¿Qué sucede cuando manipulamos al observador en el experimento de la doble rendija?

Considere las siguientes alteraciones al experimento de la doble rendija:

  • encender y apagar el observador rápidamente
  • mover al observador más y más lejos, hasta el punto en el que ya no puede observar efectivamente

¿Qué sucede con la función de onda cuando el observador apaga y luego vuelve a encender rápidamente, al electrón en vuelo? Al alejar al observador, ¿en qué punto la función de onda deja de tratarlo como observador?

@CuriousOne ¿Entonces este video está mal? youtube.com/watch?v=7u_UQG1La1o
Si dice que la física depende de la observación, entonces está mal.
@CuriousOne, ¿así que colocar un instrumento de observación junto a un experimento de doble rendija no cambia el resultado? ¿Por qué no? Pensé que ese era el objetivo del experimento de la doble rendija.
@CuriousOne ¿Entonces afirma que el experimento de doble rendija no es válido? Estoy tratando de averiguar si eres un físico o un troll. Por favor explique.
Estoy diciendo que von Neumann o quien haya acuñado la frase del observador ha hecho un daño innumerable a las mentes jóvenes que aún no pueden pensar por sí mismas. Lo que le importa a la naturaleza no es si hay un observador o no, sino si un sistema físico es abierto o cerrado, irreversible o reversible.
@CuriousOne Ok, lo siento, suenas como si supieras de lo que estás hablando. no estaba seguro Sí, soy una mente joven, tratando de descifrar esto de la física cuántica.
Haga un reinicio de lo que cree que es una observación. Pregúntese qué le hace el "detector" al sistema bajo medición a nivel físico (en lugar de información). Elimina energía y la convierte irreversiblemente en calor. Esa es la diferencia crucial en términos de física. Ya sea que "usemos" ese calor para aprender algo sobre el sistema físico o no, es irrelevante para la naturaleza.
@Viziionary: asegúrese de que la física moderna (basada en la mecánica cuántica) requiere absolutamente que se formule en relación con un observador y sus observaciones. Estos hechos se dieron cuenta alrededor de 1925, incorporados inseparablemente al formalismo matemático, premiados con numerosos premios Nobel, y cada intuición en los siguientes 90 años reforzó el punto. Los observadores son absolutamente fundamentales para la aplicación de las leyes de la física. Todo el que te dice otra cosa es un chiflado. Pero la dependencia también funciona de manera diferente a lo que piensas.
@LubošMotl Gracias Lubos. De hecho, leí parte de tu trabajo a principios de este año. Cuando pregunté "¿Alguna vez un físico respondió aquí sobre su propio trabajo citado en una pregunta?" subiste
Estimado @Viziionary: gracias. Déjame darte una fuente que responde casi exactamente a tu pregunta. Conferencias de Feynman en física, volumen III, capítulo 1, sección 6, feynmanlectures.caltech.edu/III_01.html#Ch1-S6 - Buscar "Debemos concluir que cuando miramos los electrones, la distribución de ellos en la pantalla es diferente que cuando no miramos. ¿Quizás es encender nuestra fuente de luz lo que perturba las cosas? y lea una gran parte de la sección al menos: hay una discusión extensa de lo que sucede cuando intenta eliminar gradualmente al observador de varias maneras.
Permítanme decir que los fundamentos de la mecánica cuántica no son "mi trabajo". Estoy muy orgulloso de ser citado como el descubridor de la revolución cuántica realizada por Heisenberg, Born, Jordan, Bohr y algunos otros, pero estas personas realmente me plagiaron y publicaron los descubrimientos casi 50 años antes de que yo naciera. ;-) Mi aportación sobre estos temas es meramente pedagógica.
@LubošMotl. Sí, se han otorgado premios Nobel en relación con la física cuántica, y sí, sus preceptos se han incorporado a la física moderna, pero para mí esto solo prueba que la mayoría de la gente está de acuerdo (como yo) con la verificación experimental involucrada y en absoluto con ninguna. papel del observador. Ciertamente no quiero hablar de filosofía, pero sigo sin ver que podemos descartar como chiflados a cualquiera que cuestione el papel del observador. AFAIK, estoy cuerdo, pero la luna podría desaparecer cuando no estoy mirando, y no puedo pensar en cómo probar que no fue así. Pero leeré RPF con más cuidado.
Bueno, la mayoría de la gente no entiende la mecánica cuántica, @count_to_10 - Yo (y Feynman) estoy/estaba informando lo que la evidencia científica incuestionablemente implica.

Respuestas (3)

Escribí mi tesis de maestría sobre campos de ondas clásicos parcialmente coherentes aplicados a rejillas, por lo que intentaré dar una idea de qué es exactamente lo que hace que la doble rendija sea un problema cuántico y qué es realmente solo la mecánica ondulatoria clásica . Esto debería simplificar un poco la discusión al separar los dos temas (al menos con suerte).

