¿Por qué el gato de Schroedinger está vivo o muerto cuando lo observamos?

Answer 1

Situación : un gato está dentro de una caja cerrada, una pistola radioactiva (que tiene una probabilidad del 50% de emitir radiación letal) apunta a la caja (que puede atravesar la caja y golpear al gato, que estará muerto).

Pregunta : Abres la caja y ves que el gato está vivo o muerto. ¿Qué era el gato justo antes de que lo abrieras? Después de abrirlo, ¿por qué está en un solo estado?

Responda a través del sentido común : Después de abrir, si lo encontramos muerto, entonces estaba muerto. Si lo encontramos vivo, entonces estaba vivo. ¿Y por qué está en un solo estado? ¿Estas borracho?

Respuesta a través de la mecánica cuántica : antes de abrir, el gato está vivo y muerto (nota: no está vivo ni muerto ). Para responder por qué elige solo un estado, nadie sabe la respuesta a esa pregunta ( ¡aún!) …

Espeluznante, ¿no? Está bien, déjame tratar de explicar.

La siguiente oración probablemente encapsula todo el misterio de la mecánica cuántica: el gato elige estar muerto después de que lo veas, y otra cantidad igual de veces que elige estar vivo. Pero antes de observar, son ambas cosas . La naturaleza es un diablo complicado aquí, nunca podemos decir que está vivo o muerto. Solo podemos indicar la probabilidad de que esté vivo o muerto. Así que antes de abrir, ambos estados están superpuestos (en palabras matemáticas, agregados).

Puede preguntar: “He abierto la caja y ahora la veo muerta. Cierro la caja y la abro nuevamente. ¿Cuál será la probabilidad de encontrarla viva justo antes de abrirla?” Bueno, no puedes hacer esa pregunta, porque ya has observado. Una cosa más sensata sería hacer lo que los físicos llaman un conjunto de gatos y repetir el experimento reemplazando al gato por uno nuevo.

En cuanto a por qué el observador elige estar solo en un estado, no creo que QM tenga una explicación para ello. ¡Aparentemente parece ser que es así!

Como uno podría encontrar esto en el texto QM de Griffith, hay tres interpretaciones famosas de la mecánica cuántica.

1. La interpretación realista.

Después de abrir la caja, si encuentra que el gato está muerto, el realista dirá que el gato estaba muerto justo antes del momento en que abrió la caja. Einstein (y Schrodinger) defendieron este punto de vista. Estaban profundamente preocupados por la interpretación probabilística de QM. Y si este punto de vista realista es cierto, entonces la mecánica cuántica está en problemas, porque el gato está muerto y no fue capaz de predecir exactamente que el gato estaba muerto. Debería haber alguna variable oculta involucrada además de la función de onda, que parece haber ocultado la información de que el gato ya estaba muerto.

2. Interpretación de Copenhague

Esto tiene que ver con la interpretación de Bohr de la Mecánica Cuántica (note la palabra “interpretación”, no es estrictamente ciencia sino que también es un poco más filosófica). Bohr promovió la interpretación de que un sistema colapsa a un estado después de que uno realiza la observación en el sistema. ¿Qué pasa con el sistema antes de que uno observa? El sistema existe como una mezcla de todos los estados. Cuando digo mezcla, significa adición. Gato = Vivo + Muerto. Cuando abres la caja, según Bohr, el estado colapsará a vivo o colapsará a muerto. Como citó Jordan, “Las observaciones no solo perturban lo que debe medirse, sino que también lo producen …”. Este extraño punto de vista es la interpretación más aceptada de QM entre los físicos, aunque no todos están de acuerdo con eso.

3. La interpretación agnóstica

Aquí, la respuesta a la pregunta es: “No conteste, es una pregunta estúpida. ¿Por qué debería responder la pregunta cuando ni siquiera lo sé?”. ¡Esto puede parecer una interpretación punk pero es un argumento razonable! El entusiasta del punto de vista agnóstico le dirá: “El objetivo de abrir la caja es conocer el estado del gato, ¿por qué le molesta antes de abrirlo?”. Lo suficientemente justo.

