La Mecánica Cuántica tiene mucho éxito en la determinación de la distribución estadística general de muchas mediciones del mismo proceso.
Por otro lado, no tiene ni idea de cómo determinar el resultado de una sola medición. Solo puede describirlo como si tuviera un resultado "aleatorio" dentro de la distribución prevista.
¿De dónde viene esta aleatoriedad? ¿Ha "renunciado" la física a la existencia de leyes físicas microscópicas al decir que las medidas individuales no están sujetas a una ley física?
Como nota al margen: repetir la misma medida una y otra vez con el mismo aparato hace que las medidas sucesivas no sean independientes, estadísticamente hablando. Podría haber un mecanismo "con estado" oculto que influya en los resultados. ¿Se ha realizado algún estudio de las características fundamentales de QM teniendo esto en cuenta? ¿Cuál fue el resultado?
Editar: dado que 2 de cada 3 preguntas me parecen no responder a mi pregunta original, tal vez una aclaración sobre la pregunta en sí mejore la calidad de la página :-)
La pregunta es por qué las medidas individuales tienen los valores que tienen. De las, digamos, 1000 medidas que hacen un experimento QM exitoso, ¿por qué las medidas individuales ocurren en ese orden en particular? ¿Por qué la función de onda colapsa a un valor propio específico y no a otro? Es innegable que este colapso (o proyección) sucede. ¿Es esto aleatorio? ¿Cuál es la fuente de esta aleatoriedad?
En otras palabras: ¿cuál es el mecanismo de elección?
Edición 2: más en particular, puede consultar el capítulo 29 de "El camino a la realidad" de Penrose, y con especial interés, la página 809 donde se analiza la interpretación de Everett, incluido por qué es, si no incorrecta, bastante incompleta.
En primer lugar, permítanme comenzar señalándoles que ha habido violaciones experimentales de las desigualdades de Bell . Esto proporciona evidencia condenatoria contra los modelos de variables ocultas de la mecánica cuántica y, por lo tanto, prueba esencialmente que los resultados aleatorios son una característica esencial de la mecánica cuántica. Si los resultados de las mediciones en cada base estuvieran predeterminados, no deberíamos poder violar la desigualdad de Bell.
Una forma de ver por qué esto es de hecho un estado de cosas razonable es considerar el gato de Schroedinger. La evolución de los sistemas cuánticos cerrados es unitaria y, por lo tanto, completamente determinista. Por ejemplo, en el caso del gato, en algún momento tenemos un estado del sistema que es una superposición de (átomo decaído y gato muerto) y (átomo no decaído y gato vivo) con igual amplitud para cada uno. Hasta aquí la mecánica cuántica predice el estado exacto del sistema. Necesitamos considerar lo que sucede cuando abrimos la caja y miramos al gato. Cuando hacemos esto, el sistema debería estar en una superposición de (átomo descompuesto, gato muerto, caja abierta, gato consciente está muerto) y (átomo sin descomponer, gato vivo, caja cerrada, gato consciente está vivo). Claramente, a medida que pasa el tiempo, las dos ramas de la función de onda divergen aún más a medida que las consecuencias de si el gato está vivo o muerto se propagan por el mundo y, como resultado, es probable que no haya interferencia posible. Así, hay dos ramas de la función de onda con diferentes configuraciones del mundo. Si crees en elEverett de la mecánica cuántica entonces ambas ramas continúan existiendo indefinidamente. Claramente, nuestro pensamiento depende de si hemos visto al gato vivo o muerto, de modo que nosotros mismos estemos en un estado (visto al gato muerto y conscientes de que hemos visto al gato muerto y no hemos visto al gato vivo) o (visto al gato vivo y conscientes de que hemos visto al gato vivo y no visto al gato muerto). Por lo tanto, incluso si existimos en una superposición, solo somos conscientes de un resultado clásico del experimento. La mecánica cuántica nos permite calcular la función de onda exacta que es el resultado del experimento, sin embargo, no puede decirnos a priori de qué rama nos encontraremos conscientes después del experimento. Esto no es realmente una deficiencia del marco matemático, sino más bien de nuestra incapacidad para percibirnos a nosotros mismos en algo que no sea estados clásicos.
La respuesta corta es que no sabemos por qué el mundo es así. Eventualmente podría haber teorías que expliquen esto, en lugar de las actuales que simplemente lo toman como axiomático. Quizás estas futuras teorías se relacionen con lo que actualmente llamamos el principio holográfico, por ejemplo.
También está el hecho aparentemente parcialmente relacionado de la cuantización de los fenómenos elementales, por ejemplo, que el espín medido de una partícula elemental siempre se mide en valores enteros o semienteros. Tampoco sabemos por qué el mundo es así.
