He oído en la divulgación científica que existe una ley de "conservación de la información". Algunas veces esto se describe como: para cualquier evento que suceda, hay suficiente información para reconstruir el estado original. Entonces, por ejemplo, si supieras las posiciones exactas de los átomos que volaron de un pedazo de papel en llamas (y todo lo demás cercano que interactúa con estos átomos), podrías reconstruir la información en el papel.
¿Es esto cierto cuando se tiene en cuenta la medición cuántica? ¿Podemos realmente reconstruir el pasado por completo a pesar de que gran parte se ha derrumbado en una configuración particular debido a QM?
EDITAR: solo para aclarar, por supuesto, está claro que la función de onda en sí misma (sin colapsar) conserva información. La pregunta es si la información se conserva después del colapso .
Respuesta corta: el colapso de una función de onda destruye la información.
Como dijiste correctamente, mientras el estado cuántico evolucione de acuerdo con la ecuación de Schrödinger, la información se conserva.
Si adoptamos una interpretación de la mecánica cuántica en la que el colapso ocurre con la medición (la interpretación de Copenhague), incluso en el caso más simple podemos ver que la información se perdería con el colapso.
Por ejemplo, suponga que su sistema se encuentra en una superposición de estados de giro hacia arriba y hacia abajo. Si mide que está girando, no hay forma de saber si estaba en un estado de giro puro o en una superposición. Por lo tanto, la información se pierde.
Aclaración: en el escenario anterior, es incluso "peor" que simplemente no poder averiguar el estado inicial. El estado de todo el universo (usted, el sistema, el dispositivo de medición, etc.) será el mismo ya sea que el estado inicial sea o no un estado de giro puro o una superposición.
La "conservación de la información" se deriva de la propiedad de unitaridad de la mecánica cuántica.
Si realmente se conserva es una historia larga y dramática con una trama bastante retorcida. Steven Hawking, junto con muchos otros teóricos, aceptó la posibilidad de la irreversibilidad de ciertas leyes físicas y la pérdida de información: " si la irreversibilidad burlaba las leyes de la física tal como se entendían entonces, tanto peor para esas leyes ".
Otro grupo de físicos, encabezado por Don Page, está seguro de que el principio de unitaridad tiene que ser cierto y la información se conserva necesariamente. Para conocer los resultados y la discusión recientes, recomiendo leer este artículo https://www.quantamagazine.org/the-black-hole-information-paradox-comes-to-an-end-20201029/ .
Si creemos que la evolución de QM es unitaria, que la inversión del tiempo se mantiene, y uno puede, en principio, aunque no siempre técnicamente, rastrear la historia de un sistema bajo consideración.
Sobre la medida y el colapso de la función de onda, la terminología es bastante abusiva, y puede llevar a la conclusión de que algo está fallando, pero en realidad, la medida reemplaza la distribución de probabilidad inicial, aprioripor la distribución condicional, aposteriori. Aquí puede encontrar útil la respuesta de Lubos Motl https://physics.stackexchange.com/a/3163/261877 y la discusión a continuación.
Si y no. Uno puede estudiar la pérdida de información en experimentos controlados en configuraciones de dos rendijas, utilizando interferómetros ópticos Mach-Zehnder o estado sólido , ¿qué camino? interferómetros _ Por ejemplo, en el último caso, se puede provocar el colapso de la función de onda de forma controlada acoplando uno de los brazos del interferómetro a un cable cuántico cercano oa otro interferómetro similar. Esto es equivalente a causar el colapso de una función de onda al observar qué camino toman los electrones. Entonces se puede demostrar teórica y experimentalmente que la información perdida en el primer interferómetro se puede recuperar considerando su correlación con el segundo. En otras palabras, la información perdida en un lugar, reaparece en el otro.
Por otro lado, en un entorno de sistema abierto, donde el colapso es causado por el acoplamiento a un número infinito/incontrolado de grados de libertad, tal recuperación sería imposible.
Dos puntos más a tener en cuenta:
Sí, en la interpretación de Copenhague, la información se pierde con el colapso de la función de onda. Por otro lado, en una interpretación de muchos mundos de la mecánica cuántica, no hay colapso de la función de onda. La verdadera función de onda completa del universo siempre evoluciona de forma unitaria (es decir, preservando la información), enredándose cada vez más. Subjetivamente, solo está experimentando una parte de la función de onda, y la información en otras partes de la función de onda puede volverse inaccesible para usted, pero nada se pierde realmente en un sentido global.
La combinación de la mecánica cuántica y la relatividad general conduce a la "paradoja de la información del agujero negro": la relatividad general sugiere que:
a) El estado de un agujero negro (visto desde el exterior) está exactamente determinado por tres cantidades (masa, momento angular, carga eléctrica). Cualquier información adicional sobre las cosas que han caído dentro ya no es accesible al mundo exterior. (Pero esa información aún podría considerarse almacenada dentro del agujero negro).
b) Los agujeros negros se evaporan con el tiempo (por "radiación de Hawking"). Eso significa que, después de que desaparece el agujero negro, incluso la información almacenada parece desaparecer. Esta paradoja es una cuestión abierta de la física actual. Hay algunas soluciones propuestas (ver aquí: https://en.wikipedia.org/wiki/Black_hole_information_paradox#Postulated_solutions ), pero no se ha llegado a un consenso entre los físicos (y nada se ha verificado experimentalmente).
Una forma alternativa de abordar esto es usar una interpretación que no requiera colapso ni no determinismo. Todas las interpretaciones son simplemente formas de reconciliar las matemáticas de una realidad cuántica con las matemáticas de una realidad clásica tal como la observamos. No existe un colapso de la función de onda en la mecánica cuántica propiamente dicha; es algo que aparece en la interpretación más común, la interpretación de Copenhague.
Podríamos usar otras interpretaciones para explorar esta respuesta. La onda piloto viene a la mente como un excelente ejemplo. En la interpretación de la onda piloto, podemos medir el estado de las partículas que se ven afectadas constantemente por una "onda piloto", una función de onda que empuja a las partículas y cambia su estado. Como todas las interpretaciones de QM, esta visión es perfectamente consistente con las ecuaciones fundamentales de QM. Sin embargo, en lugar de un colapso de la función de onda, como lo ha hecho la Interpretación de Copenhague, tenemos una onda piloto.
Lo complicado de esta onda piloto es que su ecuación en cada momento depende del estado de todas las partículas, en ese momento, incluso aquellas que son remotas. Esta rareza es la forma en que la onda piloto evita los comportamientos clásicos: tiene una onda que se propaga infinitamente rápido. Se puede demostrar que esto produce los mismos resultados estadísticos que obtenemos de la interpretación de Copenhague, con el colapso de su función de onda, pero no se requiere colapso.
En esto, encontramos trivial mostrar que la información se conserva para todas las acciones, incluso las "medidas", porque la onda piloto se define con respecto a los operadores unitarios que vemos en la mecánica cuántica. Sin embargo, esa información se ha dispersado por todas las partículas del universo conocido.
Entonces muestra que, según esa interpretación, la información se conserva en todo el universo, pero cualquier subsistema dentro del universo perderá información a medida que se disperse a todas las partículas existentes.
TimRias