2 de septiembre de 2010

FÍSICA CUÁNTICA Y CONCIENCIA: DESMINTIENDO EL ROMANCE (5)

(POR LA RENDIJA LA HINCO -la función de onda, claro)
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Imaginemos el experimento de la doble rendija, como el que describimos en la segunda entrada, pero con un solo detector, situado en una de las rendijas (llamémosla A, siendo la otra B). El detector está preparado para que, si detecta que un electrón pasa por la rendija A, el punto en el que el electrón llega a la pantalla se ilumina en color verde; en cambio, si no detecta un electrón pasando por su rendija, el punto de la pantalla se iluminará en rojo.
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Está claro que la nube formada por los puntos verdes no mostrará un patrón de interferencia (pues sabemos que el electrón ha pasado por A). La cuestión interesante es, ¿qué patrón formarán los puntos rojos? Si hay alguien más enterado que yo, le agradecería que nos informara del asunto, pero por lo que yo sé, los puntos rojos tampoco formarán un patrón de interferencia (pues sabemos que los electrones que han producido dichos puntos han pasado por la rendija B, ya que el detector situado en A no se ha encendido).
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Este es, por supuesto, uno de los "misterios" de la física cuántica: ¿cómo "sabe" el electrón que pasa por B, que había un detector situado en A y que le habría pillado si hubiera pasado por allí? La respuesta es, me parece, que el detector interactúa con la función de onda del electrón, no con el electrón una vez que éste se comporta como una partícula, y la función de onda pasa tanto por A como por B. Al llegar la onda al detector, éste la hace colapsar, y entonces tenemos el electrón en una posición determinada; esta posición puede ser tanto A como B (con una probabilidad determinada según el diseño de las rendijas y la posición del emisor; si el diseño es simétrico, la probabilidad será de 0,5 para cada rendija); si ocurre que es A, entonces el detector se pone en funcionamiento y activará las luces verdes en la pantalla; si ocurre que es B, el detector no cambia de estado, y las luces serán rojas.
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En resumen: no es que el electrón que "pasa por B" "adivine" la presencia del detector en A, sino que la secuencia de hechos es como sigue:
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1) la función de onda ha llegado hasta A
2) ha interactuado con la propia función de onda del detector, lo que ha hecho colapsar ambas funciones de onda
3) esto puede dar como resultado, aleatoriamente, dos resultados: el electrón pasando por A, o pasando por B
4) si el resultado es el primero, entonces el detector se activa; si el resultado es el segundo, el detector no se activa
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Nótese que la interpretación de este experimento nos exige aceptar que la función de onda de los electrones que han pasado por B se colapsa en el momento de alcanzar el detector de A (y no en el momento de observar el resultado del experimento), pues si no fuera así, los puntos verdes formarían un patrón de interferencia.
Por lo tanto, no es necesaria la consciencia para que la función de onda se colapse.
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Más:
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30 comentarios:

  1. Debe ser (5) :(

    Por interesante e ilustrativo que sea el experimento (estás en lo cierto con que no hay interferencia en B) no creo que aporte más argumentos para el no colapso por consciencia que los que ya tenemos. Si acaso lo hace más inverosímil a nuestra intuición (a la par que más innecesario a nuestro entender).

    Siempre se puede decir que hasta que no se observa no pasa nada. Que todo queda en suspenso hasta que se observa, como quedó todo el universo hasta el nacimiento del primer ser consciente, con infinidad de interacciones esperando a colapsar.

    Uno puede seguir divagando y plantearse cuál es el nivel de consciencia necesario para el colapso. ¿El de un mosquito? ¿El de un lagarto? ¿El de un gato? ¿El de un mono? ¿El de un homo habilis?

    Todo el argumento del colapso por consciencia vale para el colapso por MI consciencia. ¿Por qué he de creer que ha pasado nada hasta que lo vea YO? El argumento es exactamente el mismo. Igual de vacuo, innecesario, complicado e irrelevante.

