Superposición y observación simultánea

Las observaciones a nivel de partículas, mundo microscópico de dimensiones nanométricas, han sido ajustadas y comprendidas con la mecánica cuántica, y las predicciones para nuevas observaciones tienen mucho éxito con esta teoría. El marco del microcosmos es mecánico cuántico.

La mecánica cuántica depende de un conjunto de postulados para las soluciones de las ecuaciones mecánicas cuánticas. Las soluciones son funciones de valores complejos, los observables son números reales. Los postulados conectan las soluciones matemáticas con las medidas reales al afirmar que es el complejo conjugado al cuadrado de la función de onda, un número real, que es relevante para las medidas y da la probabilidad de observar una partícula en un punto de espacio-tiempo específico.

La superposición de funciones de onda significa que habrá términos de interferencia que se deben a la estructura matemática de la solución propuesta. La superposición no es interacción. Es la suma de probabilidades siguiendo el álgebra de números complejos, para obtener una nueva función de onda.

Esto es claro en los experimentos de interferencia de rayos láser, donde los rayos se cruzan entre sí sin interactuar (la interferencia de dos fotones es muy improbable) cuando no se mide pero en la pantalla se ve la interferencia.

Con este trasfondo:

Ok, experimento de doble rendija. Los múltiples caminos que la partícula recorre simultáneamente interfieren entre sí, pero a medida que se absorbe, elige una ubicación "real", por lo que el nivel de energía sigue siendo el mismo.

Una descripción con múltiples caminos es un modelo matemático para llegar a la distribución de probabilidad. Las partículas son partículas puntuales en el modelo estándar de la física de partículas elementales. No se distribuyen por todo el espacio disponible para la interacción. Lo único que varía es la probabilidad de interacción. Cuando las partículas detectadas son consistentes con ser un punto.

La pantalla muestra la solución de las ecuaciones mecánicas cuánticas para el experimento "dispersión de partículas por dos rendijas". Esta es una función sinusoidal compleja que, al elevarse al cuadrado debido a las condiciones de contorno, dará el patrón de interferencia. Es una función de onda de una partícula (en contraste con los fotones de la luz láser de arriba) porque el patrón de interferencia también acumula una partícula a la vez. . Construye una distribución de probabilidad. La probabilidad de que la partícula pase por una de las rendijas y golpee la pantalla tiene una distribución sinusoidal que muestra efectos de interferencia.

experimento de doble rendija un electrón a la vez.

¿Puede la partícula interactuar solo de manera superpuesta consigo misma, porque si interactuara con otra cosa, sería "observada" y, por lo tanto, tendría que elegir una cosa con la que interactuar?

Como se explicó anteriormente, la superposición no es interacción . En el caso de que la partícula individual se disperse por las rendijas, son las condiciones de contorno las que determinan la función de onda y las propiedades que se manifestarán al acumular mediciones con las mismas condiciones de contorno (momento, geometría de las rendijas).

¿O puede la partícula lograr interactuar con dos cosas simultáneamente?

No, en la teoría existente, descrita con diagramas de Feynman , una partícula interactúa con una partícula o campo a la vez.

Hay varias cosas confusas en esta pregunta:

1) "Los múltiples caminos que la partícula recorre simultáneamente interfieren entre sí..." No son los caminos los que interfieren, cuando estos caminos se cruzan, es decir, el paquete de ondas en un camino y el paquete de ondas en el otro camino pasan a través de la misma región al MISMO TIEMPO.

2) "pero a medida que se absorbe, elige una ubicación 'real'". ¿QUIÉN elige? Lo que encontramos es que se imprimió un lugar determinado en la placa fotográfica. No sabemos QUÉ participante en este juego elige ese lugar, la partícula, el material en la placa fotográfica, o algún otro participante oscuro para nosotros.

3) La observación y la interacción son cosas diferentes. Para observar la partícula necesitamos un registro macroscópico, no podemos ver la partícula cuántica directamente. Tal registro implica que ponemos la partícula en contacto con un material que contiene una enorme cantidad de partículas, para las cuales no podemos escribir una función de onda porque no podemos hacer un seguimiento de su evolución. Parte de las partículas en un aparato de medición son simplemente fotones que vuelan hacia el medio ambiente o provienen del mismo.

Por otro lado, podemos hacer que nuestra partícula interactúe con otra partícula o con más partículas. Siempre que podamos seguir su comportamiento, podemos escribir la función de onda, pero desafortunadamente, no podemos decir que hicimos una medición, por ejemplo, un registro de qué camino tomó nuestra partícula.

¡Buena suerte!