Hasta 1964, si conversara con casi cualquier físico cuántico, él / ella habría tratado de venderle la interpretación de Copenhague. ¡Si estuvieras molesto disidente, cambiarían a la interpretación agnóstica y terminarían la conversación! Pero en 1964, un físico llamado Bell, tomó el mundo de la física por asalto al proponer su teorema (ahora conocido como Teorema de Bell o Desigualdad de Bell), lo que demostró que de hecho existe una diferencia observable si un sistema tenía un estado definitivo antes de la medición. . Así que esto hizo que la interpretación agnóstica fuera de cuestión. Así que solo quedan dos opciones: ¿es la interpretación realista o la interpretación de Cophenhagen? Si recurrimos a la ayuda de los experimentos, actualmente están a favor de la interpretación de Copenhague (comprobación del experimento de Mach-Zehnder, experimento de Stern-Gerlach para las pruebas. Pero la prueba más auténtica de la interpretación de Copenhague es, por ejemplo, el experimento de la doble rendija. Pero desde En cierto modo, la teoría cuántica surgió para explicar el rompecabezas del experimento de la doble rendija [y el átomo de Hidrógeno], ¡es un poco raro referirlo como prueba de la teoría cuántica!)

También hay muchas otras interpretaciones modernas de la mecánica cuántica, de las cuales Everett “Many World Interpretation” es la segunda interpretación más popular entre los físicos actuales. Esta interpretación (en breve conocida como MWI ) hace la suposición de que hay un universo y que consta de muchos mundos . Tomemos un experimento mecánico cuántico. Digamos que hay 2 posibles ‘resultados’, al igual que en nuestro experimento con el gato Schrodinger. Según MWI, antes de abrir la caja, en un mundo el gato está muerto y en otro mundo el gato está vivo (es decir, poco después o después de algún tiempo la caja está cerrada, el mundo existente se divide en dos: de los cuales en uno mundo el gato está muerto y en otro mundo el gato está vivo) . Así que aquí no hay un concepto de ” colapso ” de la función de onda, ya que el gato ya ha sido considerado muerto o vivo antes de abrir la caja (por favor, no piense en el “universo” paralelo, solo hay UN universo, pero hay varios mundos dentro de este universo). Esta interpretación aborda la naturaleza probabilística de QM al considerar al observador y al gato como UN SISTEMA ÚNICO, a diferencia de la interpretación de Copenhague donde el observador es un factor externo (también puede explicarse técnicamente usando algo llamado decoherencia cuántica , que explica el aparente “colapso “en la interpretación de Copenhague, aún asumiendo la existencia de una función de onda universal). Sin embargo, la interpretación de Everett tiene algunas deficiencias. Por ejemplo, no dice nada sobre cuándo ocurre la división de eventos en dos mundos antes de abrir la caja.

De todos modos, a Schrodinger se le ocurrió esta hipotética pregunta sobre el escenario del gato para contrarrestar la interpretación de Mecánica Cuántica de Neils Bohr, contra la cual Einstein también estaba en contra (Google EPR paradox). ¡Los argumentos de Einstein-Bohr sobre la mecánica cuántica son legendarios! Y puede que se sorprenda al escuchar que Schrodinger estaba tan disgustado que incluso se arrepintió de haber descubierto su famosa ecuación cuando la mecánica cuántica tomó la ruta probabilística para explicar la naturaleza. Cuando se le preguntó acerca de las consecuencias de su ecuación revolucionaria, respondió: “No me gusta, y lamento haber tenido algo que ver con eso”.

¡El mundo cuántico es muy intrigante por cierto!

Answer 2

La función de onda es una suma 50/50 de | dead> y | alive>. Nuestra observación es una distribución de probabilidad 50/50. Esos dos hechos aparentemente contrarios son fundamentales para QM. Si leíste las palabras de Schroedinger aquí (¡es mejor tomar el resto del artículo con una gran pizca de sal!). Verás que comienza con una partícula que se emite desde un núcleo. No sabemos cuándo sucederá esto y el proceso es uno de tunelización cuántica, por lo que la función de onda es una superposición de | emitido> y | no emitido>. El gedankenexperiment toma esta superposición microscópica y “amplifica” hasta que el gato pobre se encuentra en una superposición de | vivo> y | muerto>.

