Si usted establece un sistema cuántico, donde el resultado, a continuación, determina algo macroscópicas, como la… vida o muerte de un gato en una caja, es posible que intuya que esto significa que, hasta que abra la caja, el gato está en una superposición de Estados vivos y muertos. La historia real es mucho, mucho más rica que eso.
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Una de las ideas más extrañas sobre el universo cuántico es la noción de Estados indeterminados., En nuestro universo macroscópico convencional, estamos acostumbrados a que las cosas simplemente existan de una manera particular y no controvertida. Si miramos algo o no, simplemente existe, independiente de nuestras observaciones. Pero en el universo cuántico, los sistemas individuales exhiben un comportamiento diferente dependiendo de si se miden o no. Tal vez la popularización más famosa de esta idea está en la forma del gato de Schrödinger, donde se establece un sistema de modo que si un átomo radiactivo se descompone, el gato muere, pero si no, el gato vive., Pero hay más mitos que verdades alrededor de este experimento, y Dave Wagner quiere que los desenredemos, sugiriendo:
acabo de leer uno de sus » principales mitos/malentendidos sobre…»piezas, y pensé que una buena idea para uno sería» TOP n mitos / malentendidos sobre el gato de Schrödinger.»
echemos un vistazo a lo que realmente está pasando detrás de este famoso experimento mental.
los Electrones presentan propiedades de onda, así como las propiedades del objeto, y puede ser usado para construir…, imágenes o sondear tamaños de partículas tan bien como la luz puede. Aquí, puedes ver los resultados de un experimento donde los electrones (o, con resultados equivalentes, los fotones) se disparan uno a la vez a través de una doble rendija. Una vez que se disparan suficientes electrones, se puede ver claramente el patrón de interferencia.
Thierry Dugnolle / Public Domain
En primer lugar, es importante reconocer de dónde vino la idea para el gato de Schrödinger: un experimento físico real con resultados inequívocos pero muy poco intuitivos., Todo lo que necesitas hacer es iluminar dos hendiduras delgadas y muy espaciadas, y observar qué tipo de patrón visual aparece en la pantalla del otro lado. Siempre y cuando tu luz sea de la misma longitud de onda y solo mires la pantalla, obtendrás un patrón de interferencia, o un conjunto alternativo de muchas bandas de luz y oscuridad.
pero si luego reconoces, «oye, la luz está hecha de fotones, y cada fotón individual debe pasar por una rendija u otra», empiezas a ver la rareza en juego. Incluso el envío de fotones a través de uno a la vez todavía te da el patrón de interferencia., Y luego tienes la brillante idea de medir por qué hendidura pasa cada fotón. Tan pronto como haces eso — y tienes éxito, por cierto — el patrón de interferencia desaparece.
Si usted medir qué rendija un electrón cuando pasa a través de la realización de una partícula en un tiempo doble… experimento de hendidura, no se obtiene un patrón de interferencia en la pantalla detrás de él. En cambio, los electrones (o fotones) no se comportan como ondas, sino como partículas clásicas.
Wikimedia Commons user Inductiveload
¿Cómo le damos sentido a esto?, Este experimento es, en muchos sentidos, la ilustración definitiva de cómo funciona la física cuántica, y también por qué es tan raro. Es como si los cuantos individuales se comportaran como ondas e interfirieran consigo mismos, viajando a través de ambas rendijas simultáneamente y produciendo el patrón observado. Pero si os atrevéis a ir y medirlos — por lo tanto, determinando por qué ranura pasan-solo viajan a través de una ranura u otra, y ya no producen esa interferencia.
deja una cosa muy clara: el acto de observar un sistema cuántico puede, de hecho, cambiar mucho el resultado., Pero eso, como la mayoría de los descubrimientos en física, solo trae más preguntas. ¿En qué condiciones cambia el resultado una observación? ¿Qué constituye hacer una observación? ¿Y se requiere que un ser humano sea un «observador», o podría ser suficiente una medición inorgánica, no viviente?
todas estas son buenas preguntas, y fue pensando exactamente en este tipo de cuestiones que llevaron a Erwin Schrödinger a formular su famosa paradoja felina. Es algo como esto:
- configurar un sistema cerrado, es decir,,, una caja,
- Donde dentro de la caja hay un sistema cuántico, como un solo átomo radiactivo,
- Y cuando el átomo se descompone, se abre una puerta,
- detrás de esa puerta hay comida envenenada para gatos,
- Y también en la caja hay un gato que se comerá la comida cuando esté disponible,
- Así que esperas un período de tiempo de vida media,
- Y luego haces la pregunta clave: ¿está el gato vivo o muerto?
