En mecánica cuántica, el estado cuántico se refiere al estado de un sistema cuántico. Un estado cuántico se da como un vector en un espacio vectorial, llamado vector de estado. El vector de estado teóricamente contiene información estadística sobre el sistema cuántico.
El artículo de Wikipedia sobre el estado cuántico sugiere que el estado cuántico de un sistema es de hecho su vector de estado que contiene información estadística sobre él.
Pero, ¿cuáles son esos datos estadísticos? ¿La ubicación de la partícula, el momento, la función de onda y... el nivel de energía?
Cuando mido el momento y la posición de un electrón, el principio de superposición cuántica sugiere que solo obtengo un resultado correspondiente a uno de sus posibles estados porque exhibe comportamientos tanto de onda como de partícula. Pero, ¿qué es exactamente un estado posible?
Aunque el concepto de estado puede estar bien definido, en algún nivel se necesita un cierto nivel de abstracción para comprender realmente qué es un estado. Desde un punto de vista conceptual, es más fácil pensar en un estado en un contexto clásico. En un contexto clásico, un estado es simplemente una configuración particular de objetos que se utilizan para describir un sistema. Por ejemplo, en el caso de un interruptor de luz, podemos hablar de que está encendido o apagado (por ejemplo, el interruptor de luz puede estar en "estado encendido" o "estado apagado"). En mecánica cuántica esta situación es un poco más complicada, porque le agregamos un nivel de abstracción que nos permite considerar la posibilidad de los estados superpuestos donde nuestro conocimiento del interruptor es insuficiente y debemos considerar que está en un estado de "encendido y apagado". " estado. Sin embargo,
Cada estado de un sistema está representado por un rayo (o vector) en el espacio de Hilbert. El espacio de Hilbert probablemente se entienda más simplemente creando una base que abarque el espacio (por ejemplo, que sea suficiente para describir cada punto en el espacio) como una suma larga de variables complejas, que representan funciones independientes. Cualquier estado, o rayo en el espacio de Hilbert, se puede entender usando la notación corchete de Dirac.
El ket se usa más comúnmente y un estado se representa como . Es importante entender que el símbolo dentro del ket ( ) es una etiqueta arbitraria, aunque hay etiquetas comúnmente aceptadas que se usan en física, en general, la etiqueta puede ser cualquier cosa que una persona quiera que sea.
En el caso de considerar que el estado a se proyecta sobre alguna base, podemos escribir esto matemáticamente como:
En el desarrollo inicial de la mecánica cuántica, el objetivo principal era describir los átomos y predecir sus propiedades. Muchas de las cuestiones que interesaban a los físicos se centraban en cuestiones de transiciones de energía, posición y momento. Debido a este hecho, la mayoría de las descripciones cuánticas de la realidad se centran en encontrar un medio para representar los estados de energía y momento de las partículas, particularmente los electrones, que rodean el núcleo. Por lo tanto, la descripción mecánica cuántica de los electrones que rodean a un átomo se centra en describir las probabilidades de encontrar un electrón en un estado orbital particular que rodea al átomo. Por lo tanto, el vector de estado se usa para representar un rayo en el espacio de Hilbert que codifica la amplitud de probabilidad (esencialmente, la raíz cuadrada de una probabilidad,
Este es un ejemplo de la aplicación de la mecánica cuántica para ayudar a resolver un problema físico particular. Hago esta distinción porque la mecánica cuántica es simplemente un medio para un fin y, por lo tanto, debe entenderse como una herramienta para describir una situación física particular y predecir ciertos resultados físicos a medida que el sistema evoluciona. Uno de los debates centrales del siglo XX se centró en si la mecánica cuántica podría proporcionar una descripción completa del universo. La respuesta a esta pregunta es sí, y se ha afirmado en repetidos experimentos.
Le dice las distribuciones de probabilidad de cada medible que puede realizar en el sistema (momento, energía, etc.), la probabilidad de cada resultado. La función de onda contiene todo lo que hay que saber sobre su sistema. Si tiene 10000 sistemas preparados de manera idéntica, no obtendrá información nueva sobre el sistema 10000 si realiza cualquier tipo de medición en los sistemas 1 a 9999.
Un estado posible es una solución normalizable de la ecuación de Schrödinger. Después de una medición, el sistema estará en un estado propio del operador correspondiente a su observable.
En realidad, el estado de un sistema cuántico no es una representación precisa de lo que es "internamente". Es decir, no es un estado óntico en el sentido de que captura todo sobre el sistema. Es solo un estado epistémico en el sentido de que si realizamos una medición de un observable, entonces cuáles son los valores del mundo real (piense en girar hacia arriba y hacia abajo), el estado se descompone en términos de estos estados. Entonces podemos pensar en el como la lupa de un observador en lugar de la 'cosa real'. Entonces, el mundo cuántico revela sus interacciones con nosotros a través de esta variable de estado. Sin embargo lo real es algo que se nos ha escapado!!!. por eso Einstein se perturbó y preguntó "¿De verdad crees que la Luna no existe si no la miramos?" Einstein creía que la culpa es de la descripción y no del sistema en sí, mientras que QM ha demostrado que no es así. El sistema en sí no tiene un estado óntico.
martino