¿Puede la ausencia de información proporcionar conocimiento de qué manera?

Esta parece una pregunta increíblemente básica, pero no he podido encontrar una respuesta en PSE; si se trata de un duplicado, indíqueme la dirección correcta.

Con respecto a la configuración simple de doble rendija de Young:

Se coloca un sensor de algún tipo junto a una de las rendijas, de modo que si un electrón pasara a través de esta rendija, el sensor registraría el paso y, por lo tanto, se destruiría cualquier posibilidad de ver un patrón de interferencia después de muchas ejecuciones. La otra rendija no tiene tal sensor.

Luego, los electrones se disparan uno a la vez. Después de detectar cada electrón en la placa de detección de rango inferior, se toma nota de si el sensor colocado por la rendija se activó o no. De esta manera, se pueden construir dos poblaciones de detecciones: Marcas en la placa de detección de rango inferior que se asociaron con la activación del sensor de hendidura. A , y marcas en la placa de detección que no tenían activación asociada del sensor de hendidura B .

Ahora, si observo el patrón de marcas creado por la población A , no esperaría ver signos de interferencia ya que tengo información muy clara de la ruta gracias a mi sensor.

Mi pregunta es esta: si elijo observar el patrón de marcas creado por la población B solamente, ¿observaré un patrón de interferencia o no?

Parece que mis expectativas podrían ir en ambos sentidos:

  1. Puedo argumentar que de hecho debería observar un patrón de interferencia ya que estos electrones no han interactuado con ningún otro dispositivo de medición entre la fuente de electrones y la placa de detección, entre las cuales se encuentran mis rendijas dobles.

  2. Puedo argumentar que el hecho mismo de que mi sensor en una rendija no se disparó a priori me da información de qué manera , en el sentido de que ahora infiero que mi electrón debe haber pasado por la otra rendija gracias a la ausencia de información de qué manera. a través de mi rendija equipada con sensor.

Cuál de estos supuestos se alinea con la realidad parecería tener enormes ramificaciones: el primero implica que la medición es verdaderamente una interacción física de cualquier tipo, mientras que el segundo implica que el conocimiento es medición, incluso si ese conocimiento se obtiene sin interactuar físicamente con el sistema ( si mi detector no se activa, no puedo ver cómo se podría argumentar que interactuó, por lo que quizás una declaración más precisa sería que debe haber un tipo diferente de interacción que pueda respaldar puntos de vista no epistémicos de la función de onda).

Dicho de otra manera más sucinta: una cosa es entender que la interacción física destruye la superposición. Otra es comprender que la falta de interacción con un dispositivo de medición (generalmente buscado para preservar la superposición) también puede destruirlo si arroja información de qué manera.

Dado esto, espero que la respuesta a mi pregunta sea la número 1, pero espero que sea la número 2.

