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Jul 14 2013

El problema de la medida cuántida

Erwin Schrödinger desarrolló en 1925  la ecuación que lleva su nombre. Esta ecuación describe la evolución temporal de una partícula másica y es interpretada como una amplitud de probabilidad, siendo el conjunto de estados posibles (aunque inicialmente no fue interpretada como una amplitud de probabilidad).
De este modo, asociada a la partícula existe la llamada función de onda u onda de probabilidad. Dicha función de onda representa la probabilidad de que una partícula se encuentre en un punto concreto (Ver segunda imagen). En este sentido tenemos dos fases:
Fase 1: La función de onda evoluciona de acuerdo con la ecuación de Schrödinger, de un modo continuo y suave. Es plenamente aceptada.
Fase 2: Al medir la posición de la partícula (siempre dentro de los límites marcados por el principio de incertidumbre), la función de onda se colapsa, teniendo un valor 100% en donde está la partícula y un valor 0% en el resto de sitios donde no está la partícula. El colapso de la función de onda surgió como un modo de explicar lo que observaba en los experimentos.

Así, de este modo, el problema de la medida cuántica entra como consecuencia de la intervención de un observador: hasta ese momento la función de onda evoluciona de acuerdo con la ecuación de Schrödinger. Pero al observar la partícula, todo cambia y la función de onda se colapsa. Desde entonces, han surgido diversas propuestas para explicar lo que sucede.
Niels Bohr lo explicaba basándose que los observadores son diferentes de las partículas, en el sentido de que están dominados por las leyes clásicas de la física. Argumentaba que la explicación a lo que ocurría estaba más allá de nuestro entendimiento y posibilidades: querer conocer el motivo del colapso no tenía sentido y solamente era importante el valor de la medición.
Sin embargo este punto de vista no soportó el paso de los años y surgieron nuevas propuestas. Heisenberg propuso que nuestra incapacidad para saber donde están las partículas antes de observarlas, es el motivo por el que la función de onda es tal como la describe Schrödinger. En el momento de observar la partícula conocemos su posición, de modo que la función de onda, se colapsa. De este modo, Heisenberg convierte el colapso en algo natural y sin ningún motivo para causarnos perplejidad.
Otra propuesta, está mucho más exótica, fue la realizada por Everett, según la cual todos los posibles resultados de la función de onda son reales: cada posible resultado es real en su propio universo. Esto implica, por un lado que existen múltiples universos donde en cada uno, la partícula tiene una posición, y por otro lado la función de onda no colapsa. Esta interpretación se conoce como la de los Muchos Mundos.
Bohm también hizo su propuesta. Afirmaba que las partículas tienen posiciones definidas como afirma la física clásica, pero hay ciertas características ocultas. Por el principio de incertidumbre no podemos conocer ciertos atributos con precisión, pero no implica nada sobre los atributos reales. De este modo, no hay dos fases. Además también proponía que existen partículas y onda, y que las partículas son guiadas por las ondas.
Ghirardi, Rimini y Weber hicieron una ligera modificación de la ecuación de Schrödinger, de modo que sin afectar a la evolución de la función de onda, si que ayudaba a explicar el comportamiento de los cuerpos ordinarios. Así, propusieron que la función de onda es inestable y colapsa al azar, de promedio, cada 1.000.000.000 años. En objetos grandes, continuamente existe alguna función de onda asociada a una partícula que colapsa, causando un efecto dominó.
La propuesta más actual se denomina decoherencia. Según este modelo, se presente una nueva forma de entender el colapso de la función de onda y como interacciona ésta con su entorno, permitiendo conectar el mundo clásico con el cuántico. La decoherencia cuántica crea un vínculo entre el mundo cuántico y el mundo clásico, desde el punto de vista que analizar un fotón en un laboratorio es simplificar demasiado el problema del colapso de la función de onda. En este sentido considera que hay que analizar los sistemas complejos, como es el caso de todos los objetos que nos rodean en nuestro día a día, incluidos nosotros mismos. Los sistemas complejos no están libres de interaccionar con su entorno, como puede ser el caso de un fotón en un laboratorio. Cualquier objeto que observemos (p.e. una cuchara) recibe continuamente miles de millones de colisiones de fotones, y no sólo por colisiones de fotones, si no también por interacción entre sus propias partículas. En el experimento de la doble rejilla, si interferimos el experimento antes de que el electrón alcance la pantalla detectora, causamos el colapso de la función de onda, y el electrón adquiere una trayectoria definida, destruyendo el patrón de interferencia.

Así, de acuerdo con la decoherencia, la función de onda en sistemas complejos colapsa continuamente debido a su inevitable interacción con el entorno. Así, en el experimento del gato de Schrödinger no sería factible un estado de vivo/muerto indeterminado hasta realizar la observación: antes de hacer la observación, miles de billones de… interacciones causarían que el gato tenga un estado definido. Sin embargo, a pesar de solucionar de un modo elegante el problema de la medida cuántica, no explica en que modo ocurre el colapso de la función de onda, por lo que aún no está plenamente aceptada.

2 comentarios

  1. imanol corredoira

    podriais poner algo de los diagramas de feynman

  2. Francisco Sevilla

    Hola Imanol,

    Gracias por tu sugerencia. Tomamos nota de la misma y lo tendremos en cuenta como posible tema a tratar.

    Un saludo,
    Fran

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