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  3. O yo he entendido mal el asunto o tu forma de hablar de la función de onda como si fuese una onda es un error. La función de onda es una representación en un espacio abstracto, como los espacios de fase. Hablar de interferencias en el experimento de la doble rendija obedece a la propuesta de Bohr usar un lenguaje descriptivo ondulatorio cuando el resultado del experimento se parece a lo que producen las ondas. Que la ecuación de Schrödinger fuese una respuesta matemática a la idea de De Broglie de una onda de probabilidad asociada a cada partícula no significa que esa onda sea física. Es un instrumento matemático para calcular los estados posibles del sistema. La función de onda puede interactuar con un detector tanto como un insulto puede interactuar con un tren bala.

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  4. Y mi me daba también esa sensación, de que se estaba usando la expresión "función de onda" de una manera impropia, pero como no soy físico ni nada que se le parezca, pues tampoco me veo con autoridad de sentar cátedra.

    A mi me da la sensación de que la falta de conocimientos físicos nos está jugando una mala pasada y estamos pasando por alto algo fundamental. Pero es eso, sensación.

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  5. Hablar de cualquier partícula de cualquier manera que no sea como "aquello que obedece tal función de onda" es siempre un error. A mí me parece poco abuso del lenguaje identificar el electrón con su función de onda. Es lo único que sabemos de él.

    Macroscópicamente tenemos intuición para distinguir un mapa de papel de una ciudad de sus edificios de ladrillo. Tal intuición se nos niega en el mundo cuántico.

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  6. Es un error hablar de superposición de estados antes de la observación como si fuese un en sí mismo un estado del sistema y no una metáfora para referirse a los estados posibles que somos capaces de calcular mediante el instrumento matemático que es la función de onda. La superposición de estados no es observable precisamente por eso. No puede ser un fenómeno porque es un instrumento para realizar predicciones sobre fenómenos.

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  7. "A mí me parece poco abuso del lenguaje identificar el electrón con su función de onda. Es lo único que sabemos de él."

    Eso no es cierto. Lo único que sabemos del electrón es que se ha activado un instrumento que llamamos detector de electrones o ha aparecido una extraña imagen en una placa. La función de onda no es el electrón, es el cálculo que realizamos para predecir los resultados que nos ofrecerá el detector.

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  8. La mecánica cuántica es el ejemplo más palpable de la importancia que para la construcción teórica tiene la semántica, los conceptos con que se apuntalan las interpretaciones. ;)

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  9. La función de onda es una representación en un espacio abstracto, como los espacios de fase

    Eso es cierto.

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  10. Que la función de onda no es el electrón está claro. Por eso hablaba de abuso de lenguaje. Pero, aclarado esto, añado que es poco abuso, a mi entender y por lo dicho.

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  11. Masgüel:
    Los electrones se difractan, los electrones producen interferencias en el experimento de doble rendija, luego los electrones SON ondas. Eso lo "sabemos" seguro. Como sabemos que un fotón es una onda, el mismo tipo de certeza.

    No se trata de un "artificio matemático" para calcular probabilidades de una partícula. Se trata de que que los electrones se comportan como la radiación, como los fotones, exactamente igual. Y al revés, la radiación es "particulada".

    La única forma de representar esta realidad es la función de onda. En este sentido la función de onda es más esencial, es más próxima a la verdadera naturaleza del electrón que cualquier manifestación: sólo vemos lo observable, pero sólo se puede entender en el lenguaje de las matemáticas. Al revés, el lenguaje ordinario es el que mete trampas semánticas, la función de onda ES.

    Por otra parte, De Broglie no estaba muy por la interpretación probabilística, su tesis era que efectivamente existen "ondas piloto" que controlan el movimiento posible de una partícula. Ondas reales. Su hipótesis es anterior a Schrödinger.