Solo obtienes interferencia si el fotón puede atravesar cualquiera de las dos ranuras en el mismo punto sin dejar rastros. Este no es el caso aquí, así que #2.
Por cierto, tu título es diferente a tu pregunta. Usted pregunta "¿Puede la ausencia de información proporcionar conocimiento de qué manera?". No hay ausencia de información. La ausencia de ver el fotón en A (pero verlo en la pantalla) da el 100% de información de que pasó por la rendija B.
Detrás de cada borde aparecen franjas. Entonces, las franjas detrás de una rendija o detrás de una doble rendija son la suma de dos, respectivamente, cuatro aristas. De hecho, verá una distribución de intensidad detrás de una rendija, incluso si coloca un detector detrás de una de las rendijas. El patrón, por supuesto, será diferente del patrón de una doble rendija.
Vea las imágenes aquí commons.m.wikimedia.org/wiki/… sobre la influencia de un potencial eléctrico en la distribución de intensidad de los electrones.
Pregunté aquí physics.stackexchange.com/questions/158105/… sobre la posible interacción entre las partículas y los electrones superficiales de los bordes.
Los fotones no van a ninguna parte. Si bien es tentador hacer inferencias sobre lo que habría hecho un objeto clásico, los fotones no son objetos clásicos. @NorbertSchuch: No sugiera al OP que se puede inferir información clásica sobre objetos cuánticos a partir de la ausencia de información. QM no funciona de esa manera.
@CuriousOne Estoy de acuerdo con el sentimiento de que los fotones no tienen trayectorias, y esto obviamente es clave aquí. (Aunque la terminología totalmente estándar de "información de qué manera" cae en conflicto con la misma queja). Sin embargo, parece estar confundido acerca de la medición continua . La ausencia de un clic del detector es información y conduce a la reducción/actualización del estado de la manera adecuada. Podría ser útil pensar en experimentos de conteo de fotones. Cada segundo que el detector no hace clic, obtiene información: cada vez es más probable que el campo sea vacío.
@MarkMitchison: La ausencia de una señal de detector es la ausencia de una señal de detector. Solo se puede inferir un camino (como en uno) si el sistema es determinista clásico. El sistema no es clásico. De hecho, Feynman nos ha dado una analogía clásica de lo que tendría que hacer una partícula de este tipo para comportarse como se comportan los fotones: tendría que escanear todos los caminos posibles y calcular el exponencial complejo de la acción clásica. Eso no es lo que hace este fotón "inferido de la información faltante". El argumento de que uno puede pensar en esto de forma clásica queda completamente socavado por las integrales de trayectoria.
@CuriousOne Eliminar los caminos por completo es la única interpretación que no implica una extrañeza innecesaria, como la realidad óntica de pag s i interactuando con el detector, como sugiere Mark. También parece absurdo hablar del electrón "atravesando ambas rendijas" como si estuviera clásicamente en 2 posiciones. Sin embargo, admito que tengo problemas para comprender cómo, si realmente no existe un camino, las mediciones fuertes y débiles informarán consistentemente un electrón en una sola rendija. La ausencia de un clic de alguna manera inquietante. pag s i parece problemático incluso para un objeto no clásico
@CuriousOne Dicho de otra manera: la función de onda del sistema abarca ambas condiciones de rendija y puede colapsarse por la interacción que perturba este sistema. Olvídese del físico que ejecuta la configuración. Un electrón sale de la fuente y se registra en la placa de detección sin que el sensor de una rendija haga clic. La otra rendija, por supuesto, no tiene ningún sensor. ¿En qué se diferencia este sistema de 2 rendijas sin detectores? No se produce ninguna perturbación física del sistema en ninguna configuración entre la emisión y la absorción en la placa de rango inferior.
@CuriousOne Me niego a creer que al universo realmente le importa si hay un observador consciente presente (al que parecen recurrir algunas de las respuestas), así que estoy tratando de entender mecánicamente por qué estas configuraciones producirían resultados diferentes.
@JamesPattarini: Que solo un electrón pueda existir en el estado final cuando un electrón ha existido en el estado inicial es simplemente la propiedad de conservación de carga del campo em cuantificado en el límite de momento bajo. No hay magia aquí. Aumente la energía a más de 1 MeV y, de repente, aparecerán positrones en su experimento de doble rendija. Aumente hasta un par de cientos de GeV y se encontrará un Higgs en sus detectores de vez en cuando. de Schroedinger ψ es una versión infantil de la realidad. Hoy tenemos aceleradores y hacen que todo esto parezca física bastante trivial.
@JamesPattarini: Ciertamente tampoco le pedí que creyera en algún observador consciente, pero una medición mecánica cuántica tiene características que la propagación libre no tiene. Se entiende que no estamos enseñando estos suficientemente en las clases de QM I. A mí tampoco me lo enseñaron, pero es bastante trivial si lo piensas bien: una medición tiene que dejar un registro duradero, lo cual solo es posible si se produce un cambio irreversible en el medio ambiente. Una vez que esto se expresa correctamente matemáticamente, la magia de las mediciones cuánticas desaparece.
@CuriousOne OK, creo que he recorrido el 90% del camino, pero colgué esto: si una medición debe dejar un registro duradero para ser considerada una medición, ¿cómo en esta configuración la falta de detección satisface este requisito?
La física de la medición no ocurre cuando eliges, sino cuando (en una imagen clásica para ayudarte a pensar en esto) el electrón "golpea" la placa de metal en el dispositivo de medición. Con eso se hace una medición irreversible, el resto son solo conjeturas filosóficas. La forma correcta de expresar esto sería calcular la función de onda multielectrónica de los electrones de placa más los electrones libres. Eso es, por supuesto, una exageración total, pero le daría la física correcta. En realidad, puedes aprender a intuir estas cosas y luego puedes salirte con la tuya con cálculos de partículas individuales.