La información general atacará con frecuencia el escenario diciendo que (por alguna razón) la partícula nunca estuvo en una superposición, siempre fue una distribución de probabilidad 50/50, por lo que el caso no surge. O que, debido a la decoherencia a través de la interacción con el entorno, el estado del gato se resuelve mucho antes de que se observe. Lo que estas personas no se dan cuenta es que el escenario se puede remendar fácilmente, lo que lo convierte en una ilustración hermética del conflicto esencial en la gestión de la calidad entre una función de onda que contiene todos los estados observables y la distribución de probabilidad que se acumula cuando la observamos. Los parches, por cierto, son simples. Reemplace la descomposición radioactiva con un solo fotón que atraviesa un divisor de haz para que active uno de los dos detectores. Y cuando se habla de “el gato”, entiéndalo como el gato más su entorno.

El hecho de que Everett haya resuelto todo el asunto en 1956 también parece haberse escapado de ellos. Everett demostró que la superposición no se resuelve en la observación, pero continúa, con el observador ahora incluido en ella. Esto significa que el observador experimenta un gato vivo y el observador experimenta un gato muerto. Y los dos estados de experiencia no interactúan, por lo que no se conocen entre sí (a menos que hayan leído a Everett).

Como lo señalo con frecuencia, este enfoque de “Muchos mundos” no es una especulación que explique de alguna manera la rareza cuántica. Se sigue de la mecánica cuántica y es parte de ella. Las cosas especulativas se denominan correctamente “interpretación” pero deben reconocer el MW como un punto de partida. Si una interpretación puede deshacerse de “todos esos otros mundos”, mucho mejor, pero no vale la pena considerarla si no está de acuerdo en que MW sigue de QM primero .

Answer 3

Aakaash Narayanan ya ha proporcionado una hermosa respuesta, y te aconsejo que primero veas su respuesta antes de continuar aquí.

Solo quería añadir algo. Abriré fuerte y diré que no es literalmente cierto. El gato no está vivo y muerto al mismo tiempo. Hacer tal declaración le da a uno un sentido falso, que él o ella entienden lo que es la realidad. Para entender por qué la gente dice que el gato está vivo y muerto, debemos entender el experimento original que explica esta rareza cuántica.

Si realmente quieres entenderlo, te pido humildemente que veas esta conferencia.

Como puede ver, es la conferencia de “El hombre cuántico, el Dr. Richard Feynman”. En serio, esta conferencia no requiere ninguna física básica. Su conferencia es tan buena. Es de 1 hora, pero vale la pena, y lo hace divertido y realmente te lleva de paseo.

Si no tienes tiempo, aquí está el resumen. El corazón de la rareza cuántica se puede entender al tratar de averiguar cómo se mueven los electrones. Solíamos creer que se mueven como partículas, como bolas de materia, que pueden rebotar y esas cosas. Si disparamos, un electrón a través de dos agujeros, es lógico pensar que pasa por el agujero 1 o el agujero 2. Pero el experimento muestra que no lo hace.
¿Cómo puede ser eso lo preguntas?
¿Cómo puede una partícula no atravesar uno de los agujeros? ¿Pasa por ambos agujeros? Resulta que no lo hace. Porque si lo hiciera, terminaría comportándose como ondas, y sabemos que se comporta como partículas. (Es decir, los electrones vienen en grumos, o bien obtienes 1 o 2 o 3, pero nada en el medio)

Entonces, ¿son las partículas de electrones? No. Porque no pasan por el agujero 1 o el agujero 2. ¿Son ondas? No, porque vienen en bultos.
¿Son ondulaciones como en, sabes que tienen partículas y naturaleza ondulatoria? NO. No se puede decir que algo sea partícula, si no se comporta completamente como partícula (u ondas)
Entonces, ¿qué ** y% son? Pues son electrones. Ellos son lo que son. No hay absolutamente ninguna manera de que puedas dar un ejemplo para entender lo que realmente son.

Por lo tanto, es incorrecto decir que pasan por el orificio 1 o el orificio 2, también es incorrecto decir que pasan por ambos orificios y también es incorrecto decir que no pasan por ninguno de los orificios.