Si tratamos de unificar estos dos, el aspecto estadístico esencial de los fenómenos cuánticos y la cuantización de los fenómenos mismos, comienzan a surgir los principios de una nueva teoría. Consulte los artículos de Tomasz Paterek, Borivoje Dakic, Caslav Brukner, Anton Zeilinger y otros para obtener más detalles.
https://arxiv.org/abs/0804.1423 y
comenzando con Zeilinger's (1999) https://doi.org/10.1023/A:1018820410908 , también en línea gratis aquí
Estos artículos presentan teorías fenomenológicas (preliminares) en las que las proposiciones lógicas sobre fenómenos elementales de alguna manera solo pueden contener 1 o unos pocos bits de información.
Gracias por hacer esta pregunta. Fue un placer encontrar estos papeles.
El mecanismo de elección en un instante particular de un experimento de mecánica cuántica es desconocido en toda la física actual; es solo que este hecho para muchos físicos es demasiado incómodo para aceptar o admitir.
Einstein no podía aceptarlo, aunque Bohr y Feynmann lo admitieron. La pregunta nos lleva a los interminables debates Bohr-Einstein .
Un hecho fundamental en el corazón de la física es que las funciones de onda no se puede medir, solo su cuadrado absoluto . La lógica pura nos obliga a admitir que los enunciados sobre funciones de onda no son enunciados sobre una realidad perceptible. La teoría cuántica es una teoría que explica cómo calcular el resultado de una medición, no puede decirnos qué sucedió antes o durante la medición porque una función de onda es una idea, una hipótesis inaccesible.
El indeterminismo no se origina en la Mecánica Cuántica. Tiene un origen filosófico más amplio.
Por ejemplo, considere la interpretación de múltiples mundos de la mecánica cuántica. Es una teoría completamente determinista que describe la evolución unitaria, reversible y predecible de un sistema cuántico o del Universo (Multiverso en términos de MWI) como un todo.
Pero cualquier experimento real aún mostrará incertidumbre. ¿Por qué? Según el MWI con cada acto de medición, el observador se divide en dos copias, cada una de las cuales experimenta resultados diferentes.
Uno puede así formular un problema similar pero sin involucrar a la mecánica cuántica: ¿qué experimentaría uno si alguien crea una copia exacta de él? ¿Seguirá experimentando el cuerpo viejo o el más nuevo? ¿Qué pasa si el cuerpo viejo es asesinado?
Se pueden formular varios experimentos mentales relacionados:
Hay un dispositivo de teletransportación que escanea tu cuerpo, envía esa información al receptor que recrea una copia exacta de tu cuerpo y luego se destruye el cuerpo original. ¿Usaría una persona razonable tal teletransportador incluso si sus amigos lo usaran y dijeran que es genial?
Supongamos que la medicina del futuro llegara a ser muy avanzada. Ahora se le propone un juego: su cerebro se dividirá en dos partes, una de ellas se dejará en su cuerpo y la otra se trasplantará a otro cuerpo y luego ambas se regenerarán por completo. Los recuerdos de ambas partes están completamente (o en su mayoría) restaurados. Ahora una de las personas resultantes recibe miles de millones de dólares mientras que la otra es enviada a cadena perpetua. ¿Deberías estar de acuerdo con tal juego? ¿Cuál es la probabilidad de que te encuentres como un multimillonario o como un prisionero después de la operación? ¿Deberías estar de acuerdo si alguien corta no la mitad del cerebro sino una parte más pequeña? ¿Qué pasa con otras partes del cuerpo?
Esto lleva a las cuestiones filosóficas aún no resueltas que existen desde la antigüedad, cuando la gente no sabía nada acerca de la mecánica cuántica.
Aquí hay una lista de problemas filosóficos abiertos que surgen en el curso del experimento mental:
Mis dos leptas sobre este problema principalmente conceptual y semántico:
Parece que la gente tiene una posición/deseo inicial: los que quieren/esperan/creen que las medidas deben ser predecibles hasta el último decimal y los que son pragmáticos y aceptan que tal vez no lo sean. Los primeros quieren una explicación de por qué existe la imprevisibilidad.
Un experimentador sabe que las mediciones son predecibles dentro de los errores, los cuales a veces pueden ser muy grandes. Tome la mecánica ondulatoria, clásica. Intenta predecir frentes en el clima, un problema completamente clásico. El parte meteorológico es un recordatorio diario de cuán grandes son las incertidumbres en los problemas clásicos, en principio completamente deterministas. Lo que lleva a la teoría del caos determinista. Entonces, la previsibilidad es un concepto en la cabeza del interrogador, en lo que respecta a las mediciones cuánticas o clásicas. La diferencia es que en la física clásica creemos que sabemos por qué hay imprevisibilidad.
