¿Qué significa exactamente que todo en el mundo cuántico es indeterminado hasta que uno mide el sistema?

Answer 1

TL; DR: este resultado contrario a la intuición se debe al hecho de que todas las partículas exhiben una dualidad onda-partícula y cómo los físicos interpretan lo que realmente significa esta dualidad onda-partícula. Hay varias interpretaciones en competencia de la mecánica cuántica. Sin embargo, el más popular, The Copenhagen Interpretation, sugiere que una partícula existe como una onda hasta que se observa, lo que la colapsa en un estado definido. Estas ondas solo dan la probabilidad de que una partícula esté en cualquier ubicación, por lo que la definición de la ubicación de una partícula antes del colapso no tiene sentido.

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Esa es una pregunta bastante difícil y a partir de ahora hay varias interpretaciones igualmente válidas de la mecánica cuántica que ofrecen una respuesta. Sin embargo, intentaré ver si puedo proporcionarle alguna información sobre este problema.

Nota: Si ya está familiarizado con el experimento de la doble rendija, puede saltar a la sección de Consecuencias e interpretaciones a continuación.

Antes de proporcionar una explicación de por qué un sistema cambia según la observación, es útil saber cómo llegaron a la conclusión de que sí. Después de varios experimentos innovadores, los físicos descubrieron que las cosas que pensábamos como partículas podían actuar como ondas y otras cosas que pensábamos que las ondas a veces actuaban como partículas. Esto a menudo se llama dualidad de partículas de onda.

Experimento de doble rendija y dualidad de partícula de onda

En la década de 1800 era incierto si la luz era una partícula o una onda. Para determinar esto, un científico llamado Thomas Young configuró el Experimento de doble rendija. Como se ve, las ondas existen en todo el espacio y se puede hacer que interfieran entre sí empujándolas a través de una doble rendija. Debido a que las ondas existen en todo el espacio cuando se encuentran con la doble rendija, la onda ingresa en ambas rendijas a la vez, lo que crea dos ondas que pueden interferir entre sí (experimento de la doble rendija):

Gif que demuestra cómo una onda se interfiere a sí misma cuando pasa a través de una doble rendija

Cualquier onda exhibirá este comportamiento, incluso se puede ver con ondas en el agua (

)

Cuando Young realizó el experimento con la luz (esto fue en 1801), como pueden suponer, sí descubrió que la luz creó estos patrones. Por lo tanto, razonó que la luz era una onda y, de hecho, se convirtió en la teoría aceptada durante unos buenos 100 años. Sin embargo, en 1909 se encontró que cuando la luz se ejecuta a baja intensidad, el patrón parecía partículas individuales en lugar de un patrón de difracción. Más fascinante aún si un fotón se dispara uno a la vez, la imagen que resulta de un gran número de tomas de fotones individuales seguirá mostrando un patrón de interferencia (experimento de doble rendija):

Imagen que muestra cómo fotones individuales disparados a través de una doble rendija convergerán a un patrón de difracción.

Consecuencias del experimento de doble rendija

Entonces, la pregunta que surge del experimento de la doble rendija es ¿cómo puede una serie de partículas individuales terminar creando un patrón de interferencia cuando no hay otras partículas con las que pueda interferir? La única respuesta es que la partícula de alguna manera interfiere consigo misma. Pero la única forma en que podría ser cierto era si la partícula fuera una onda. Sin embargo, si la partícula era una onda, ¿por qué no mostraba un patrón de difracción cada vez en lugar de una serie de puntos que se sumaban a un patrón de difracción? Por eso se decía que la luz era una onda y una partícula. Era una onda cuando atravesaba la rendija, sin embargo, cuando se mide en la pantalla, esa onda se convierte en una partícula. Otros experimentos con electrones, protones e incluso átomos enteros encontraron que otras partículas también exhibían esta dualidad onda-partícula. En 1925, Schrodinger formuló la ecuación de onda de Schrodinger que describe cualquier sistema como una onda.

Interpretaciones de la dualidad aparente onda-partícula

Interpretación de Copenhague:
La interpretación más común se llama interpretación de Copenhague (ya que fue pensada por Niels Bohr y Werner Heisenberg en Copenhague). Esta interpretación dice que la naturaleza de onda de una partícula (descrita por la ecuación de Schrödinger) simplemente representa la probabilidad de que una partícula esté en cualquier ubicación. Esto implica que la partícula no existe realmente en ningún punto y, en cambio, se encuentra en una especie de limbo donde puede existir en cualquier punto (con una probabilidad determinada por la amplitud de la onda), pero en realidad no existe en ningún lugar. Aquí se dice que una observación “colapsa” la onda de probabilidad en una de las ubicaciones posibles con una probabilidad definida por la función de onda en cada ubicación.

