¿A qué llamamos observación en la física? ¿Cómo afecta a los estados cuánticos de las partículas?

Una “observación” es cualquier cosa que produce un cambio irreversible en la información que puede llevar a un futuro diferente.

En términos del famoso experimento de la doble rendija, cuando un electrón no es “observado” aparece como si se comportara como una onda, como si pasara a través de ambas rendijas simultáneamente. En realidad, esto significa que ambas posibilidades coexisten en nuestro universo como una superposición, ambas contribuyen 50/50 a nuestra realidad actual del “ahora”, porque un universo en el que no hay información de ruta que pueda influir en el futuro es solo un universo, Nunca podemos convertirnos en dos futuros diferentes gracias a nuestro experimento.

Podría imaginar que todavía podrían existir 2 historias de universo diferentes, una en la que pasó a través de la rendija A, pero esto no afectará al futuro de ninguna manera, y otra donde pasará a través de la rendija B, pero también eso no afectará al futuro en ningún caso. camino. Pero en la práctica, esos 2 universos imaginarios serían idénticos, sus futuros son idénticos hasta el final de los tiempos, por lo que la naturaleza es económica y fusiona esas 2 opciones como una sola realidad universal, que de hecho es una superposición del 50/50 de ambas en el presente. y con un mismo futuro común, es decir, el futuro nunca dependerá de si pasó a través de A o B porque la información A o B no existe, nuestro experimento no generó esa información.

Por otro lado, si creamos un registro que mantendrá la información de si el electrón pasó a través de la ranura A o a través de B, incluso si no observamos ese registro, la información existe. Podemos enterrarlo profundamente en un bloque de concreto a 100 metros bajo tierra, o enviarlo al espacio sin mirarlo, pero la información está en algún lugar del universo. Eventualmente, alguien puede encontrarlo, millones de años a partir de ahora y millones de años luz de distancia.
Y el futuro donde alguien lo miraría y encontraría que pasaba a través de la ranura A definitivamente no es el mismo futuro donde él mira y encuentra que pasó a través de la ranura B.

Dos futuros posibles diferentes significa que no podemos tener los dos presentes diferentes en superposición ahora, eso sería una inconsistencia, por lo que la naturaleza tiene que elegir y definir un presente único, que tiene un 50% de probabilidad de ser la raja A y un 50% de probabilidad de ser ranura B, y luego la información A o B se genera y almacena. Pero la superposición de ambos se descarta, y por supuesto, si decidimos mirar el registro, encontraremos A o B, pero no el patrón de interferencia.

Cuando lo piensas, en realidad es completamente lógico, no podría ser de otra manera. Lo que es realmente sorprendente es que mientras los futuros sean idénticos, todas las opciones posibles compatibles con ese futuro realmente coexisten en superposición en forma de ondas que crean una interferencia entre ellas, una especie de realidad borrosa que consiste en una neblina de todo el mundo. posibles realidades, todas las posibles “nows” que, si bien son diferentes, siguen siendo totalmente coherentes con ese futuro.

Soy físico y me gradué en física de partículas.
Para responder a la primera parte de su pregunta (lo que llamamos observación en Física), por observación realmente nos referimos a cualquier interacción con el sistema en estudio. Por lo general, lo llamamos “medición” ya que la interacción está dirigida a detectar algo sobre el sistema (no interactúas con él solo por diversión).
Cómo afecta esto a las partículas cuánticas …
Más generalmente deberíamos hablar de “estado cuántico”. Una partícula puede ser descrita por un estado cuántico, pero también dos partículas (tres …) pueden estar en un estado cuántico.
Ahora, digamos que tiene un estado cuántico que describe a un gato muerto o vivo. El estado cuántico de tal gato se puede escribir matemáticamente como:
| cat> = 1 / sqrt (2) (| dead> + | alive>)
Esto es igual a decir que hay un 50% de probabilidad de que cuando “observes” al gato, este esté muerto y un 50% de que esté vivo (para resolver esto P_dead = || ^ 2).
Decimos que después de la medición, el estado cuántico, aquí el gato, colapsará en un estado bien definido de “vivencia”, mientras que antes de la medición el gato estaba en una “superposición” de vivos y muertos. ¿Esto significa algo? ¿Significa esto que el gato está vivo y muerto? ¡No! No se puede decir nada antes de “medir” (observar) al gato, pero existe un 50% de probabilidad de estar vivo y un 50% de muertos.
Esto le dice a usted que si quiere saber algo sobre un estado cuántico (si el gato está vivo o muerto), tendrá que interactuar con él, y al hacerlo así “perderá” algo al respecto (aquí está el superposición de vivos y muertos). Heisenberg dijo una vez que “somos actores y espectadores en el gran teatro de la existencia”. Encuentro estas palabras muy ciertas.