Creemos clásicamente que estas son las únicas 4 cosas que puede hacer una partícula en esta situación. No hay nada más ¿verdad? Bueno, resulta que los electrones hacen algo más que eso. Pero ¿qué preguntas? Bueno, no lo sé. Y cualquiera que diga que lo sabe y dice que te lo explicará usando una analogía, te habrá engañado. Muy mal por cierto. Todo lo que podemos decir es que se portan como locos.

Entonces, ¿por qué los físicos cuánticos hablan como si supieran cosas? Aquí es por qué. Si realiza el experimento con, por ejemplo, protones (otra partícula pequeña), obtendrá exactamente el mismo resultado. Lo intentas con, digamos, neutrones o incluso con fotones, (las partículas de luz) obtienes otra vez, exactamente el mismo resultado.

Entonces, una de las cosas más importantes que hay que entender aquí es que todas estas partículas se comportan de manera desquiciada, pero de la misma manera. Ese es el mayor quita de la explicación anterior. Es simplemente un intento sin esperanza de tratar de entender qué son “REALMENTE”. El término técnico para este comportamiento “enigmático” (que nuevamente me gusta enfatizar es que no se pasa por el orificio 1 o el orificio 2 o ambos orificios juntos o ninguno de ellos) es la superposición.

Entonces, una forma de verlo es que los electrones están haciendo todo al mismo tiempo, están atravesando el orificio 1 y el orificio 2 y ambos orificios y ninguno de los orificios, todo al mismo tiempo. Pero eso estaria mal. Porque eso no tiene ningún sentido. Y solo porque no tiene ningún sentido, no significa, que ese es el comportamiento endeble del que estamos hablando.

Y el segundo misterio sobre este comportamiento estridente es que las matemáticas son extremadamente simples. Lo que terminan haciendo se puede escribir con una suma simple y cuadrada. !!!! Ese es el verdadero kicker. ¿Cómo pueden las partículas hacer algo extraño y, sin embargo, terminar con algo tan elegante?

Otra pregunta podría ser, ¿cómo sabemos que los electrones están haciendo algo más que esas 4 posibilidades? Como lo mencionó Aakaash Narayanan, el experimento de Bell demostró que los electrones deben estar haciendo algo más que esas 4 cosas.

Lo último que hay que entender es que cuando intentas poner un detector cerca de las rendijas para descubrir qué están haciendo “realmente los electrones”, terminas perturbando los “destellos” de los electrones. Usted ve, para detectar algo, necesita brillar la luz. Y normalmente pensamos que la luz no perturba las cosas. (Quiero decir, seguramente si una pelota de béisbol te está lanzando, la luz del sol, reflejada en la pelota y en tus ojos, apenas afecta el movimiento de las bolas, ¿verdad?) Pero cuando la luz incide en estos electrones, terminamos molestándolos, y Todo el experimento da un resultado completamente diferente. (Terminan comportándose como partículas y atravesando el orificio 1 o el orificio 2)

Es por eso que algunas personas dicen que ” Observar” una partícula de alguna manera “obligó” a las partículas a elegir entre el orificio 1 o el orificio 2. Pero “Observar” no tiene nada que ver con eso. Obviamente, si una partícula está haciendo algo, y alguien viene y lo perturba, terminará haciendo otra cosa. Esto no tiene NADA QUE HACER CON UN OBSERVADOR CONSCIENTE. Bien, ahora estamos listos para el gato de Schrodinger.

Entonces, ¿qué tiene que ver todo esto con el gato de Schrodinger? Todo.

El gato representa el electrón.

El estado muerto y vivo representa los electrones que pasan por el orificio 1 o el orificio 2

Y abrir la caja y observar y “forzar” al gato a estar en un estado, representa poner un detector y “forzar” los electrones a pasar por el orificio 1 o el orificio 2.

Si has entendido la analogía del Gato con el experimento de corte real de 2 agujeros. Entiendes lo ingenuo y engañoso que es realmente el experimento mental.