Imagen que muestra el colapso de la función de onda causada por la medición, que la interpretación de Copenhague cree que es la razón de la observación de la dualidad onda-partícula ( Las interpretaciones de Copenhague y muchos mundos de la mecánica cuántica ).

Esto significa que el estado con el que termina la partícula es algo aleatorio. Puedes pensar en este tipo de dados, aunque es posible tirar un dos o un doce si tiras los dados las veces suficientes y verás que en su mayoría tirarás entre un 5-9 (Estadísticas de tirada de dados):

Por lo tanto, aunque no podemos decir con absoluta certeza dónde terminará una partícula, sabemos que si repetimos un experimento suficientes veces, seguirá un patrón dictado por la función de onda.

Teoría de muchos mundos
Esta teoría afirma que no hay colapso de la función de onda. En cambio, cuando algo observa la función de onda, experimenta decoherencia. En la decoherencia, el observador se enreda con la función de onda que divide al observador en infinitas líneas de tiempo, una para cada posibilidad. Esto significa que en lugar de que la partícula tome una ubicación aleatoria, se transforma en mundos infinitos y en cada uno toma una ubicación diferente. Cada observación divide cada una de las líneas de tiempo infinitas en otro conjunto de líneas de tiempo infinitas. Después de suficientes observaciones, la cantidad de líneas de tiempo donde no se obtiene el resultado esperado es despreciable. Para ilustrar, eche un vistazo a un árbol de decisiones que muestra los posibles resultados de lanzar una moneda 4 veces (Análisis de probabilidades binomiales):

Árbol de decisiones que muestra los posibles resultados de lanzar una moneda 4 veces

Piense en cada lanzamiento de moneda como una observación y cada posible resultado como un mundo o una línea de tiempo. Después de cada giro (observación), cada mundo se divide en dos mundos más. Después de suficientes observaciones, la cantidad de mundos en los que cada tirón son cuentos (o cabezas) se vuelve insignificante y la mayoría de los mundos terminan teniendo una cantidad aproximadamente igual de cabezas y cuentos. Para el ejemplo anterior, puedes ver que solo 2/16 “mundos” tienen todas las cabezas o las colas si tuviéramos que voltear 4 veces más, sería 2 de 256 mundos (0,78%) y 4 tiros más nos darían dos puntos. De 4096 mundos (0.05%). Entonces podemos ver que cuando un gran número de observaciones conduce a un gran número de divisiones, cualquier evento improbable solo ocurrirá en muy pocos mundos, mientras que casi todos los demás mundos verán los eventos más probables.

Teoría de la onda piloto
En esta teoría, la onda predicha por la ecuación de Schrödinger en realidad está separada de la partícula y “guía” la partícula a la ubicación predicha por la mecánica cuántica. Puede obtener una mejor idea de cómo funciona esto al ver esta demostración de gotas para caminar del MIT:

Otras lecturas:

https://en.wikipedia.org/wiki/Do…
https://en.wikipedia.org/wiki/In…

Answer 2

La explicación más detallada de por qué los físicos explican el mundo cuántico en términos de probabilidad se debe a la existencia de partículas desconocidas en el núcleo de todas las partículas subatómicas. La teoría que trata de la naturaleza y las características de las partículas subatómicas y espaciales ofrece un modelo del universo formado por dos tipos de energía. Estas son: a) las cadenas de energía que forman los fotones y las nubes en órbita de la energía asociadas con todas las partículas subatómicas y b) los giradores o singularidades que forman el núcleo de todas las partículas espaciales y subatómicas.

El siguiente extracto del manuscrito aclara este aspecto.

3) Los bloques de construcción más elementales que conforman todo el universo.

Los físicos han estado cuestionando durante mucho tiempo las posibilidades de que todas las partículas subatómicas puedan estar hechas de partículas elementales incluso más pequeñas. Tales especulaciones también incluyeron la posible existencia de partículas elementales desconocidas que podrían explicar las observaciones extrañas a nivel cuántico. La naturaleza y estructura de la teoría de partículas subatómicas y espaciales propone que en el corazón de todo el universo hay solo dos tipos de partículas de energía elementales. Las diversas combinaciones y permutaciones de estas dos partículas elementales conducen a la creación de todas las partículas y antipartículas subatómicas conocidas y aún por descubrir. También son responsables de todos los Números Cuánticos teorizados utilizados para explicar el funcionamiento del universo físico.