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  12. "Los electrones se difractan, los electrones producen interferencias en el experimento de doble rendija, luego los electrones SON ondas."

    Dejando de lado que lo ondulatorio y lo corpuscular son lenguajes descriptivos, la función de onda sigue un instrumento matemático.

    "la función de onda es más esencial, es más próxima a la verdadera naturaleza del electrón que cualquier manifestación: sólo vemos lo observable, pero sólo se puede entender en el lenguaje de las matemáticas. Al revés, el lenguaje ordinario es el que mete trampas semánticas, la función de onda ES."

    Eso es metafísica pitagórica. A mí me parece muy bien que interpretes la mecánica cuántica de esa manera, pero no tengo por qué compartir tu interpretación.

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  13. Dicho de otra forma, lo que venimos llamando "estado" son sólo los eigenestados del sistema cuántico, los estados propios, pero el sistema cuántico puede EXISTIR en cualquier superposición mixta de estados propios.

    Es falso que sólo tengan existencia real los eigenestados. Un sistema cuántico puede preparase de tal forma que sea un estado propio del observable A: entonces A será medible con precisión arbitraria.

    Pero en general los estados cuánticos NO son estados puros de todos los observables: de ahí Heisenberg.

    Al revés, lo normal será tener superposiciones de estados. La medición, al colapsar la función de onda, nos dice cuál era la combinación de eigenestados que describía aquel estado. Unas veces colapsa en A, otras en B, con cierta estadística: cada distribución imaginable es un estado REAL del sistema cuántico, no sólo A o B.

    El estado previo al colapso no era indeterminado entre éste o aquel sino LOS DOS A LA VEZ. Ése es el quiz de la cuántica.

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  14. "De Broglie no estaba muy por la interpretación probabilística, su tesis era que efectivamente existen "ondas piloto" que controlan el movimiento posible de una partícula. Ondas reales."

    De acuerdo, pero esa era SU interpretación. En lo único que coinciden tirios y troyanos es en que la ecuación de Schrödinger calcula probabilidades.

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  15. Dejando de lado que lo ondulatorio y lo corpuscular son lenguajes descriptivos, la función de onda sigue un instrumento matemático.

    ¿Eso no es también un lenguaje descriptivo, aunque más preciso?

    La superposición de estados (...) no puede ser un fenómeno porque es un instrumento para realizar predicciones sobre fenómenos.

    ¿Que otra cosa son los fenómenos, hablando en general, más que las predicciones (o las inferencias) que hacemos a partir de los instrumentos que tenemos para observar la realidad?

    Meterse a distinguir entre la descripción que podemos inferir a partir de los instrumentos que tengamos, que es lo que viene a ser un fenómeno, y lo que "es en realidad" un electrón o lo que sea, sí que me parece metafísica con la que hay que tener cuidado para que no nos distraiga.

    Lo que sabemos de un electŕon digo yo que será precisamente la mejor descripción de que dispongamos, con toda la complejidad que podamos describir.

    Si es que he entendido la posicion de Masgüel, que lo mismo no.

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  16. Masgüel:
    Confundes la observación de un resultado único con el objeto. Eso es un punto de vista clásico.

    Dices "Lo único que sabemos del electrón es que se ha activado un instrumento que llamamos detector de electrones o ha aparecido una extraña imagen en una placa."
    Pero eso es falso, lo que sabemos es puede estar en VARIOS puntos e interferir consigo mismo: el patrón de difracción es observable.

    El electrón existe en más estados que pasa por A o pasa por B: pasa 10% por A y 90% por B, 70% por A y 30% por B etc.

    Eso son estados reales también, que es lo que negabas:
    "Es un error hablar de superposición de estados antes de la observación como si fuese un en sí mismo un estado del sistema"

    Si, el sistema puede estar en un estado mixto. De hecho, es lo normal.

    El electrón es así, y la forma de enunciarlo es una función de onda (o su equivalente matricial). Lo que digamos con palabras serán siempre metáforas de cómo es el electrón.