@CuriousOne Eso no responde al comentario del OP, que se trata específicamente de por qué, cuando no se observa que el electrón golpee la placa de metal en el dispositivo de medición, todavía se puede considerar la interacción entre el campo y el detector como una medida. (Esto no debe leerse como un comentario peyorativo, tengo mucha curiosidad por entender su punto de vista).
@MarkMitchison: Cuando no observamos, entonces no sabemos. ¿Es esto diferente del mundo clásico? Sí, es diferente porque el mundo clásico siempre se reduce a un resultado posible mientras que el mundo cuántico no lo es. Más problemático que eso es que la multitud futura de resultados depende de la medición futura, por lo que ni siquiera es una incógnita conocida, ir con un político estadounidense infame. Todos los intentos de reducir la complejidad de esta situación a algún tipo de razonamiento lógico sobre los caminos clásicos han fallado... así que, ¿por qué no abandonar esa idea por completo?
@CuriousOne Mi declaración de apertura de esta conversación fue que los fotones no tienen trayectorias. No sé de dónde sacaste la idea de que estoy hablando de caminos o cualquier otra propiedad clásica, no lo soy. Estoy hablando de cómo describir correctamente las medidas cuánticas.
(cont.) Es un hecho experimental que cada vez que el detector no hace clic, el observador que quiere predecir correctamente los resultados futuros necesita actualizar su descripción del estado cuántico. Es precisamente en este sentido que afirmo que "no hacer clic" corresponde a información. Su insistencia en lo contrario no solo es incorrecta, sino que probablemente confunda al OP. Pero estoy un poco cansado de repetirme, así que lo dejaré así.
@MarkMitchison: estaba respondiendo a "La ausencia de un clic del detector es información". No sabes si en un momento dado hay un electrón en tu experimento, o si ese electrón llegará en un momento posterior. Solo cuando registras un electrón sabes que hubo un electrón y cuándo fue detectado. Lo que es más importante, un solo electrón no dice nada sobre el resultado experimental, que sería una frecuencia que es un estimador de un valor esperado. QM predice los valores esperados. La ausencia de un clic no es un estimador de un valor esperado.
@Curious Usted dice arriba "Cuando no observamos, no sabemos", entonces, ¿cómo la presencia de un sensor no activado hace algo para destruir un patrón de interferencia? Perdón por ser obtuso, pero nada de lo que se ha dicho parece responder a esto. Si la función de onda es algo físico que interactúa con un sensor incluso cuando ese sensor no registra la presencia de un electrón, entonces esto parece un salto filosófico que no tiene nada que ver con el QM que me enseñaron, y no creo eso es lo que estás diciendo.
La naturaleza no sabe qué es un sensor o que estás haciendo una medición. Simplemente estás organizando alguna materia en cierta configuración y eso conduce a ciertos fenómenos físicos. Obtendría exactamente el mismo resultado si, en lugar de su sensor, hubiera una hoja de papel negra en una doble rendija óptica. La función de onda no es física. La función de onda es una invención humana para describir un campo cuántico. El campo es físico, pero impregna todo el universo, cuya parte de su experimento está en su mente y en el papel de su descripción teórica. A la naturaleza no le importa.
Lo que digo es que la gente tiene que dejar de imaginar cosas en QM que simplemente no existen, como caminos e información de la nada. Digamos que Sally entra en una habitación y nadie la ve salir, aunque estén mirando la puerta... de eso podemos inferir que Sally todavía está en la habitación. ¿Por qué? Porque Sally y la habitación son objetos clásicos. Si un electrón está en un pozo de potencial y estás mirando un lado del pozo pero no los otros, no sabes nada porque el electrón podría haberse escapado por uno de los otros lados haciendo un túnel. QM simplemente no es lo mismo que CM.
@CuriousOne Esto tiene mucho sentido para mí, y así es como estoy tratando de pensar en esta configuración. Para mí, el detector que no hace clic parece = que el detector no está allí , y parece que estás diciendo que ese no es el caso. Como usted dice, el sensor podría ser simplemente un trozo de papel en una de las ranuras, pero en este caso creo que sería más exacto decir que mientras que un detector con "clic" podría ser simplemente un trozo de papel, un detector "sin hacer clic" podría ser simplemente un trozo de papel. El detector debe ser indistinguible de la otra materia inerte que forma la rendija. Esto es lo que me cuesta entender, si realmente producen resultados diferentes.
@Curious Yendo un paso más allá, su último comentario parece implicar rotundamente que debido a que la ausencia de un clic, de hecho, no le brinda información definitiva sobre un camino a través de la rendija no sensora (porque este es un sistema QM y el electrón podría en hecho de estar en cualquier lugar) parece a priori que debería poder observar un patrón de interferencia sin ningún problema. ¿Por qué es incorrecta esta suposición?
Las únicas cosas que marcan la diferencia en los resultados son los procesos físicos que están ocurriendo, no lo que haces con ellos en tu proceso mental. Un absorbente hace lo mismo con el sistema que un detector absorbente, ya sea que obtenga la información o no. Hay demasiado misticismo cuántico en la forma en que la gente habla de las mediciones cuánticas. Tan pronto como "el observador" entra en la habitación, la física se ha ido. Bien, por milésima primera vez: no hay caminos en la mecánica cuántica que no sean los definidos en las integrales de camino. Por tu propio bien, lee sobre las integrales de trayectoria.
Los comentarios no son para una discusión extensa; esta conversación se ha movido a chat .