Las dos partículas fundamentales de energía elemental son:

A) Las cuerdas de la energía.

Se propone que todas las Cadenas de Energía sean cuerdas elementales idénticas de energía vibrante que se mueven a la velocidad de la luz. Cada cadena de energía es equivalente a la constante de Planck teórica (h) y tiene un giro de izquierda a derecha (LR) o de derecha a izquierda (RL). Hay un número igual de cadenas de energía LR y RL en el universo. Su helicidad (el giro LR o RL) se conserva.

Un número variable de estas Cuerdas E se unen para formar los diferentes tipos de fotones con momento angular lineal, de ahí que la ley E = h * f donde E sea la energía, h sea la constante de Planck (o una sola cadena de energía) yf sea frecuencia (es decir, el número de cadenas E que componen el fotón). Los fotones adoptan un momento angular lineal debido a la ausencia de los hilanderos. Con la presencia de los giradores, las cadenas de energía de una determinada helicidad toman un momento angular orbital que forma la nube de energía que rodea los núcleos (hecha de los giradores).

Así que las distintas frecuencias de cualquier fotón están determinadas por el número de cadenas de energía unidas / unidas en una estructura similar a una cadena. Cada fotón que tiene un giro de 1 está hecho de cadenas de energía con igual número de helicity RL y LR. Esto explica por qué el fotón es tanto partícula como antipartícula y también explica por qué todos los fotones de diferentes frecuencias / vibraciones viajan a la velocidad constante de la luz.

El fotón púrpura tiene miles de millones de veces más cuerdas E que el fotón amarillo.

Para resumir que cuanto mayor es el número de cadenas E en un fotón, más comprimidas están dentro de la cadena de energía que forma el fotón, lo que conduce a su mayor vibración / frecuencia más corta. El fotón tiene un giro de 1 y se cree que es su propia antipartícula como se mencionó anteriormente. Esto implicaría que los fotones están hechos de una cadena de cadenas E dobles con helicity RL y LR.

Por otro lado, las Cuerdas E se agruparían en el momento angular orbital solo si interactúan con un grupo de giradores que los obligan a orbitar a su alrededor. Cada grupo de 6 (o múltiplos de 6) giradores manejan las cadenas de energía de un solo tipo de helicity, por lo tanto, todas las partículas subatómicas tienen un ½ giro. La helicidad de las cuerdas E diferencia entre partículas y antipartículas. La única excepción es el SP (los Bosones de Higgs) que tienen un giro de 1, por lo tanto, están hechos de ambos tipos de cuerdas E al igual que los fotones. El número de hilanderos en sus núcleos es de 6 CW y 6 de ACW que les dan su carga neutral.

B) Singularidades energéticas (Spinners).

En el núcleo de todas las partículas subatómicas y espaciales hay Singularidades que giran en sentido horario o antihorario a la velocidad de la luz. Estas singularidades dan a las partículas subatómicas su carga eléctrica y son responsables de sus características intrínsecas de hilado. El cambio continuo de las ubicaciones y combinaciones de los hilanderos dentro de las partículas subatómicas determina la geometría y los movimientos de las diversas nubes de energía formadas por las cadenas de energía. Las diversas disposiciones de nubes de energía del SP son, en efecto, los campos de excitaciones de energía en los cuales se materializan todas las partículas subatómicas observables. Por ejemplo, las interacciones entre los quarks y el SP (campo de Higgs) conducen a la formación de los confinamientos que atrapan a los Gluons responsables de la mayor parte de la masa de protones. Los fermiones vienen en 3 generaciones, según el modelo estándar. Esto está determinado por el número de sus hilanderos que, a su vez, determina el nivel de su nube de energía, por lo tanto, su masa.

La mayor parte de la física puede explicarse en términos de:

A) El número de singularidades en cada partícula subatómica y la dirección de sus espines.

B) El número de las Cadenas de Energía y su helicidad (LR o RL gira).

C) La existencia de las partículas espaciales y sus interacciones continuas con los fermiones para crear los diversos campos de excitación de energía.

D) El papel desempeñado por las partículas de Lepton (electrón, positrones, neutrinos y antineutrinos) y su interacción con las partículas espaciales. Esto es clave para los cambios de sabor asociados con la fuerza fuerte y la fuerza débil.

