Intentaré dar una respuesta que llegue directamente a la esencia.
Por supuesto, siempre que no estemos seguros de algo, podemos expresar nuestra incertidumbre cuantitativamente en términos de probabilidad. A primera vista, las leyes de la mecánica cuántica no deberían ser, en este sentido, diferentes. Por lo tanto, es válido preguntar si la probabilidad en la mecánica cuántica no es en el fondo una expresión de nuestra ignorancia de algunas leyes más profundas que, si las conociéramos, eliminarían la necesidad de una descripción probabilística.
Permítanme etiquetar la probabilidad para este tipo de situaciones como “probabilidad debida a la ignorancia”. Entonces, tu pregunta, reformulada, es: ¿Por qué la ciencia está tan segura de que la mecánica cuántica no es solo una probabilidad debido a la ignorancia?
La razón es simplemente esta:
- ¿Cuáles son las falacias lógicas de los evolucionistas?
- Si el espacio puede expandirse más rápido que la velocidad de la luz, ¿podría una onda de gravedad viajar más rápido que la velocidad de la luz, ya que es una onda en el espacio?
- ¿Cómo las sondas espaciales envían señales a la Tierra?
- Si la energía no se puede crear ni destruir, ¿cómo explica usted el aumento de la población?
- Si un humano fuera del tamaño de una hormiga, ¿quién ganaría en una pelea con la hormiga y el humano?
Cada estado que se compone de la suma (vector) de dos estados válidos también es un estado válido.
Esto se llama el principio de la superposición cuántica.
La probabilidad debido a la ignorancia no funciona así. Si lanza una moneda normal pero no mira, nunca será el caso de que entre los posibles resultados válidos que consideraría Cabeza y cola.
Pero en la mecánica cuántica, el análogo de esto parece ser el caso, y el experimento clásico que ayudó a establecer esto es el experimento de doble rendija.
El experimento está configurado de modo que dispares algunos electrones (que normalmente visualizamos como pequeñas bolitas) a través de una barrera con dos pequeñas rendijas. No repasaré los resultados de este experimento, pero si desea saber más al respecto, una excelente inversión de aproximadamente 1 hora de su tiempo es el siguiente video:
La conclusión es que el estado de un electrón que atraviesa la rendija 1 Y la rendija 2, es decir, un estado en el que se encuentra en una superposición cuántica, es tan válido como el estado de atravesar una rendija o la otra.
La razón experimental por la que sabemos esto es que
1. Estados cuánticos muestran propiedades de onda
2. Los estados de superposición cuántica muestran efectos de autointerferencia que de otra manera son inexplicables.
Sin embargo, hay un problema: cuando realmente intentamos “medir” un estado cuántico, nunca observamos directamente ninguna propiedad en una superposición cuántica. Siempre solo observamos directamente un posible resultado u otro, pero no una superposición de ellos. Esto se llama el problema de medición.
La probabilidad llega a través de algo llamado la regla de Born, que dice que la probabilidad de medir un resultado particular es proporcional a la integral del cuadrado absoluto de su estado cuántico asociado.
Actualmente hay una tendencia a tratar de explicar el problema de medición en términos de lo que se llama decoherencia cuántica. El estado de la decoherencia cuántica como una explicación del problema de medición aún está sujeto a debate. Hay físicos que piensan que esto es todo lo que hay, y otros que no lo hacen porque, sin entrar en detalles, no implica la eliminación de la superposición cuántica en una medida, sino que simplemente crea la apariencia de que se ha eliminado.
El hecho de que no entendamos inequívocamente lo que está detrás del problema de medición abre la posibilidad de formular interpretaciones alternativas de la mecánica cuántica en las que la probabilidad de la mecánica cuántica es simplemente “probabilidad debido a la ignorancia”.
La interpretación que va más lejos en esta dirección es la interpretación de Ensemble, que niega que haya alguna probabilidad involucrada además de la probabilidad debida a la ignorancia. El precio que tiene que pagar por esto es que también debe negar la aplicabilidad a sistemas cuánticos únicos en el siguiente sentido: cualquier declaración sobre el resultado de un experimento individual que involucre un sistema cuántico único es en realidad una declaración sobre el resultado promedio de un Conjunto de sistemas idénticamente preparados.
Dependiendo del punto de vista de uno, esto puede ser un precio demasiado alto para pagar.
Considere, por ejemplo, cada instancia en la que se realiza por primera vez un experimento novedoso que involucra un solo sistema: dado que no existe un “conjunto” que justifique la aplicabilidad de esta interpretación, no tiene nada que decir al respecto, mientras que El formalismo de la mecánica cuántica bien puede tener algo que decir al respecto. Además, la interpretación rompe el vínculo entre el comportamiento de los objetos individuales y sus representaciones matemáticas. La mayoría de los físicos piensan que es razonable creer que es posible representar sistemas físicos individuales matemáticamente. Bajo la interpretación de conjunto que no es posible, cualquier representación matemática de un sistema individual es en realidad la representación de la media de un conjunto de sistemas.
Un problema que personalmente percibo, aunque en realidad no lo he visto en ningún lugar, es que se acerca peligrosamente a la falacia de la regresión infinita:
Dado que cualquier declaración sobre el resultado de un sistema individual es en realidad una declaración sobre el resultado promedio de un conjunto de sistemas preparados de manera idéntica, (me parece) es en realidad una declaración sobre el promedio de la media del promedio de … se repite infinitamente a menudo, porque no hay sistemas individuales individuales en la parte inferior a los que pueda referirse la interpretación.
De todos modos, quizás por estas razones o por otras, esta interpretación no es muy popular.
Finalmente, permítanme mencionar que la “probabilidad debida a la ignorancia” juega un papel importante incluso en la mecánica cuántica estándar, y para distinguir este tipo de probabilidad de la mecánica cuántica inherente, uno clasifica los estados cuánticos dentro de ese contexto como estados puros y mixtos. Los estados puros aún pueden existir en una superposición cuántica, pero la probabilidad involucrada es exclusivamente mecánica cuántica. Para los estados mixtos, la probabilidad involucrada se debe, al menos en parte, a la ignorancia del verdadero estado cuántico subyacente del sistema.