El estado cuántico puede ser una cosa real.

El estado cuántico puede ser una cosa real.

El estado cuántico puede ser una cosa real.

En el corazón mismo de la mecánica cuántica se encuentra un monstruo esperando para consumir mentes incautas. Este monstruo se llama La Naturaleza de la Realidad™. Los más grandes físicos se asomaron a su boca, vieron el tamaño de sus dientes y se consumieron. Niels Bohr negó la existencia del monstruo después de que salió despreocupadamente (y muy silenciosamente) de la guarida del monstruo murmurando «cállate y calcula». Einstein vio los dientes y se desmayó. Erwin Schrödinger lo habría salvado a riesgo de su vida, pero ninguno se recuperó realmente de su encuentro con la bestia.

El resultado fue que teníamos un grupo de físicos y filósofos que no creían que la mecánica cuántica representara la realidad, pero eso era todo lo que podíamos ver de una teoría más profunda y fundamental. Una subclase de estos científicos creía que la aleatoriedad de la mecánica cuántica se explicaría en última instancia por una propiedad determinista no aleatoria que simplemente no podíamos observar directamente (también conocida como la variable oculta). Otro grupo llegó a creer que la mecánica cuántica hizo representar la realidad, y que, sí, la realidad no era local, y quizás tampoco muy real.

En un grado u otro, estos dos grupos todavía existen y aún generan una buena cantidad de calor cuando están muy cerca uno del otro. Con el paso de los años, hay que decir que la balanza se inclinó lentamente a favor de este último grupo. Los experimentos y la teoría han eliminado en gran medida las variables ocultas. La onda piloto de Bohm, un tipo de variable oculta, debe ser lo suficientemente extraordinaria para ser real.

Superposición cuántica

Las capas no son más que una adición para las ondas. Digamos que tenemos dos conjuntos de ondas que se superponen en el espacio y el tiempo. En cualquier momento, un valle puede alinearse con un pico, sus picos pueden alinearse o cualquier cosa intermedia. La superposición nos dice cómo sumar estas ondas para que el resultado reconstruya los patrones que observamos en la naturaleza.

Lee mas…Eso nos dejó con argumentos más refinados para resolver. Uno de ellos es si la función de onda representa la realidad o simplemente la visión de la realidad de un observador.

Renunciar a una función

Por ejemplo, digamos que disparo un solo fotón a un solo átomo, que puede o no absorber el fotón. Según la mecánica cuántica, el átomo entra en un estado de superposición en el que se encuentra tanto en su estado fundamental como en su estado excitado. Describimos este estado de superposición con una función de onda. Una visión de la mecánica cuántica afirma que la función de onda en realidad representa el átomo. Pero una interpretación alternativa es que la función de onda representa lo que yo, el observador, sé sobre el átomo: la realidad puede ser algo completamente diferente.

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La diferencia es sutil, pero basta volver a un átomo y un fotón para notarlo. Imagina que un fotón pudiera excitar el átomo en uno de dos estados posibles, pero solo conozco uno. Cuando tomo mi medida, no puedo preguntar «¿cómo estás?» Solo puedo preguntar «¿estás en el estado dos?» – esta es la naturaleza de las mediciones cuánticas. En mi ejemplo anterior, donde solo tengo dos posibilidades, no importa. Si no está en estado excitado, sé que el átomo está en estado fundamental.

Pero ahora tengo tres posibilidades: el átomo está en su estado fundamental o en uno de dos estados excitados, uno de los cuales no conozco. En una medida de mi átomo, siempre estoy limitado a una respuesta de sí o no. No hay forma de que use esto para distinguir entre una superposición de dos estados y una superposición de tres estados. Esto se debe a que las funciones de onda que representan estas dos posibilidades se superponen; ambos incluyen la posibilidad de estar en estado fundamental y en estado dos.

En el ejemplo original, la función de onda que conozco es la misma que la función de onda del átomo: representa la realidad. En el segundo ejemplo, la función de onda es solo mi conocimiento del átomo, no el átomo en sí. Esta diferencia se puede resolver realizando varias mediciones. Vería que mi distribución de probabilidad medida difiere de la predicha por la función de onda. Es decir, dadas suficientes medidas, se pueden distinguir las dos funciones de onda.

En este caso, entender lo que está pasando es trivial. Pero la pregunta se aplica a otros casos más complicados. ¿Pueden distinguirse siempre estas dos perspectivas sobre la función de onda, aun cuando las funciones de onda involucradas generen la misma función de distribución de probabilidad?

¿Hablas en serio?

Ahora, un grupo de investigadores ha ampliado el trabajo previo para demostrar que, sí, en una amplia gama de condiciones, estos dos puntos de vista difieren. Muestran que la función de onda debe representar de alguna manera el sistema observado en lugar de lo que el observador sabe sobre el sistema.

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Su trabajo básicamente se reduce a crear una medida de la superposición de dos funciones de distribución de probabilidad. Usan esta última investigación para argumentar que no importa qué función de onda se use y qué represente, los resultados de la medición deben seguir siendo los mismos. Es decir, sobre múltiples medidas deberíamos obtener la misma función de distribución de probabilidad. Entonces, incluso si las funciones de onda son indistinguibles, ¿reproducen todos los resultados de la medición?

La respuesta no es muy sencilla. La prueba de que la respuesta es correcta solo es comprensible para otros físicos teóricos, y se aplica solo a funciones de onda de tres o más dimensiones (estas son muy comunes). No obstante, déjame intentar explicarlo de todos modos.

Si considera que la función de onda produce solo una distribución de probabilidad y luego toma todas las funciones de onda que producen la misma distribución de probabilidad, en otras palabras, las posibles elecciones de funciones de onda del observador, dependiendo de su conocimiento del sistema, y ​​trata de reproducir el resultados de la medición, fallará. Por lo tanto, solo hay una función de onda que debe representar la realidad.

Entonces, ¿qué función de onda representa la realidad? Muchas funciones de onda diferentes pueden ser correctas, porque producen la misma función de distribución de probabilidad, pero no podemos diferenciarlas. Esta es la consecuencia de este descubrimiento: una función de onda representa la realidad, pero nuestra capacidad para decir cuál se reduce.

Este artículo es parte de una serie que comienza a revelar que nuestro mundo es, de hecho, un mundo de mecánica cuántica en su esencia misma. Algunos aspectos no son locales, algunos aspectos no son reales y algunos aspectos le permiten realizar operaciones contrafácticas.

Estas han sido nuestras observaciones en una variedad de experimentos. Pero parece que las observaciones reflejan con precisión el funcionamiento del Universo.

Tengo una relación de amor y odio con uno de los comentarios que a veces recibe mi escritura: «No tengo idea de lo que acabas de decir, pero me encanta». Eso significa que en algún momento, obviamente fracasé porque no sabes lo que decías que te gustaba. Bueno, ahora me encuentro en la posición de decirles a los autores de la nueva revista: «No tengo idea de lo que acaban de hacer, pero me encanta».

Cartas de exploración física2014, DOI: 10.1103/PhysRevLett.112.250403

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