E) El intercambio de singularidades entre dos partículas subatómicas con una helicidad diferente, como un quark up que interactúa con un quark down como parte de los cambios de sabor en el confinamiento de un protón o neutrón.

La siguiente tabla muestra cómo los dos tipos elementales de energía son responsables de la formación de todas las partículas subatómicas y espaciales.

La siguiente tabla muestra el número de hilanderos para las 3 generaciones de partículas subatómicas.

¿Cuáles son las características clave de las cuerdas vibrantes de energía y los hilanderos?

Características de las cuerdas de la energía:

– Están en un estado continuo de vibración.

– Cada uno tiene una cantidad mínima de nivel de energía idéntico equivalente a la constante de planck informada.

– Cada uno tiene un giro predeterminado a la izquierda (LR) o a la derecha (RL). Cada uno de estos giros se identifica como ½ giro. La dirección del giro es uno de los determinantes de los números cuánticos.

– Solo las partículas subatómicas con cadenas de diferente helicidad intercambian sus singularidades y cambian a diferentes sabores. Todas las partículas subatómicas y sus antipartículas tienen una helicidad opuesta. Más sobre eso más adelante.

– Las cadenas de Energía se agrupan en diferentes cantidades de los fotones en forma de diferentes cadenas de energía con momento angular lineal.

– En presencia de singularidades, las cadenas de energía forman la nube de energía de las partículas subatómicas con momento angular orbital.

– Los grupos de Cadenas de Energía podrían cambiar el momento de momento angular lineal a momento angular orbital. Por ejemplo, un fotón con el número correcto de cadenas es absorbido por un electrón. Las cadenas de energía se convierten de una cadena de energía a una nube de energía. Este cambio de momento se está produciendo continuamente a medida que los electrones absorben o emiten fotones.

– La dualidad de onda / partícula de los fotones se debe a que son cadenas de energía hechas de miles de millones de cuerdas E. Esto es similar al mar que muestra la dualidad de onda / partícula. Muestra las características de las partículas ya que está hecho de un grupo de moléculas de agua y también muestra las características de las ondas cuando se observa como una gran masa de agua.

– Se especula que todas las cadenas de energía llevan códigos de identidad y códigos de ubicación para colocarlos correctamente dentro de la estructura del espacio y entre sí. Dichos códigos son esenciales para registrar todas las actividades del universo y para la manifestación de la dimensión temporal que se realiza a partir de la secuencia de las instantáneas del “momento actual” de las actividades totales del universo. Esto también puede ofrecer una explicación racional al enigma del enredo. (como veremos más adelante). Esta especulación está en línea con los códigos informáticos recientemente descubiertos, enterrados dentro de las matemáticas de la teoría de cuerdas.

– Las Cadenas de Energía nunca se crean ni se destruyen, de ahí la ley de conservación de la energía.

Características del Spinner (Singularidad)

– Los Spinners son partículas de energía similares a puntos. Giran en sentido horario (carga positiva) o en sentido antihorario (carga negativa). Los Spinners de diferente carga no se aniquilan entre sí.

-Están en movimiento continuo dentro de los núcleos de todas las partículas subatómicas y espaciales (SP).

– Cada rueda giratoria tiene un radio de longitud de Planck y gira continuamente a la velocidad de la luz.

– Los Spinners siempre se encuentran en compañía de otros spinners en un grupo de 6 o múltiplos de 6 (como en el caso del SP o las Partículas de fermión de segunda y tercera generación). El número “Seis” es la unidad de medida cuando se trata de los giradores. Es el único número que es tanto la suma como el producto de sus números positivos consecutivos (1,2,3). Así que la carga de electrones de -1 significa que tiene 6 giradores en sentido antihorario. La carga de los quarks up + ⅔ significa que tiene 5 por cloaca y 1 en sentido antihorario ((+ 5-1) / 6 = + ⅔).

– Se especula que cada giro de singularidad es equivalente a un segundo cósmico, lo que le da al concepto de Spacetime un significado visualizado. Cada segundo cósmico es equivalente a un tiempo de Planck.

– Actúan como los motores que mantienen todas las partículas subatómicas interactuando con el SP y entre sí. Son esenciales para generar los campos cuánticos que conducen a la manifestación de las partículas subatómicas.

– Sus diversas combinaciones y permutaciones llevan a los cambios en la geometría de las nubes de energía de las diversas partículas subatómicas, incluido el colapso de la función de onda de los electrones.

– Se conserva el número total de giradores en el universo y las direcciones de sus giros. Los giradores se dividen en partes iguales entre los que giran en el sentido de las agujas del reloj y los que giran en sentido contrario a las agujas del reloj.