¿Ha renunciado la física a la previsibilidad del lanzamiento de un dado? Llevado a los extremos tratando de encontrar la física del estado metaestable de la caída de los dados, llegamos nuevamente a los errores y la precisión de la medición.
Dentro de los errores en las medidas en el orden de magnitud en el que vivimos, nano a kilómetros, la mecánica cuántica es muy predictiva, como lo demuestran todas las maravillosas formas en que nos comunicamos a través de este tablero. Incluso en la consecución de láser y superconductividad. Es solo cuando se prueba lo muy pequeño que entra la imprevisibilidad teórica de las mediciones individuales en QM. Tan pequeño que las "intuiciones" y las creencias pueden volverse dominantes para la medición y los errores. Y allí, de acuerdo con las creencias inherentes de cada observador, el deseo de tener un marco de previsibilidad clásico o la voluntad de explorar nuevos conceptos juega un papel para un físico, ya sea que se obsesione con este enigma o viva con él hasta el TOE. .
La mecánica cuántica es inherentemente (y se desarrolló como) una teoría no determinista (estocástica). La respuesta a su pregunta se encuentra en uno de los postulados de la mecánica cuántica (consulte esta página para obtener una descripción completa;
En cualquier medida de lo observable asociado con el operador , los únicos valores que se observarán alguna vez son los valores propios , que satisfacen la ecuación de valores propios.
Como sabemos que el módulo al cuadrado de la función de onda corresponde a la probabilidad de que una determinada variable física tome un valor dado, esta función de onda puede expandirse en sus estados propios, y vemos que cada resultado de medida tiene una probabilidad asociada.
Accidentalmente encontré una respuesta parcial a mi pregunta en arxiv . Todavía es completamente teórico, pero la respuesta se puede resumir así.
Se supone que existe alguna forma de horizonte de sucesos a nivel microscópico. Este horizonte de eventos evita que se escape cierta información. Con estas premisas, se puede desarrollar una teoría tipo QFT observando el horizonte de eventos. La fuente de la aleatoriedad es el hecho de que la información, vista desde fuera del horizonte de sucesos, es incompleta; se supone que la aleatoriedad es lo opuesto a la información.
A medida que el campo entra en el horizonte de Rinder para el observador R, el observador ya no obtendrá información sobre configuraciones futuras de φ y todo lo que el observador puede esperar sobre la evolución de φ más allá del horizonte es una distribución probabilística P[φ] de φ más allá del horizonte. La información ya conocida sobre φ actúa como una restricción para la distribución. Sugerí que esta ignorancia es el origen de la aleatoriedad cuántica. La física en la cuña F debería reflejar la ignorancia del observador en la cuña R, si la información es fundamental.
no es cierto que este mecanismo sea misterioso; sin embargo, la mayoría de los físicos no tienen tiempo para reflexionar sobre estas cuestiones filosóficas y simplemente prefieren dejar la naturaleza aleatoria de la mecánica cuántica como un "axioma".
para entender cómo ocurre el azar, primero, hagamos un experimento de Gedanken donde nuestros cuerpos físicos (incluido nuestro cerebro) se describan clásicamente; todos ellos tienen posiciones y momentos bien definidos, y por lo tanto cualquier indeterminismo en su evolución es completamente de razones prácticas, y no una cuestión de principio.
Entonces, en este hipotético universo clásico, la teletransportación al estilo Star Trek es una operación completamente legal; puede leer todo el microestado físico de cualquier persona y escribirlo en otro lugar.
Pero en este universo clásico, también es posible copiar el microestado de una persona: así que caminemos sobre las consecuencias de tal experimento.
Así que nuestra configuración experimental consta de dos salas separadas con grandes carteles en la pared: una de las salas contiene un '+' y la otra sala contiene un '-'. Ahora enviamos a nuestro individuo de prueba a la cámara de teletransportación, desintegraremos a esta persona y crearemos dos copias de él en cada habitación.
Ahora surge la pregunta; si eres el individuo de prueba, ¿qué es lo que vas a experimentar? bueno, la verdad es que no hay tantas opciones para nuestras experiencias luego de ingresar a la cámara de teletransportación:
1) no experimentamos nada después, porque nos hemos desintegrado, así que estamos muertos, nuestra alma de duende se fue y en el mundo hay dos copias zombies tuyas que no tienen 'alma'
2) experimentamos aparecer en una habitación con un gran cartel con un '+'
3) experimentamos aparecer en una habitación con un gran cartel con un '-'
Entonces, si descartamos 1) (no quiero discutir sobre religión con nadie aquí, solo diré que 1) es absurdo) nos quedan dos opciones: 2) y 3)
Entonces, lo importante aquí es que, incluso en este universo determinista clásico, el hecho de poder copiar un ser consciente significa que algunos observadores/seres conscientes experimentarán eventos que son fundamentalmente aleatorios y son intrínsecamente no deterministas. , incluso si todo lo demás lo es.