Quizás un físico profesional pueda corregirme, pero mi opinión personal es que no es la observación en sí lo que afecta el estado cuántico, sino el hecho de que es necesario interactuar con el cuanto para “observarlo”, por ejemplo. Dispara una corriente de partículas para “iluminarlo”.

Si piensas en el velocímetro de tu automóvil, funciona robándole un poco de energía, por lo que al medir la velocidad, afecta la velocidad de manera precisa.

Ahora imagine el mismo velocímetro atado a un pequeño carro de juguete. El coche de juguete sería casi incapaz de moverse.

Así que cuando mires los cuantos, todo lo que le dispares será casi del mismo tamaño o más grande. Por lo tanto, lo está cambiando mirándolo, pero no es el reconocimiento consciente del estado cuántico lo que es importante, sino la iluminación.

Estrictamente hablando, la observación puede parecer que causa que una partícula asuma un estado finito en lugar de una superposición de múltiples estados en los que se encontraba antes de la observación.

La definición indeterminada de “observación” como un concepto en física se trata exhaustivamente en esta página en arizona.edu, pero sin cerrar completamente el problema. La decoherencia y la transición de Quantum a Classical por Wojciech Zurek.

Como entiendo el artículo, la “observación” debe interpretarse como cualquier acción que conecte el sistema observado con un sistema separado que conduzca a la decoherencia del sistema observado. Surek no afirma que responda a todas las preguntas; de hecho, profundiza la trama con preguntas que plantea esta perspectiva. El límite entre los sistemas cuánticos y clásicos está estrechamente relacionado con la interpretación de la física cuántica.

Vea la respuesta de John Bailey a ¿Cómo explico la mecánica cuántica de una manera sencilla a mi madre? para más.

Mi título es en química. La primera partícula probada en el Gran Colisionador de Hadrones del CERN es una partícula que descubrí.
Una observación es una observación, pero generalmente reducimos los datos.
Cualquier persona con una computadora puede participar en la reducción de datos del CERN.

Cualquier cosa “cuántica” se relaciona con la Mecánica Cuántica, una tecnología de la década de 1960 que sugería que la luz viajaba en paquetes de energía o “cuanta”.
Ahora sabemos que la luz proviene de fotones, partículas muy pequeñas con una masa muy, muy pequeña.
En la década de 1960, todos sabían que la energía y la materia se intercambiaban de acuerdo con la fórmula E = mc ^ 2 de Einstein, pero nadie sabía por qué.
Ahora sabemos que los protones y los electrones están hechos de luz o haces de fotones (energía).
Cuando divides un protón, digamos con un colisionador, estos fotones se rompen en grupos. Dependiendo de la cantidad de fotones en el grupo, puede obtener casi cualquier cosa: neutrinos, quarks, mesones, un fotón individual o lo que sea.
Es un hecho repetido muchas veces en el LHC.
La conclusión de su respuesta es que la tecnología de los estados cuánticos ha sido obsoleta.

Una observación es una medida. Para observar algún tipo de valor de un sistema. Por ejemplo, observamos la posición de una partícula midiendo dónde está una partícula u observamos cuál es su impulso.

Lo que hace que la mecánica cuántica sea extraña es que el hecho de medir la partícula también la afecta, lo que tiene sentido. Para ver las cosas, necesitamos enviar fotones (fragmentos de luz) a un objeto de nuestros ojos que rebota en el objeto y nuestros ojos registran la posición de los objetos. Pero cuando se envía un fotón a algo pequeño, el fotón tiene un efecto medible en la partícula, que lo hace reaccionar de manera diferente cuando lo observamos.