Eso es todo. Esa es la idea completa del experimento mental del gato de Schrödinger.
Es el gato vivo o muerto?, Mientras que podríamos pensar que el gato en sí está en una superposición de… hasta que abramos la caja, esa es una línea de pensamiento errónea que ha persistido durante muchas décadas, a pesar del hecho de que el propio Schrodinger nunca afirmó tal cosa.
geralt /
Entonces, ¿qué sucede cuando se abre el cuadro?,
abrir la caja debe ser equivalente a hacer una observación, así que:
- encontrarás un gato muerto que ha comido la comida que fue revelada por la descomposición del átomo radiactivo, o
- encontrarás un gato vivo donde no se reveló comida y el átomo radiactivo original aún no se ha deteriorado.
pero antes de abrir la caja-porque así es como funcionan los sistemas cuánticos – el sistema cat / food / atom debe estar en una superposición de ambos estados., Solo hay una probabilidad indeterminada de que el átomo se haya decaído, y por lo tanto el átomo debe estar en una superposición de Estados decaídos y no decaídos simultáneamente. Debido a que la descomposición del átomo controla la puerta, la puerta controla la comida, y la comida determina si el gato vive o muere, el gato mismo, entonces, debe estar en una superposición de estados cuánticos. De alguna manera, el gato está medio muerto y medio vivo hasta que se hace una observación.
En un tradicional gato de Schrödinger experimento, no sé si el resultado de un quantum…, la descomposición ha ocurrido, lo que lleva a la desaparición del gato o no. Dentro de la caja, el gato estará vivo o muerto, dependiendo de si una partícula radiactiva se descompuso o no. Si el gato fuera un verdadero sistema cuántico, el gato no estaría ni vivo ni muerto, sino en una superposición de ambos estados hasta que se observe. Sin embargo, nunca puedes observar que el gato esté vivo y muerto simultáneamente.
usuario de Wikimedia Commons Dhatfield
y que, en pocas palabras, es el mayor mito y la idea errónea asociada con el gato de Schrödinger.,
de hecho, el propio Erwin Schrödinger no presentó su idea de «gato» como un experimento propuesto. No lo ideó para hacer preguntas profundas sobre el papel de un ser humano en el proceso de observación. En realidad, no afirmó que el gato en sí estaría en una superposición de estados cuánticos, donde es parte muerto y parte vivo simultáneamente, la forma en que un fotón parece pasar en parte a través de ambas rendijas en el experimento de doble rendija.
Cada idea en estas líneas es en sí misma un mito y un concepto erróneo que va en contra del propósito original de Schrödinger al presentar este experimento mental., Su verdadero propósito? Para ilustrar lo fácil que es llegar a una predicción absurda, como la predicción de un gato medio muerto y medio vivo simultáneamente, si malinterpretas o malinterpretas la mecánica cuántica.
Cuando se realiza un experimento sobre un qubit estado que comienza con |10100> y se pasa a través de él… 10 pulsos de acoplador (es decir, operaciones cuánticas), no obtendrá una distribución plana con probabilidades iguales para cada uno de los 10 resultados posibles., En cambio, algunos resultados tendrán probabilidades anormalmente altas y otros tendrán probabilidades muy bajas. La medición del resultado de una computadora cuántica puede determinar si está manteniendo el comportamiento cuántico esperado o perdiéndolo en su experimento. Mantenerla, incluso por unos pocos qubits, durante una cantidad sustancial de tiempo es uno de los mayores desafíos que enfrenta la computación cuántica hoy en día; buena suerte haciendo eso para algo tan complejo como un gato.
C. Neill et al. (2017), arXiv:1709.,06678v1, quant-ph
En otras palabras, casi todo lo que has oído sobre el gato de Schrödinger es probablemente un mito, con la única excepción del hecho de que los sistemas cuánticos en realidad están bien descritos por una superposición ponderada probabilísticamente de todos los estados posibles y permitidos, y que una observación o medición siempre revelará uno y solo un estado definitivo.
esto no solo es cierto, sino que es cierto independientemente de la interpretación cuántica que elija., No importa si estás seleccionando un resultado del conjunto de todos los resultados posibles; no importa si estás colapsando una función de onda indeterminada en un estado determinado; no importa si estás cayendo en un universo particular de un conjunto infinito de universos paralelos.
todo lo que importa es que ha ocurrido una observación cuántica.