    La cuestión es que NECESITAMOS funciones de onda porque esos estados mixtos son reales, si no fuera así sólo necesitaríamos una extensión de la mecánica estadística. Ha habido intentos, pero ninguno satisfactorio.

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  17. "En lo único que coinciden tirios y troyanos es en que la ecuación de Schrödinger calcula probabilidades."

    Los hay que no hacen una interpretación probabilística. Pero lo importante ahora es que esas probabilidades calculadas son la matriz de densidad de los eigenestados del sistema, pero los eigenestados no son los únicos existentes. Esto es lo que estoy intentando transmitirte, la función de onda es válida porque refleja, contiene, explica, permite calcular, esos estado intermedios que SABEMOS que existen (se observan) y NO tienen lugar alguno en la visión clásica.

    No hablamos de superposición de estados porque la función de onda lo permita, extrapolando injustificadamente de las matemáticas, sino que usamos esas matemáticas porque la REALIDAD lo exige: autointerferencia, resonancia, entrelazamiento.

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  18. Pero, ¿por qué tengo que aceptar que la función de onda describe un estado mixto real y no una distribución de probabilidad?.

    Si el electrón muestra patrones de interferencia es porque, en ese contexto experimental, es una onda. No es una onda y a la vez una partícula que interfiere consigo misma. Puede ser una onda o una partícula, pero no las dos cosas en el mismo experimento.

    P.D. De todas formas me estoy metiendo en camisa de once varas. Yo de esto se lo justito para incordiar.

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  19. Queridos:
    la entrada de hoy va a tratar precisamente sobre la "naturaleza" de las "superposiciones", de modo que, en vez de responder directamente a las cuestiones que planteáis, me remito a esa entrada.
    En todo caso, quiero recordaros lo que decía en la entrada segunda:
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    ¿de qué es una onda la onda en que consiste el electrón?, ¿qué es lo que "ondula" en esa onda -cuya descripción matemática es la ecuación de Schrödinger? Se trata realmente de un "material" notablemente abstracto, pues podemos interpretarla como una onda "compuesta" por todos y cada uno de los posibles recorridos del electrón entre el emisor y la pantalla (o los detectores), cada uno de ellos con una probabilidad diferente, calculable según esa ecuación. Es decir, mientras el electrón se comporta como una onda, el electrón consiste en una "superposición" de posibles estados. Nótese que no se trata necesariamente de que existan varias realidades alternativas, y que, al menos en ciertos experimentos, la realidad consista en algo así una "mezcla" de todas ellas, sino que el sistema se puede describir mediante una ecuación en particular. Lo importante, digamos, no es tanto "qué es lo que ondula" (esa es una pregunta equivocada), sino sencillamente el hecho de que, sea lo que sea lo que está "sucediendo" en el experimento, ello puede ser descrito correctamente por la ecuación de Schrödinger.
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    Coincido con vosotros que esta discusión está pidiendo a gritos la intervención de algún "experto", que complemente o corrija nuestras intervenciones amateurs.

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  20. Por cierto, el electrón (o el fotón, o lo que sea) SÍ puede ser una onda y una partícula en el mismo experimento: si hacemos el experimento con las rendijas abiertas, el electrón es una onda (o se describe mediante una función de onda) HASTA que llega a la pantalla, pero cuando llega a la pantalla, es una partícula, porque hay un solo punto de la pantalla, una sola molécula, a la que se une, incrementando la energía de ese punto, y no la de los puntos o moléculas alrededor.

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  21. "el electrón es una onda (o se describe mediante una función de onda) HASTA que llega a la pantalla, pero cuando llega a la pantalla, es una partícula, porque hay un solo punto de la pantalla, una sola molécula, a la que se une"

    Es verdad. No me acordaba. En la práctica, que la onda asociada a una partícula tenga una realidad física como quería De Broglie o que solo sea una forma de representar las trayectorias posibles del electrón, son simplemente dos maneras de imaginar su comportamiento ondulatorio. Jesús, siguiendo el principio de economía teórica que tanto te gusta, la segunda interpretación ahorra el plus substancialista que la primera añade.

