¿Qué es exactamente el 'observador' en física y/o mecánica cuántica? [duplicar]

En términos de experimentación, un "observador" se puede generalizar para incluir cualquier dispositivo que registre un evento de manera que luego toque tantos otros átomos y partículas, como por radiación o vibraciones, que revertir el par se vuelve estadísticamente casi imposible (aunque nunca completamente imposible).

El ejemplo de Feynman de los neutrones que a veces se reflejan como ondas en los cristales y, a veces, chocan con núcleos atómicos específicos en ese cristal, es un buen ejemplo. Mientras el neutrón se refleje como una onda, su firma observada en el universo permanece altamente indeterminada en términos de ubicación espacial. Sin embargo, una vez que golpea ese núcleo atómico, inmediatamente hace cosas como emitir radiación, empujar al átomo y cambiar la dinámica local del cristal. Para preservar la causalidad, todos y cada uno de esos efectos salientes deben capturarse y reflejarse en el punto de origen antes de que el evento de captura pueda revertirse. Es decir, por decir lo menos, un conjunto de eventos improbable, por lo que en ese caso la ubicación del neutrón se "detecta" y se define muy, muy bien.

Cualquier concentración densa de materia caliente en general tiende a ser un muy buen "observador" precisamente por esa razón, ya que la materia caliente densa es increíblemente desordenada y de acción rápida en términos de cómo dispersa la información y hace que sea muy difícil de revertir. Solo cuando la materia densa pierde algunos de sus muchos grados de información disponible, la reversibilidad de tipo cuántico comienza a hacer que los eventos sean ambiguos, con el helio superfluido y los más recientes condensados ​​"verdaderos" de Bose de átomos metálicos difusos como ejemplos conspicuos.

Esta es también la razón por la cual la representación tradicional del gato de Schrödinger es en realidad bastante tonta, porque cuando el gato muere, inunda absolutamente el universo con fonones y radiación y todo tipo de datos, en su mayoría irreversibles. Simplemente no hay superposición cuántica en ese caso, ya que la materia caliente del gato y su entorno hacen que todo el evento sea muy, muy difícil de revertir. Esa es una imagen que realmente necesita ser eliminada.

Los electrones en los átomos son observadores absolutamente terribles , simplemente porque no tienen suficiente estado disponible para registrar nada en absoluto. Entonces simplemente se sientan allí en sus estados de energía más bajos y permanecen confusos. Lo bueno también, hace que toda la química sea posible, eso.

Supongo que el término 'observador' es bastante engañoso y debe evitarse. Es mejor pensar en ello en términos de medidas.

Empiezas con un vector de estado arbitrario$\Psi = (1, 1)$*. Es una superposición de las dos posibilidades 'rendija izquierda'$(1,0)$y 'rendija derecha'$(0,1)$. Una medida es un proceso físico que proyecta esto en un estado propio de su observable$\hat O$- afeita todos los componentes en una determinada base excepto uno. Físicamente, si realiza la medición, obtiene, por ejemplo,$(1,0)$, y se puede decir que pasó por la rendija izquierda. Matemáticamente, tu nuevo vector resuelve la ecuación$\hat O \, \left|\Psi'\right\rangle = \lambda \, \left| \Psi' \right \rangle$, eso significa que está en un estado propio: ahora tiene un valor definido de cuál-corte-pasó .

Esto es lo importante de las mediciones mecánicas cuánticas: no 'medir' en el sentido habitual de la palabra (escanear algo pasivamente), manipular y seleccionar (o 'preparar estados'). Por ejemplo, en el experimento de Stern-Gerlach, de alguna manera no escaneas el giro de los electrones. Los pasas a través de un campo magnético que los lleva a un estado propio de espín. Entonces ya sabes, que los que suben (o bajan) ahora tienen giro arriba (o abajo).

Ahora, ¿qué es el observador aquí? Si no quiere volverse metafísico, es solo alguien que realiza la medición de QM.

Personalmente, siempre desconfío de las explicaciones que involucran la conciencia humana, los observadores privilegiados, etc. Me gusta que mi física también funcione en la luna, incluso cuando nadie está mirando :-).

(Además, tenga en cuenta que 'observador' puede tener un significado diferente en diferentes partes de la física. En relatividad, cuando habla de observadores se refiere a diferentes marcos de referencia (moviéndose a diferentes velocidades). También puede encontrarlo en la discusión sobre la luz. conos u horizontes de eventos. Hay algunas cosas que un determinado observador no puede ver (porque están fuera de su cono de luz, en el lado equivocado de un horizonte de eventos, ...).)

* Tenga en cuenta que$\Psi$es realmente una función (la función de onda). En álgebra lineal se pueden tratar las funciones como vectores. Se puede componer cualquier función (del tipo que necesitamos en QM) a partir de funciones base, al igual que se puede componer cualquier vector espacial agregando vectores base. Perdóneme si esto ya es claro y trivial para usted, pero estas son cosas realmente básicas que hacen que QM sea mucho menos misterioso.

Ah, y lo siento si mi notación es un poco descuidada. Se trata más de la idea general.