La Interpretación de los Muchos Mundos de la mecánica cuántica sostiene que hay un número infinito de…, universos paralelos que existen, sosteniendo todos los resultados posibles de un sistema mecánico cuántico, y que haciendo una observación simplemente elige un camino. Esta interpretación es filosóficamente interesante, pero nuestro gato va a estar vivo o muerto, no una superposición de ambos, independientemente del comportamiento de un observador externo.
Christian Schirm
en realidad, el gato en sí es un observador perfectamente válido. El hecho de que la puerta o puerta se abra, y el mecanismo que la controla se active, es una observación perfectamente válida., Lanzar un contador Geiger allí, un instrumento que es sensible a las desintegraciones radiactivas, contaría como una observación. Y, de hecho, cualquier interacción no reversible que ocurra dentro de ese sistema, incluso si está completamente aislado del mundo exterior en esa caja, revelará un y solo un estado definitivo: o el átomo se ha descompuesto o no lo ha hecho.
la razón subyacente a esto es simplemente que cada interacción entre dos partículas cuánticas tiene el potencial de determinar el estado cuántico, colapsando efectivamente la función de onda cuántica en la interpretación más común., En realidad, el decaimiento (o no decaimiento) del átomo activará (o no activará) el mecanismo de la puerta, y solo ahí, justo ahí, es donde se produce la transición de este extraño comportamiento cuántico a nuestro familiar comportamiento clásico.
Este gráfico muestra (en rosa) la cantidad de radiactividad de la muestra que queda después de varias vidas medias… han pasado. Después de un período de semidesintegración, queda la mitad de la muestra; después de dos períodos de semidesintegración, queda la mitad del resto (o un cuarto); y después de tres períodos de semidesintegración, queda la mitad (o un octavo)., Si ese decaimiento sirve como el disparador para que algo ocurra o no ocurra, sin embargo, eso en sí mismo es suficiente para constituir una observación.
Andrew Fraknoi, David Morrison, y Sidney Wolff / Rice University, bajo c. c. a.-4.0
el propio Schrödinger fue muy claro en este punto, afirmando:
es típico de estos casos que una indeterminación originalmente restringida al dominio atómico se transforma en indeterminación macroscópica, que puede entonces ser resuelto por observación directa., Eso nos impide aceptar tan ingenuamente como válido un «modelo borroso» para representar la realidad. En sí mismo, No encarnaría nada confuso o contradictorio. Hay una diferencia entre una fotografía inestable o desenfocada y una instantánea de nubes y bancos de niebla.
En otras palabras, Schrödinger sabía que el gato debía estar vivo o muerto. El gato en sí nunca estará en una superposición de estados cuánticos, sino que estará definitivamente muerto o definitivamente vivo en cualquier momento en el tiempo., El hecho de que tu cámara esté desenfocada, argumenta, no significa que la realidad esté fundamentalmente borrosa.
Este panel de 2 muestra las observaciones del Centro Galáctico con y sin óptica adaptativa,… ilustrando la ganancia de resolución. Las posiciones reales de las estrellas (derecha) no son inherentemente inciertas debido a las limitaciones de nuestro equipo (izquierda), y del mismo modo, un gato no es incierto en su muerte o estado de vida debido a la caja en la que lo colocamos.
UCLA Galactic Center Group-W. M., Keck Observatory Laser Team
Cuando Einstein habló de» Dios no juega a los dados con el universo», esto era a lo que se refería. De hecho, Einstein escribió lo siguiente al propio Schrödinger, preguntando retóricamente: «¿se creará el estado del gato solo cuando un físico investigue la situación en algún momento definido?»
La respuesta, quizás desafortunadamente, es » por supuesto que no.»Este comportamiento cuántico indeterminado es en realidad tremendamente difícil de mantener; este es uno de los principales desafíos en la construcción de sistemas cuánticos a mayor escala., Enredar solo unos pocos miles de átomos por un breve tiempo es un logro muy reciente, y una de las razones por las que la computación cuántica es tan difícil es porque los cúbits enredados solo pueden mantenerse en un estado indeterminado durante intervalos de tiempo tan cortos.
el universo cuántico es un lugar desconocido para casi todos nosotros, y el gato de Schrödinger es sobre todo una ilustración de lo fácil que es para nosotros malinterpretarlo. Tal vez el mito principal sobre el gato de Schrödinger es que tiene algo que ver con la rareza cuántica en absoluto.
envíe sus preguntas de Ask Ethan a startswithabang en gmail punto com!,