Podrías argumentar que hay razones 'físicas' subyacentes por las que el 'verdadero tú' fue a 2) en lugar de 3) o viceversa, podrías decir que la copia en 2) era más 'perfecta' que 3) y por lo tanto el verdadero tu vas alli Pero lo cierto es que estos argumentos no son fundamentales; básicamente estás tratando de tomar en serio el hecho de que hay un solo 'tú'.
Lo que me hace volver a tu pregunta; ¿Cómo se aplica todo esto a nuestro mundo? Después de todo, la copia de un ser vivo no está permitida (incluso existe un teorema de no clonación en QM). Sin embargo, esto no es del todo cierto. La interpretación de muchos mundos de QM básicamente lleva el determinismo de QM al extremo; si permitimos que una superposición cuántica se acople a una entidad consciente cuántica (un observador), el observador cuántico se dividirá y se enredará con el sistema físico que está midiendo; se ha convertido físicamente en dos observadores cuánticos de copias separadas (copias que no interactúan entre sí, por lo tanto, el teorema de no clonación no se aplica ), experimentando diferentes resultados, que individualmente parecen aleatorios para cada uno de ellos.
Solo quería agregar que la hipótesis de simulación [ 1 ] [ 2 ] (SH) puede sugerir una respuesta.
SH implica que existe una probabilidad distinta de cero de que estemos de hecho en una simulación por computadora. Si esta simulación se parece en algo a las simulaciones que creamos actualmente, implica que las reglas definidas en el código de simulación nos parecerían leyes fundamentales e irreductibles. Una de esas reglas podría definir la función de onda y también definir que todas las observaciones deben elegir de la distribución definida por la función de onda.
¿Por qué la función de onda colapsa a un valor propio específico y no a otro?
Si SH es verdadero, entonces esto sucede porque eso es lo que el código de simulación define que debe hacer. En el marco de la simulación, los axiomas físicos son candidatos para declaraciones de código de simulación. Si es así, probablemente estaríamos condenados a nunca saber la razón por la que fueron declarados así (podría ser tan mundano como "veamos qué pasa si lo hacemos").
¿Es esto aleatorio? ¿Cuál es la fuente de esta aleatoriedad?
Nos parecería aleatorio. La fuente podría seguir siendo un generador de números pseudoaleatorios determinista, pero si su período es lo suficientemente largo , sería, en la práctica, indistinguible de un generador verdaderamente aleatorio. Por ejemplo, las pruebas de aleatoriedad estadística realizadas en números seleccionados de un generador de números cuánticos de sonido no mostrarían ninguna desviación.
Aunque, dependiendo de las especificaciones del RNG del simulador host, con suficiente avance tecnológico, podríamos encontrar un patrón utilizando métodos criptográficos. Y si se encontrara, desafiaría las suposiciones de QM.
En última instancia, nadie puede probar que las mediciones cuánticas son realmente aleatorias, porque para demostrarlo habría que probar el valor nulo (es decir, demostrar que la señal es exactamente 0 y no solo muy pequeña). Aunque no tenemos evidencia de que no lo sean (¿quizás no estamos buscando en los lugares correctos?).
Es posible que desee leer sobre la mecánica de Bohmian. La mecánica de Bohm es perfectamente determinista. La razón por la que aparece la aleatoriedad se explica de la misma manera que la aparición de la aleatoriedad en el equilibrio termodinámico.
Aquí hay algunas lecturas adicionales con enlaces a varios documentos en la parte inferior de la página:
Sí, la física HA renunciado a la existencia de leyes físicas microscópicas que supones que proporcionarían el resultado. ¿Y qué evidencia hay de que la Naturaleza se adhiere a la idea de que P y Q deben conmutar? Para empezar, la física nunca estableció tal idea. Siempre fue solo una suposición conveniente, hasta que resultó que Maxwell simplemente no puede explicar los átomos. El mundo puede tener un sentido matemático perfectamente bueno donde las partículas son en realidad osciladores con una fase compleja y caminos posibles, en lugar de "puntos de masa" con un comportamiento determinista clásico. Preguntas si hay una manera de escoger una de las posibilidades, pero evidentemente la Naturaleza no sabe ni le importa. La idea de que existe un 'espacio-tiempo de bloque' donde se determinaron todos los eventos parece ser falsa.
alanf
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