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  22. Masgüel:
    es que la función de onda no es MERAMENTE " una forma de representar las trayectorias posibles del electrón": repito lo que le decía a un Anónimo hace un par de entradas (y, además, la entrada de hoy va de eso):

    El colapso de la función de onda materializa una posibilidad,
    Me temo que no es exactamente así. Es verdad que la función de onda es una combinación de todos los caminos POSIBLES del electrón, pero, a diferencia de la física clásica (donde los caminos que son posibles-pero-no-reales no tienen ABSOLUTAMENTE NINGÚN efecto observable, es decir, son NO-REALES a todos los efectos), en la física cuántica los estados "posibles" SÍ que tienen efectos (p.ej., hacen que el patrón observado en el experimento sea de interferencias), así que no son "meras-posibilidades-no-reales", sino ALGO TOTALMENTE REAL (en el sentido de que CAUSA EFECTOS REALES), y que sólo metafóricamente llamamos "posibilidad".

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  23. Nos estamos cruzando en los hilos como las trayectorias del electrón. :)

    Lo que dices se podría expresar de otra manera. La interferencia del detector tras la rendija consiste en anular la onda piloto que es el electrón hasta que impacta en la pantalla, que el electrón es una onda hasta que interfiere con cualquier otra cosa, sea el detector o la pantalla. Eso nos lleva a una pregunta aún más extraña. ¿Cuantas partículas puede "crear" una onda?.

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  24. Masgüel:
    ¿Cuantas partículas puede "crear" una onda?.
    Que yo sepa, en los experimentos que estamos considerando, sólo una. No sé si habrá casos en los que pueda "crear" más de una (tampoco tengo claro cómo "individualizar" las ondas; posiblemente no se pueda); lo que sí tendrá que cumplirse, supongo, es la ley de conservación de la energía (las partículas que se creen tendrán tanta energía como las ondas mediante las que las describamos antes del "colapso").

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  25. La onda de un electrón puede dar lugar a un electrón en una órbita de menor energía y a un fotón.

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  26. Insistir otra vez, antes de pasar al otro post, en que creo que buena parte de la confusión viene de esa interpretación dualista que se aprecia muy bien en Masgüel: es una onda o es un corpúsculo. Ondas que crean partículas.

    NO, el electrón o el fotón SON "algo" que es ambas cosas A LA VEZ y que produce tanto fenómenos explicables por ondas clásicas como por partículas clásicas Y ADEMÁS nuevos fenómenos adicionales no esperados en sistemas clásicos: efecto túnel, entrelazamiento etc. (ya sean de partículas clásicas ou ondas clásicas)

    Carece de sentido preguntar cuántas partículas crea una onda.

    La palabra "onda" en "función de onda" es una mera metáfora, no se refiere a una onda clásica.

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  27. "NO, el electrón o el fotón SON "algo" que es ambas cosas A LA VEZ"

    Lamento volver con mi cantinela, pero en mi opinión no ES ni lo uno ni lo otro. Mi interpretación es instrumentalista. La mecánica cuántica es real en el mismo sentido que cualquier otra narrativa mundoconstituyente previa.

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  28. "La palabra "onda" en "función de onda" es una mera metáfora, no se refiere a una onda clásica."

    Creo que eso es lo que he dicho yo antes o en el otro hilo (mala memoria calzo).

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  29. Creo que comprendo el malentendido.

    "Lo que dices se podría expresar de otra manera, etc..."

    Eso se lo decía a Jesús, jugando a lo que nos propone, funciones de onda que pasan por rendijas.

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  30. Esto de no logearme... He escrito el captcha en lugar del nombre.

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