Comentario general sobre la doble rendija

En mi opinión, la mayoría de las propiedades de la doble rendija que normalmente se atribuyen a la mecánica cuántica pueden reproducirse perfectamente con campos de onda clásicos de fuentes estadísticas . Con esto me refiero, por ejemplo, a un campo electromagnético que tiene algunas fluctuaciones de fase estadísticas debidas al proceso fuente. De hecho, la mayor parte de la luz se puede representar de esa manera, en particular a partir de fuentes astronómicas. Incluso algunos procesos láser pueden hacerlo, ya que la noción de coherencia puede formalizarse fácilmente como correlaciones estadísticas del campo de ondas (1). El único régimen en el que esto se rompe (que yo sepa) es el límite de unos pocos fotones y algunos procesos/pulsos no ergódicos.

Con este enfoque, puede obtener todo lo que desea al pensar en el experimento de la doble rendija:

  • Patrón de interferencia en una pantalla para fuentes con dispersión angular y de longitud de onda pequeña
  • La coherencia se puede modelar (2)
  • Puede acoplarse a detectores de guía de ondas clásicos ("observadores" que están muy bien modelados clásicamente).

Relación con la pregunta

La situación que describe el OP también se puede crear de esta manera, con un "observador" puramente clásico. Simplemente coloque un reemisor completamente incoherente (algo que absorba la energía en un punto y la reemita de manera incoherente como un frente de onda semiesférico. No estoy seguro de que exista algo así, pero una antena dipolo simple probablemente se acerque bastante) en lugar de esto "observador cuántico". Si lo coloca directamente en una de las rendijas, hará desaparecer el patrón de interferencia debido a la fluctuación de fase estadística. A medida que el observador se aleja, el patrón cambiaría obviamente, en el límite de distancia volvería al patrón original. Puedo intentar una simulación de eso ya que tengo un programa que hace este tipo de cosas, pero creo que esta información cualitativa debería ser suficiente para la pregunta.

¿Dónde está la mecánica cuántica?

Entonces, ¿por qué la gente habla de mecánica cuántica cuando observa el experimento de la doble rendija? Históricamente se utilizó para mostrar que otras partículas (p. ej., electrones) tienen un carácter ondulatorio. En el límite de muchas partículas, incluso podríamos describirlo con el formalismo descrito anteriormente. El único punto en el que tenemos un problema es el límite de pocas partículas . Lo que la gente comienza a discutir entonces es cómo la partícula tiene una determinada posición cuando se detecta en la pantalla, lo que luego lleva a discusiones sobre el problema de la medición . No entraré en detalles sobre esto aquí, otras personas como @LubošMotl saben mucho más sobre esto que yo y sugiero escuchar sus consejos.Sin embargo, lo que quería enfatizar es que este es un tema completamente separado de la propagación a través de la doble rendija y la interferencia causada por ella.

(1) ver por ejemplo

  • M Nacido y E Lobo. Principios de la Óptica . 7ª ed. Prensa de la Universidad de Cambridge, 1999.
  • S. Withington, DJ Goldie, CN Thomas. "Modelado óptico parcialmente coherente de las matrices de imágenes de infrarrojo lejano en el telescopio espacial de apertura enfriada SPICA". En: Annalen der Physik (2013).

(2) ver, por ejemplo, esta respuesta mía

Para mí, un 'observador' en este sentido significa algo que puede tomar una 'medida' del fotón (o electrón) a medida que viaja a través de las rendijas (como un instrumento de observación) y, por lo tanto, altera su función de onda. Si el observador no puede tomar medidas, entonces no puede alterar los eventos, y lo mismo sucederá esté o no allí.

¿podría decirnos la razón por la que este no es el caso, para que podamos discutir? en lugar de simplemente votar negativamente?
Lo voté negativamente porque no estás respondiendo la pregunta en absoluto. El OP pregunta cómo cambia el comportamiento del experimento cuando el observador/observación se elimina gradualmente. No lo discutió, en cambio, asumió "Si el observador no puede tomar medidas ..." - La última oración es un oxímoron en sí misma. El observador se define como un agente que hace observaciones, por lo que si no lo hace, no es un observador. Nuevamente, ¿por qué no lee, por ejemplo, este texto RPF que me imagino que es la respuesta? feynmanlectures.caltech.edu/III_01.html#Ch1-S6
@Luboš Motl Estoy totalmente de acuerdo contigo, solo intento dejarlo claro con la última oración.
Es genial que esté de acuerdo, pero aún no ha respondido la pregunta, por lo que todavía está rechazada.
@Luboš Motl De acuerdo con physics.stackexchange.com/help/how-to-answer "Cualquier respuesta que haga que el autor de la pregunta vaya en la dirección correcta es útil, pero trate de mencionar cualquier limitación, suposición o simplificación en su respuesta". ¿No estoy ayudando de alguna manera en la dirección correcta?
Sí, creo que no estás ayudando en la dirección correcta en absoluto.
@Luboš Motl Vale. Estaría de acuerdo contigo en eso. Pero al menos ayuda a otros lectores a aclarar las cosas.