– Juegan un papel clave en la determinación de algunos de los números cuánticos de las partículas subatómicas.

– Muchas de las extrañas observaciones del mundo cuántico pueden explicarse una vez que incluimos a los hilanderos en el modelo estándar de partículas subatómicas. Esto hará que nuestra comprensión del mundo cuántico sea probabilística, y que sea determinista.

Answer 3

Piense en una abuela que sale de compras para comprar un regalo sorpresa de cumpleaños para su nieto. No sabemos dónde está, pero tenemos una pista. No puede ir muy lejos, y solo hay un puñado de lugares donde podría estar. Si la atrapamos, ella fingirá que estaba haciendo otra cosa. Atraparla cambiará sus planes. Entonces, si solo quisiéramos observar lo que ella iba a comprar, no debemos mirar. Solo podemos seguir adivinando.

A nivel cuántico, incluso la observación tiene su precio. Cuando hacemos rebotar un fotón o un electrón de algo, alterará lo que intentamos ver. Así que no hay observaciones pasivas. Por lo tanto, nos quedamos con adivinar dónde están las cosas sin mirarlas.

Pero como resulta, incluso meras conjeturas tienen sus formas. Hay ciertos lugares donde la abuela no puede estar. Como el plano de un centro comercial, saber qué centro comercial puede ser suficiente para algunos cálculos. La mecánica cuántica nos ha enseñado que hay una tercera opción más allá de saber y no saber. Hay suficiente información, al igual que saber que la abuela está en el Westside Mall es suficiente para saber que está a salvo, donde sea que esté.

Los electrones existen en los centros comerciales.

Answer 4

Ese punto de vista, aunque todavía es lujoso para los titulares sensacionalistas, está muy retrasado.

La versión moderna se llama “decoherencia”. Los sistemas cuánticos pueden, de hecho, ser indeterminados cuando están aislados (pueden estar en un estado coherente, lo que significa que efectivamente están en un estado indeterminado, o más bien, una superposición de todos los estados posibles en los que pueden estar).

Pero la interacción con el entorno circundante hace que el sistema se decohere, es decir, la superposición decae en uno de los estados posibles (que pueden predecirse con precisión de una manera probabilística) porque los estados coherentes son muy inestables, un estado coherente de muchas partículas implica una Gran cantidad de información (todas las configuraciones de estados posibles en las que podrían estar esas partículas). El universo es eficiente en información, y no le gusta tener que mantener viva tanta información, prefiere descomponerse en un estado definido único que requiere mucha menos información, solo la información de ese estado en particular.

La medición es solo una de las interacciones que pueden causar la decoherencia, pero no la única, cualquier interacción con el entorno circundante causará la decoherencia.

Answer 5

En la mecánica cuántica, los cálculos son probabilísticos, hay un rango de resultados en lugar de un valor determinista. La razón es que cuando intentamos hacer una observación (por ejemplo, usando una fuente de luz), entonces la presencia del propio instrumento puede cambiar el valor de las cantidades físicas (por ejemplo, la energía) porque las partículas que se observan son microscópicas y son muy sensibles a cambios menores.

!! El lenguaje de Layman !!

Answer 6

La ciencia es el estudio del mundo que nos rodea, pero en particular, nuestras reacciones ante él. La verdad se basa en nuestras acciones como seres humanos, y el consenso subjetivo constituye la verdad. Entonces, si nuestra percepción cambia, también lo hace el universo, porque al final todo lo que importaba era nuestra percepción y reacción. Ese es el quid de la ciencia.

Al final, la objetividad es simplemente cómo actuamos la mayoría de nosotros. Está compuesto por nuestras percepciones y validado por nuestras acciones. Sin embargo, este tipo de cosas es solo semántica. Cambia poco si lo entiendes o no.

Answer 7

Aunque yo mismo no soy un experto, creo que tengo una analogía bastante decente.

Cierra los ojos y haz que alguien mueva todo en tu área a otro lugar. Usted tiene un conocimiento aproximado de dónde podrían estar, pero hasta que abra los ojos y observe completamente su entorno, los detalles son indeterminados.

(ahora piense qué pasaría si se añadiera algo nuevo a sus artículos, como una silla extra, o si se eliminara por completo su televisor. Así es como es la mecánica cuántica: puede pensar que algo existe y está en un lugar determinado. pero no hay manera de estar seguro, hasta que lo veas por ti mismo)