Respuestas (3)

La confusión del OP parece provenir de la suposición incorrecta de que

si mi detector no se activa, no puedo ver cómo se podría argumentar que interactuó [con el electrón]

El hecho de que el detector a veces no haga clic no significa que no haya interacción en absoluto.

Una buena manera de pensar en esto es en términos de medición continua. This y this son buenas (aunque bastante complicadas) referencias para leer más sobre este tema.

Usted sabe que, arriba del detector, la amplitud de probabilidad del electrón (o si insiste, el campo de Dirac) está deslocalizada en el espacio. En particular, existe cierta amplitud para que el electrón se encuentre en la posición del detector. Entonces, de hecho, el detector siempre está interactuando con el electrón (medido continuamente). Sin embargo, esta interacción es débil porque el detector no cubre todo el espacio. Por lo tanto, la interacción electrón-detector no es lo suficientemente fuerte como para hacer que el detector haga "clic" (es decir, lo dispare) con un 100 % de probabilidad en una sola ejecución del experimento.

Más precisamente, al final del experimento, el detector y el electrón (o si insistes, el campo de Dirac) están en estado entrelazado (en términos generales)

| ψ ⟩ = | A ⟩ mi | C yo i C k ⟩ d + | B ⟩ mi | norte o   C yo i C k ⟩ d ,
dónde mi , d etiquetar los estados de la mi lectron (o si insistes, el campo de Dirac) y d etector Ya puede ver que hay una interacción, porque la presencia del electrón cambia el estado del detector (que se inicializó en estado puro | norte o   C yo i C k ⟩ ). Te encuentras con dificultades conceptuales solo si crees que el estado del detector y el electrón pueden describirse independientemente el uno del otro: en QM, las amplitudes de probabilidad se refieren al estado del sistema como un todo. Si no observa que el detector hace clic en una ejecución determinada del experimento, el estado del electrón se describe correctamente mediante | B ⟩ mi . Sin embargo, para ver la interferencia, el electrón (o si insiste, el campo de Dirac) debe estar en el estado | A ⟩ mi + | B ⟩ mi . Por lo tanto, no hay interferencia.

