¿Qué cuenta como medida?

Lo que estás describiendo es una gran parte de lo que se conoce como el problema de la medición , y ciertamente es el principal problema abierto en el estudio de los fundamentos de la mecánica cuántica. En la interpretación de Copenhague de QM, uno tiene un sistema mecánico cuántico por un lado y un dispositivo de medición clásico, lo que implica trazar una línea en algún lugar entre los dos. Por lo general, uno espera que realmente no importe dónde se dibuje la línea y hasta ahora ha sido posible (¡siempre!) dibujarla en algún lugar para que los resultados coincidan con los experimentos. Sin embargo, no existe un principio físico claro sobre dónde dibujarlo, y su pregunta ("¿cuándo es un sistema lo suficientemente grande como para contar como un dispositivo de medición clásico?") Aún no tiene una respuesta sistemática.

Sin embargo, a medida que nuestra tecnología mejora, hemos podido crear sistemas que empujan esta línea hacia arriba y hacia arriba (y, de hecho, ahora puede colocar objetos visibles a simple vista en estados de superposición cuántica). Para estos estados cada vez más grandes, un número creciente de partículas llega a tener posiciones mal definidas.

Sin embargo, para sistemas grandes, se vuelve muy difícil observar estas superposiciones debido a la decoherencia . Esto se debe al hecho de que un estado del gato de Schrödinger

$$|\psi\rangle={1\over\sqrt{2}}(|\psi_1\rangle+|\psi_2\rangle)$$ es delicadamente sensible a la fase relativa de sus dos componentes. Por lo general, detecta estos estados (es decir, los discrimina de una mezcla estadística simple) al observar algún tipo de patrón de interferencia, y si cambia el$+$para$-$entonces el patrón de interferencia cambia por$\frac{1}{2}$un período. Para un sistema grande, las interacciones con el medio ambiente causarán$|\psi_1\rangle$y$|\psi_2\rangle$tener energías inciertas (y más inciertas cuanto mayor sea el sistema) que les harán oscilar en fases inciertas y así introducir incertidumbre en su fase relativa. Una vez que esta incertidumbre alcanza$\pi$, el patrón de interferencia se elimina.

Otro punto técnico que es importante es que, para estos grandes sistemas, normalmente solo uno de los grados de libertad del sistema puede colocarse en un estado gato. Por lo tanto, para las bolas de bucky se pueden ver patrones de interferencia para la posición del centro de masa, pero las posiciones relativas de los átomos en la bola probablemente perderán la coherencia con bastante rapidez. (Por supuesto, lo mismo se aplica al resonador de microondas vinculado anteriormente).

Si lo miras así, entonces empieza a parecer que uno necesita conciencia para colapsar los paquetes de ondas, y algunas personas incluso han afirmado que ni siquiera la conciencia la necesita . Si esto es correcto o no, o qué otra física hay detrás de lo que percibimos como paradojas, bueno... descúbrelo y obtendrás tu Nobel.

Para hablar de medida, el sistema cuántico debe haber dejado una huella macroscópica (y por tanto irreversible) en el entorno que mide el sistema. Macroscópico significa que el efecto sobre el medio ambiente se puede describir con buena precisión mediante la aproximación hidrodinámica de la mecánica estadística.

Si este rastro permite (en principio) reconstruir algún parámetro del estado del sistema (con cierta precisión), es una medición (POVM) de ese parámetro. Tales mediciones ocurren todo el tiempo, por ejemplo, cuando una piedra cae en un lago y crea un sonido, incluso si nadie está allí para escuchar el sonido.

De hecho, nadie necesita estar presente para comprobar realmente que se ha realizado una medición. Excepto si el observador quiere hacer uso de la medida. Por lo tanto, se necesita conciencia para hacer mediciones relevantes para nuestra sociedad, pero no para que sucedan.