respuesta más votada a esta pregunta lo explica muy bien y contundentemente.
biofísico
Enlace
tónon