El matemático von Neumann, a quien se le ocurrió la idea del colapso por medición, descubrió el proceso de la cadena de von Neumann en la mecánica cuántica. Usando el concepto de enredo, mostró que el sistema se enreda con el aparato, y la combinación sistema-aparato se enreda con el primer observador, y la combinación sistema-aparato-observador se enreda con otro observador más alejado, etc. Este es el amigo de Wigner. Omitió el entorno porque no apreciaba la decoherencia, pero también debes agregar el entorno a la mezcla. La cadena crece con el tiempo expandiendo la burbuja de entrelazamiento Greenberger-Horne-Zeilinger (GHZ). Con múltiples observadores observando desde diferentes ángulos, puede tener múltiples cadenas, pero todas enredadas entre sí.

Más allá del punto de decoherencia irreversible, no importa en qué parte de la cadena ocurra el colapso. Desde un punto de vista positivista, la ubicación es inobservable. Este es el corte de Heisenberg, su "Schnitt" móvil. ¿La cadena de von Neumann termina alguna vez? ¿Qué tan lejos puedes empujar el "Schnitt"? En el escenario del amigo de Wigner, puede empujar el "Schnitt" más allá de un observador humano a otro observador más alejado. Wigner, por supuesto, negaría eso, alegando que ni siquiera puedes empujarlo más allá del observador humano más interno, pero ¿qué tienen de especial los humanos? ¿Qué pasa con los gatos? von Neumann también señaló que sin un colapso, terminas con una "función de onda universal" de todo el universo.

Esto depende de la interpretación de la mecánica cuántica, pero si se toman las interpretaciones con el universo colapsado y no ramificado en su forma final, la conclusión es que el observador es una persona especial única que tiene propiedades físicas especiales, y el único para quien esto la teoría funciona completamente.

Si se toman muchos mundos o interpretaciones relativas, cada persona se verá a sí misma como los observadores, por lo que sus observaciones no serán consistentes entre sí.

Este es un problema filosófico profundo, pero el hecho de que cada persona se vea a sí misma no obedeciendo ninguna teoría universal (incluso si todas las demás personas parecen obedecer) es un hecho establecido (ver aquí )

Un "observador", en este caso, es cualquier cosa que pueda "ver" u observar y recordar o registrarel evento. El punto principal es que el observador puede registrar el evento. Por ejemplo, si coloca este experimento en una cámara llena de gas. El gas se consideraría un observador porque si quisieras buscar más tarde el camino que tomó la partícula o, más importante, qué rendija arrojó, podrías porque el gas lo habría registrado. Si tienes todas las manadas de gatos de Schrödinger, este experimento se usó para demostrar la teoría de que todo es estadística o probabilidad, hasta que lo observas cuando en ese punto se condensa en materia. Si observara la partícula, en ese punto se condensaría en materia y actuaría nuevamente como una partícula newtoniana. La clave es que todo lo que observa la partícula la "recuerda"

Sea lo que sea un observador, siempre es el caso en la función de onda universal, hay una superposición del observador existente y no existente. Supongamos que se asigna a un ser humano específico para que sea el observador designado. La concepción de esa persona probablemente depende de eventos aleatorios como la posición de los espermatozoides que son sensibles al resultado de los eventos cuánticos. En cualquier caso, el material genético de esa persona determinado por el cruce genético es definitivamente sensible a los eventos cuánticos. Y los genes de una persona determinan la posibilidad de supervivencia hasta la edad en la que pueden ser contados como observadores. Entonces, hay una superposición de esa persona existiendo o no existiendo, o en una superposición de genes diferentes. De manera menos controvertida, la formación de estructuras debe su origen a las fluctuaciones cuánticas justo después del Big Bang. y la ubicación de los cúmulos de materia determinan las ubicaciones potenciales del observador. Que la decoherencia ocurra en todos estos casos no viene al caso. Si la mecánica cuántica se define con respecto a un observador, la postselección por la existencia del observador es inevitable. Esas ramas donde no existe el observador hay que tirarlas.

Las cuestiones sobre la naturaleza del observador no pueden desligarse del principio antrópico. Quizás Wheeler tenía razón en su universo participativo.

Traté a mi manera de responder eso aquí . Estaba tratando de decir que en el mundo cuántico la reversibilidad implica que la información no se puede copiar. Solo se puede mover (es decir, intercambiar). Entonces, si algo observa a otra cosa, tiene que eliminar información de esa otra cosa (y reemplazarla con parte de su propia información). El observador puede ser tan grande como un ojo o tan pequeño como un fotón.

Cualquier cosa material tiene el aspecto dual de ser materia y un proto-observador (dualismo de propiedad). Un electrón que orbita alrededor de un núcleo en un átomo es un proto-observador del núcleo y de los otros electrones en él. Un termostato es un proto-observador que observa si la habitación está "demasiado caliente", "demasiado fría" o "perfectamente". Un agregado suficientemente avanzado de protoobservadores como un cerebro humano puede convertirse en un observador. Esta posición es panobserverismo. ;)