No depende de un observador o de ser observado en absoluto. La interferencia requiere que las cosas estén dispuestas de manera perfecta. Si introduce algo en el experimento en un intento de observar, alterará el patrón. Si arrojas luz sobre el experimento, lo estropeas. Si coloca dispositivos en algún lugar del experimento, estropeará el patrón bloqueando fotones o desviando electrones según el tipo de experimento. Hay muchas formas de destruir el patrón, pero mirar no tiene nada que ver con eso.

La afirmación de que "la interferencia requiere que las cosas estén dispuestas de manera perfecta" es evidentemente incorrecta. En la mecánica cuántica, todas las amplitudes de probabilidad para todos los resultados posibles siempre interfieren entre sí, ya sea que algo se declare "perfecto" o no, sin mencionar que la palabra "perfecto" claramente no puede tener una definición general. ... La inserción de nuevos componentes cambia el experimento, pero no cambia el hecho de que toda la evolución se puede deshacer en principio.
@Luboš Motl según mi libro Modern Physics (Beiser), las funciones de onda agregan y no 'probabilidades' y, por lo tanto, la función de onda en sí misma causa interferencias y no 'probabilidades', como en el caso de la doble rendija. Y hasta ahora no está tan bien establecido que un fotón pueda interferir (en el sentido de cambiar la función de onda) con otro en su viaje por el espacio, ya que son bosones. De lo contrario, no podemos simplemente suponer que un fotón de una fuente conocida tendrá la misma longitud de onda y frecuencia, si hay otros fotones pasando por su camino,
porque esos fotones alterarán la función de onda.
Todos los libros de texto no completamente estúpidos de QM están de acuerdo en que las funciones de onda se suman. Pero los libros de texto no completamente estúpidos también informan a sus lectores que las funciones de onda están compuestas de amplitudes de probabilidad, plantillas para calcular probabilidades subjetivas, no son ondas objetivamente reales. ... Sus afirmaciones sobre la ausencia de conocimiento sobre si los fotones interfieren son simplemente ridículas. La interferencia de fotones es lo que se observa en el experimento más simple de doble rendija de Young que ya se hizo hace siglos. Como sabemos que la luz es una corriente de fotones, éstos también interfieren.
"Los fotones no alteran la función de onda". En cambio, la función de onda es la recopilación de datos probabilísticos complejos que describen el estado de todo, incluidos los fotones. La interacción de un sistema con un fotón no significa que la interferencia cuántica deje de existir. Significa que diferentes amplitudes de probabilidad interfieren entre sí que antes.
@Luboš Motl Vale. Pero, ¿puede confirmar a partir de los experimentos que son los fotones los que realmente interfieren, y no que un solo fotón crea una interferencia con su propia onda?
@LubošMotl en un experimento de dos rendijas, las áreas más oscuras del patrón de franjas son donde las dos fuentes están perfectamente desfasadas. Estoy de acuerdo en que no tiene que ser perfecto, pero es el punto donde está más desfasado. Mi punto era que introducir cualquier otra cosa en el experimento alteraría ese patrón.
@ philip_0008 - no, no puedo confirmar eso. Es exactamente lo que estaba diciendo. Incluso si reduce la intensidad de la luz para que los fotones lleguen uno por uno, seguirá habiendo un patrón de interferencia. Por supuesto, cada partícula individual siempre tiene también las propiedades de interferencia, ya sea un electrón, un fotón o cualquier otra cosa.
@BillAlsept: simplemente no es cierto que "introducir cualquier cosa" eliminará el patrón de interferencia. La introducción de algo (microscópico) hará que el experimento sea más complejo, habrá interferencias diferentes, no más pequeñas, y habrá que agregar medidas y manipulaciones adicionales hasta el final para verlo.
@LubošMotl solo inténtalo. Configure un experimento real de doble rendija y observe el bonito patrón de flecos en la pantalla. Hago esto todo el tiempo. Ahora ponga algo en el experimento que bloquee los fotones y perderá el patrón o hará brillar una luz brillante sobre el experimento y también puede perder el patrón. Algo muy pequeño no notarías la diferencia pero sí lo cambia. Cualquier cosa lo interrumpiría sin importar cuán pequeño sea. Incluso la introducción de luz blanca con el espectro completo puede interrumpirla. Por eso usan luz monocromática
@Luboš Motl, ¿mirar la configuración implica tomar medidas (durante el tiempo que los fotones viajan a través de las rendijas) que pueden alterar los resultados? Básicamente, solo estamos mirando el patrón reflejado cuando los fotones golpean la pantalla, y nuestra observación (medida) se basa en los fotones reflejados. ¿Mirar los fotones reflejados altera los resultados que normalmente atribuimos a los fotones incidentes y no a los fotones reflejados que se están midiendo?
No, los espejos no cambian nada sobre la presencia de la medida, simplemente reflejan los datos obtenidos de la medida de forma obvia.
@Luboš Motl Lo siento si parezco ofender en mis comentarios. Ya me he arrepentido.
El mismo comentario para ti: no he detectado ninguna ofensa por tu parte.
¿Qué sucede cuando manipulamos al observador en el experimento de la doble rendija?
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