Observador (física cuántica)

Algunas interpretaciones de la mecánica cuántica postulan un papel central para el observador de un fenómeno cuántico. ^[1] El observador mecánico cuántico está ligado a la cuestión del efecto del observador , donde una medición requiere necesariamente interactuar con el objeto físico que se mide, afectando sus propiedades a través de la interacción. El término "observable" ha adquirido un significado técnico, que denota un operador hermítico que representa una medición. ^{[2] : 55}

La base teórica del concepto de medición en la mecánica cuántica es una cuestión polémica profundamente relacionada con las muchas interpretaciones de la mecánica cuántica . Un punto clave es el del colapso de la función de onda , para el cual varias interpretaciones populares afirman que la medición causa un cambio discontinuo en un estado propio del operador asociado con la cantidad que se midió, un cambio que no es reversible en el tiempo.

Más explícitamente, el principio de superposición ( ψ = Σ _n a _n ψ _n ) de la física cuántica dicta que para una función de onda ψ , una medición dará como resultado un estado del sistema cuántico de uno de los m posibles valores propios f _n , n = 1, 2, ..., m , del operador∧F que en el espacio de las funciones propias ψ _n , n = 1, 2, ..., m .

Una vez que se ha medido el sistema, se conoce su estado actual; y esto evita que esté en uno de sus otros estados: aparentemente se ha descoherenciado de ellos sin perspectivas de futuras interferencias cuánticas fuertes. ^{[3] [4] [5]} Esto significa que el tipo de medición que se realiza en el sistema afecta el estado final del sistema.

Una situación estudiada experimentalmente relacionada con esto es el efecto cuántico Zenón , en el que un estado cuántico se desintegraría si se lo dejara solo, pero no se desintegra debido a su observación continua. La dinámica de un sistema cuántico bajo observación continua se describe mediante una ecuación maestra estocástica cuántica conocida como ecuación de Belavkin . ^{[6] [7] [8]} Estudios posteriores han demostrado que incluso observar los resultados después de que se produce el fotón conduce al colapso de la función de onda y a la carga de una historia retrospectiva como lo muestra el borrador cuántico de elección retardada . ^[9]

Al hablar de la función de onda ψ que describe el estado de un sistema en mecánica cuántica, hay que tener cuidado con un error común que supone que la función de onda ψ equivale a lo mismo que el objeto físico que describe. Este concepto erróneo debe entonces requerir la existencia de un mecanismo externo, como un instrumento de medición, que se encuentra fuera de los principios que gobiernan la evolución temporal de la función de onda ψ , para explicar el llamado " colapso de la función de onda " después de que se ha realizado una medición. Pero la función de onda ψ no es un objeto físico como, por ejemplo, un átomo, que tiene una masa, carga y espín observables, así como grados internos de libertad. En cambio, ψ es una función matemática abstracta que contiene toda la información estadística que un observador puede obtener de las mediciones de un sistema dado. En este caso, no hay ningún misterio real en que esta forma matemática de la función de onda ψ debe cambiar abruptamente después de que se ha realizado una medición.

Una consecuencia del teorema de Bell es que la medición en una de dos partículas entrelazadas puede parecer tener un efecto no local en la otra partícula. Surgen problemas adicionales relacionados con la decoherencia cuando el observador se modela como un sistema cuántico.

La interpretación de Copenhague , que es la interpretación de la mecánica cuántica más aceptada entre los físicos, ^{[1] [10] : 248} postula que un "observador" o una "medición" es simplemente un proceso físico. Uno de los fundadores de la interpretación de Copenhague, Werner Heisenberg , escribió:

Por supuesto, la introducción del observador no debe interpretarse erróneamente como una indicación de que se deben incluir características subjetivas en la descripción de la naturaleza. El observador, más bien, tiene sólo la función de registrar decisiones, es decir, procesos en el espacio y el tiempo, y no importa si el observador es un aparato o un ser humano; pero el registro, es decir, la transición de lo "posible" a lo "real", es absolutamente necesario en este caso y no puede omitirse de la interpretación de la teoría cuántica. ^[11]

Niels Bohr , también fundador de la interpretación de Copenhague, escribió:

Toda información inequívoca relativa a los objetos atómicos se deriva de las marcas permanentes, como una mancha en una placa fotográfica, causada por el impacto de un electrón sobre los cuerpos que definen las condiciones experimentales. Lejos de implicar una complejidad especial, los efectos de amplificación irreversibles en los que se basa el registro de la presencia de objetos atómicos nos recuerdan más bien la irreversibilidad esencial inherente al concepto mismo de observación. La descripción de los fenómenos atómicos tiene en estos aspectos un carácter perfectamente objetivo, en el sentido de que no se hace ninguna referencia explícita a ningún observador individual y que, por lo tanto, con el debido respeto a las exigencias relativistas, no hay ambigüedad en la comunicación de la información. ^[12]

Asimismo, Asher Peres afirmó que los "observadores" en física cuántica son

similar a los omnipresentes "observadores" que envían y reciben señales de luz en la relatividad especial . Obviamente, esta terminología no implica la presencia real de seres humanos. Estos físicos ficticios también podrían ser autómatas inanimados que pueden realizar todas las tareas requeridas, si se los programa adecuadamente. ^{[13] : 12}

Los críticos del papel especial del observador también señalan que los observadores pueden ser observados, lo que lleva a paradojas como la del amigo de Wigner ; y que no está claro cuánta conciencia se requiere. Como preguntó John Bell , "¿La función de onda estuvo esperando para saltar durante miles de millones de años hasta que apareciera una criatura viviente unicelular? ¿O tuvo que esperar un poco más hasta que apareciera algún medidor altamente calificado, con un doctorado?" ^[14]

La prominencia de ideas aparentemente subjetivas o antropocéntricas como la de “observador” en el desarrollo temprano de la teoría ha sido una fuente constante de inquietud y disputa filosófica . ^[15] Una serie de puntos de vista religiosos o filosóficos de la nueva era le otorgan al observador un papel más especial, o imponen restricciones sobre quién o qué puede ser un observador. No hay ninguna investigación revisada por pares creíble que respalde tales afirmaciones. Como ejemplo de tales afirmaciones, Fritjof Capra declaró: “La característica crucial de la física atómica es que el observador humano no solo es necesario para observar las propiedades de un objeto, sino que es necesario incluso para definir esas propiedades”. ^[16]

El principio de incertidumbre se ha confundido con frecuencia con el efecto del observador, evidentemente incluso por su creador, Werner Heisenberg . ^[17] El principio de incertidumbre en su forma estándar describe con qué precisión es posible medir la posición y el momento de una partícula al mismo tiempo. Si se aumenta la precisión en la medición de una cantidad, disminuye la precisión en la medición de la otra. ^[18]

Una versión alternativa del principio de incertidumbre, ^[19] más en el espíritu de un efecto del observador, ^[20] explica completamente la perturbación que el observador tiene sobre un sistema y el error incurrido, aunque no es así como el término "principio de incertidumbre" se usa más comúnmente en la práctica.

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