mientras que la última mitad de su respuesta tiene sentido, la mitad frontal implica que el electrón está físicamente deslocalizado y, sin embargo, existe, como en las ondas de materia de De Broglie; tal explicación puede ser intuitivamente agradable, pero si fuera cierta, sería indistinguible de la mecánica y el piloto de Bohm. ondas, que complican QM sin agregar poder explicativo. Tampoco veo cómo un electrón de onda de materia que de alguna manera no logra disparar un detector puede verse perturbado por la presencia de dicho detector, ya que la función de onda describe ambas rendijas.
El electrón no tiene estado. El electrón es un estado de un campo cuántico. La primera cuantificación es una forma segura de confundir a los niños sobre lo que realmente está pasando. Para ser honesto, deberíamos dejar de enseñarlo. Aparte de un cálculo único del átomo de hidrógeno, casi no tiene propiedades útiles de las que uno tenga que preocuparse.
@JamesPattarini No estoy hablando de ondas de materia, que no se mencionan en ninguna parte de la respuesta. Las preguntas sobre "interpretaciones" ónticas/epistémicas no tienen nada que ver con este problema. La función de onda es una herramienta que el físico usa para predecir cosas, y esta respuesta trata sobre eso. La ausencia de un clic del detector te da información porque entiendes lo que es un detector: es un sistema que interactúa continuamente con un campo cuántico.
@CuriousOne Tengo que admitir que tiene razón en que el OP parece estar confundido por la primera configuración de cuantificación aquí. ¿Pero "sin propiedades útiles"? Te estás engañando a ti mismo compañero. No es ningún secreto que desprecias todo lo que no sea física de alta energía, pero a muchos de nosotros nos gusta estudiar otras áreas. Pensar en problemas con un puñado de estados ligados (que incluye un montón de cosas interesantes) en términos de campos cuánticos es simplemente una pérdida de esfuerzo. (Especialmente porque QFT simplemente se reducirá a QM de una sola partícula en los límites apropiados de todos modos).
@MarkMitchison: La física de alta energía le brinda la imagen intuitiva correcta de la mecánica cuántica, entonces, ¿por qué no usarla? Es completamente autoconsistente y libre de filosofía, tal como lo necesita el método científico. El problema de pensar en todo esto en imágenes simplificadas es que uno termina confundiendo los defectos de las imágenes simplificadas con la física real. Esto es todo lo que está pasando aquí.
@CuriousOne Por favor, no sea tan ingenuo, hay tanta o tan poca filosofía en QFT como en la primera cuantificación. QFT es solo un caso especial de QM con variables de campo dinámicas. En QM siempre hay una función de onda (al) cuyo estado óntico/epistémico lleva a todo tipo de rascarse la cabeza por parte de las personas que tienen esa inclinación. He intentado una respuesta en términos de "información de qué manera", que es la premisa de la pregunta. Y, por lo tanto, uno debe comprender que el detector interactúa con el campo y, por lo tanto, su estado brinda información, incluso si ese estado es "sin clic".
@JamesPattarini Actualicé la respuesta con algunas referencias si desea leer más sobre cómo describir correctamente las mediciones continuas en la mecánica cuántica.
@Marque mi agradecimiento por las referencias: simplemente estoy luchando por tratar de interpretar cómo una función de onda no física puede producir resultados físicos en esta configuración. Parece que no hay clic en las rendijas = una suma de muchas ejecuciones que contiene información de ruta cero y cero interacción de campo (por lo tanto, no hay clic) y, por lo tanto, una acumulación de un patrón de interferencia. Si este no es el caso, todavía no veo por qué.
@JamesPattarini No estoy seguro de entender tu comentario. ¿Qué quiere decir con una "suma sobre muchas carreras"? ¿Quiere decir en el sentido de una integral de trayectoria de Feynman? Debe comprender que la integral de trayectoria no es una suma de muchas ejecuciones diferentes del experimento. Es una forma de calcular las amplitudes de probabilidad sumando todas las posibles trayectorias tomadas por el electrón en cada ejecución individual del experimento.
El problema es que cuando incluye un detector, también debe sumar todas las trayectorias posibles (es decir, clics o no clics) del detector. No puedes simplemente ignorar el detector en la integral de trayectoria. Esto se debe a que la evolución del detector está acoplada a la evolución del electrón, es decir, hay una contribución adicional a la energía según el estado de los dos subsistemas: una interacción. Si considera una ejecución experimental en la que el detector no hace clic, efectivamente se queda con una suma sobre las rutas que pasan solo por la rendija B, por lo tanto, no hay interferencia.
@Mark Creo que lo tengo, gracias por la persistencia con tus comentarios. No estoy seguro de por qué la respuesta anterior de Asher sugiere que un patrón de interferencia sería visible si solo se viera el subconjunto NoClick, y solo quiero estar seguro de que el experimento mental que propuse realmente se alinea con lo que se ha hecho en realidad, si sabe de Cualquier literatura para configuraciones similares que pueda orientarme sería muy apreciada.
Hola @JamesPattarini, el experimento funciona como esperabas: no hay patrón de interferencia cuando hay un detector colocado en una rendija