¿Es correcto decir que el gato está en estado vivo y muerto al mismo tiempo? Es cierto que, según la analogía, cuando se cierra la caja, el gato no está vivo ni muerto. Pero tampoco está vivo y muerto y NO está vivo ni muerto. (Perdón por todas esas negaciones :-P)
Simplemente no tenemos ninguna experiencia con la materia cuántica, y por lo tanto es imposible llegar con una analogía en cuanto a lo que el gato está “realmente” haciendo. Pero cuando abres la caja, de hecho encuentras que el gato está vivo o muerto, (Al igual que cuando pones un detector, encuentras que los electrones pasan por el orificio 1 o 2), pero ¿”forzaste” al gato? para “elegir” un estado?

Como un famoso profesor de física dijo una vez: “No estoy aquí para enseñarte qué es la mecánica cuántica, pero estoy aquí para decirte lo que NO ES”

Entonces, la verdadera manera de entender QM, es entender primero lo que no es. Y claramente no es lo que dice el experimento mental. No me malinterpreten, el experimento mental es hermoso y siempre lo enseño, pero el objetivo de eso es romper su intuición del pensamiento clásico (y no explicar qué es realmente el QM). Pienso en el gato de Schrödinger como el primer nivel de la intuición. Y una vez que alguien haya tenido algunas noches de insomnio para pensar en ello, el segundo nivel sería darse cuenta de que el experimento mental tampoco es cierto. Fue solo para que empezaras.

Espero haber podido explicarte lo que no es QM. Eventualmente puedes preguntar. ¿Por qué?
“¿Por qué las partículas se comportan de esa manera?”

Y esa sería la pregunta equivocada.

La pregunta correcta debe ser

“¿Por qué el mundo macroscópico (el mundo para el que tenemos intuición) es tan bonito y ordenado, a pesar de que al final todos estamos hechos de las mismas partículas enroscadas?”

Que mi querido amigo es una pregunta increíble. Y la única forma de responder que ahora es de hecho con algunas matemáticas. (Matemáticas de estudiantes de secundaria, sin cálculo o lo que sea necesario para entender esto)

Gracias por leer 🙂

Answer 4

La pregunta general es por qué observamos el estado de un sistema cuántico como estando en un estado definido en lugar de estar en una superposición de estados. Específicamente, la teoría cuántica describe un sistema no observado como una superposición coherente, pero un sistema propio observado describe un sistema observado, a pesar del hecho de que esta transición de estado viola la ecuación de Schrödinger. ¿Por qué es así?

Este es el problema de la medición cuántica, y no hay un amplio consenso entre los físicos o filósofos con respecto a su resolución. Una razón por la que sigue sin resolverse es que las diversas interpretaciones de la teoría cuántica proponen diferentes cuentas de medición que no tienen consecuencias empíricamente distinguibles, al menos no hasta ahora. Hasta que eso cambie, parece que la física no proporciona una respuesta a esta pregunta, y la elección de la interpretación es filosófica.

Answer 5

Creo que la gente simplemente no entiende el chiste.

El viejo Schroedinger intentó demostrar con este experimento mental por qué pensaba que esta interpretación particular de la mecánica cuántica era absurda.
Y todos lo tomaron por su palabra y corrieron con ella. No sé si se rió o se molestó.

Simplemente no es cierto que el gato esté vivo o muerto antes de que USTED abra la caja . Eso es una gran mierda centrada en el ego (¡y eso es decirlo de manera agradable y respetuosa!)
El desglose del estado superpuesto ocurre mucho antes. ¿Estás diciendo que el gato no es un observador, a. es solo un gato? (Leí que en algunos artículos “espirituales”) Quiero decir, es el que está en la línea del frente, ¿no? Debería saber, ¿sí?
¿Qué pasa con el interruptor que libera el gas? ¿Qué pasa con el dispositivo de medición? ¿Qué pasa con el primer átomo que arroja la partícula en cuestión?

Chicos, se les pide que comiencen a pensar por sí mismos (sé que duele), no solo seguir los caminos de otra persona.

Esta es una broma, por favor empezar a reír

Answer 6

¿Alguna vez has visto un gato que está vivo y muerto? Cualquier teoría científica debe encajar con los datos de observación, y nunca observamos una superposición de estados. Por lo tanto, cualquier interpretación de la mecánica cuántica debe establecer que cuando se observa un objeto parece estar en un estado u otro, no en ambos.