El problema es que estás tratando objetos cuánticos como ondas clásicas y partículas clásicas simultáneamente. Más específicamente, hablas de que pasan a través de una rendija u otra y detectan por qué rendija pasa un electrón. Pero para que surja el patrón de interferencia, los electrones tienen que pasar a través de ambas rendijas a la vez. Podemos esperar uno de dos resultados en su escenario hipotético:

  1. Los electrones pasan a través de una rendija a la vez. Tal vez pueda detectarlos sin intrusión en una rendija, pero incluso sin un detector, termina con dos patrones de difracción de una sola rendija superpuestos, ya que solo estamos usando una rendija a la vez.

  2. Los electrones pasan a través de ambas rendijas y obtenemos un patrón de interferencia, pero en consecuencia su sensor detecta un electrón en su rendija cada vez.

En ninguno de los dos casos se puede tener tanto información de dirección como un patrón de interferencia, porque el electrón toma ambas rutas o no se interfiere a sí mismo.

Esta respuesta trata a los electrones como objetos clásicos que pueden bilocarse y literalmente "tomar ambos caminos" y, sin embargo, nunca lo hacen bajo observación. Los objetos cuánticos no se comportan de esta manera, y estoy buscando una explicación de cómo se puede decir que la función de onda abarca ambas rendijas y, sin embargo, la ausencia de detección en una (lo que necesariamente significa que no hay interacción física con el sistema) puede destruir interferencia. Decir "sabemos qué camino tomó" depende del observador: saque al observador y estoy tratando de comprender mecánicamente por qué se destruiría la interferencia.
Sin interacción en una rendija, el patrón de interferencia no se destruye, y no estoy seguro de por qué supone que lo es. La única manera de que su sensor esté 100 % seguro de que un electrón ha pasado a través de su rendija es que interactúe con el electrón el 100 % del tiempo, es decir, si es un obturador que bloquea completamente la rendija, entonces usted está simplemente haciendo un experimento de una sola rendija para empezar, así que no hay interferencia (como se esperaba). Si su sensor solo detecta un electrón a veces, entonces los electrones pueden pasar sin ser detectados, lo que significa que no tiene ninguna información de qué manera.
También discuto que "... puede bilocarse y literalmente "tomar ambos caminos" y, sin embargo, nunca hacerlo bajo observación", ya que eso es lo que es el patrón de interferencia: una observación indirecta de que las partículas toman ambos caminos. No puede "detectar" sin "interactuar", por lo que no hay forma de intentar recopilar información de qué manera sin destruir el patrón de interferencia; la respuesta a "hacia dónde" siempre es "no sabemos" o "hacia el detector".
las otras respuestas insisten en que la mera presencia de un sensor es suficiente para destruir la interferencia incluso sin un clic, así que ayúdenme a entender dónde está la desconexión
@CuriousOne cubre los mismos puntos que estoy en los comentarios sobre la pregunta, y de manera bastante elocuente, así que le dejaré la explicación detallada. Por mi parte, he aquí una destilación de mi punto: hay dos rendijas o una rendija; si tiene "dos rendijas" pero una está bloqueada, solo tiene una rendija; y no importa si la segunda "rendija" está bloqueada por un "sensor" o por una pared de ladrillos.

Primero, necesitamos definir el patrón de interferencia .
Es el patrón formado por la frecuencia fundamental de las propiedades ondulatorias del electrón, pasando simultáneamente por dos rendijas de anchura y distancia de separación "adecuadas".

Cuando se coloca un "detector" en una rendija (A), quita parte de la energía y permite que solo pase un armónico más alto (con energía más baja). Esta combinación hace que el patrón no solo cambie, sino que "desaparezca" si la energía del armónico superior es demasiado baja para afectar la onda que pasa a través de la otra rendija (B).

Debe quedar claro que colocar el detector en una rendija destruye (cambia) el patrón , y esto es independiente del conocimiento que se pueda obtener (o no) del detector.

¿Puede la ausencia de información proporcionar conocimiento de qué manera?
RespuestasAquíPolítica de privacidad1y, 0v