Las mediciones
débiles (mediciones
débiles, mediciones sin interacción, mediciones reversibles, mediciones sin contacto ) son un paradigma bastante conocido en círculos estrechos, incluso mencionado
en Habré . La idea ha sido presentada y promovida desde los años 90 por la escuela israelí de físicos (Yakir Aaronov, Lev Weidman y muchas personalidades menos conocidas) y se reduce al hecho de que supuestamente se puede eludir el postulado de la mecánica cuántica sobre la medición.
Aquí está este desafortunado postulado:
Al medir, el vector de estado (función de onda) colapsa en uno de los vectores propios (funciones) del operador de la cantidad medida.
Los físicos israelíes creen implícitamente (y erróneamente) que el colapso ocurre cuando el dispositivo de medición interactúa con el sistema medido. Por lo tanto, su lógica es la siguiente: pensemos en cómo medir un sistema sin interacción física de nada con este sistema. Luego demostraremos que se realizó la medición, pero no se produjo el colapso. Y lideraron el siguiente
experimento mental , ahora ampliamente conocido gracias a Roger Penrose.
Bombas cuánticas de Elitzur-Weidman
Que haya bombas que sean tan sensibles que exploten cuando golpeen incluso una sola partícula elemental, como un fotón. Se sabe que algunas de las bombas están rotas, pero no se sabe cuáles. La tarea es separar las bombas que no funcionan de los trabajadores sin detonar estas últimas.
Bajo las condiciones establecidas, la tarea parece irresoluble. Para verificar el rendimiento de una bomba, debe desmontarla o hacer algo más con ella. En cualquier caso, tendrás que tocarlo, pero de acuerdo con las reglas del juego, esto provocará una explosión. De hecho, en el marco de la física clásica, es imposible probar la operatividad de una bomba sin detonarla. Sin embargo, en nuestro mundo cuántico, casi todo es posible.
Coloque la bomba en uno de los brazos del interferómetro Mach-Zehnder. Deje que el espejo sea parte de la bomba. Si la bomba no funciona, entonces el interferómetro funcionará. Ambos brazos del interferómetro son idénticos, falta información sobre cuál de los brazos pasó el fotón. Se observarán interferencias y todos los fotones caerán en el detector inferior.
Si la bomba funciona, el interferómetro no funcionará. Los dos hombros ahora no son idénticos. Un fotón que pase por el hombro inferior provocará una explosión de bomba. Ya no habrá interferencia, ya que hay información sobre por qué hombros pasó el fotón (la bomba explotó o no).
Un fotón puede rebotar en el primer espejo translúcido, pasar por encima del hombro superior, rebotar en el segundo espejo translúcido y caer en el detector superior. Pero tenga en cuenta que en el caso de una bomba que no funciona no podría estar en el detector superior, eso significa que la bomba está funcionando. Pero ella no explotó cuando el fotón caminó por la parte superior del hombro. La fijación del fotón por el detector superior indica que la bomba está operativa y al mismo tiempo permanece intacta.
Una discusión más detallada del experimento Elitzur-Weidman está
aquí .
¿Han refutado los físicos judíos el postulado de medición con este experimento? Por supuesto que no. ¿Cuál es el error en su lógica? El problema es que no entienden que la
medición es la recepción de información por parte del observador , y no la interacción del sistema con el dispositivo de medición. Cuando el observador recibe nuevos datos, el vector de estado colapsa. El hecho de que la información sobre la operabilidad de la bomba no se haya obtenido por interacción física directa con el dispositivo de medición no cambia nada.
¿Se sorprenderían los padres fundadores de la mecánica cuántica ante tal experimento mental antes de su publicación? Por supuesto que no! No es de extrañar que introdujeran el concepto de "observador" en la mecánica cuántica. Si el dispositivo de medición fuera un observador, entonces este término físico adicional sería superfluo.
¿Quién o qué es entonces un observador? Quien recibe nuevos datos es un observador. Es para él que la mecánica cuántica ofrece predicciones probabilísticas de los resultados de mediciones futuras sobre la base de los datos actualmente disponibles para él.
Enredo cuántico y colapso del vector de estado
Por supuesto, los padres fundadores sabían que el colapso no es un proceso físico, sino que solo actualiza el conocimiento del sistema por parte del observador cuando recibió nuevos datos. Tomemos el experimento clásico de entrelazamiento cuántico, discutido por el propio Niels Bohr en una disputa con Einstein.
El pi-mesón se desintegra en un electrón y un positrón, que se separan en diferentes extremos de la galaxia. Sus espaldas están confundidas. Al medir ambos giros con respecto a la misma dirección del eje, siempre serán opuestos para dar un total de cero.
Es imposible predecir exactamente cuál será el giro sin información sobre el resultado de medir el giro de la segunda partícula. Supongamos que Alice quisiera medir el espín de electrones en relación con el eje z y resultó ser +1/2. Su vector de estado colapsa en un vector giratorio.
¿Qué pasó con el vector de estado del segundo observador, Bob, siguiendo el positrón? Nada Para él, nada ha cambiado. Alice sabe que si Bob quiere medir el giro del positrón en relación con el eje z, obtendrá -1/2. Pero Bob no lo sabe. Su vector de estado aún no se ha colapsado. ¿Cuándo ocurrirá el colapso de Bob?
1. Él medirá el giro del positrón en relación con el eje z, detectará -1/2, y su vector colapsará en el vector de "giro hacia abajo".
2. Alice le enviará información sobre el resultado de su medición y, una vez recibido, el vector también colapsará en un "giro hacia abajo" en relación con el eje z.
La segunda opción es justo lo que los científicos israelíes comenzaron a llamar "mediciones sin interacción" (mediciones sin contacto). Como puede ver, no inventaron nada nuevo sino un término redundante adicional. El vector de estado colapsa en cualquier caso, y precisamente en el momento de obtener nueva información sobre el sistema. Este colapso, por definición, es una dimensión.
Tenga en cuenta que Bob puede elegir algún otro eje, no necesariamente z. Digamos que su eje está desviado varios grados del eje de Alice.
Sin la información de Alice sobre el resultado de su medición, todas las mediciones de Bob son absolutamente aleatorias (esto es una propiedad del
estado singlete : con respecto a cualquier dirección del eje, el giro estará "hacia arriba" con una probabilidad del 50% y hacia abajo con una probabilidad del 50%).
Sin embargo, si antes de su medición recibe información de Alice, entonces su vector de estado colapsa. Las probabilidades se redistribuyen. Digamos 90% que su giro será "abajo" y 10% "arriba" si Alice tiene "arriba". Y si el giro de Alice se vuelve "hacia abajo", cuando se recibe esta (otra) información, el vector se colapsa en otro vector, lo que dará un 10% "hacia abajo" y un 90% "hacia arriba".
La mecánica cuántica permite obtener una fórmula exacta para tales correlaciones de probabilidad, de lo que también se
deduce que es imposible asumir la dirección del giro según lo determinado hasta que se obtenga información sobre el resultado de la medición. El giro del positrón en el otro extremo del universo no cambia instantáneamente cuando se mide el giro de un electrón enredado con él, como a menudo se afirma. Y sí, la transmisión de información superluminal es imposible porque Alice obtiene resultados aleatorios cuando mide el espín electrónico.
En general, a pesar de los esfuerzos de los físicos israelíes, el colapso no funcionará. Al medir (obtener nuevos datos), el vector colapsa, lo que simplemente refleja la actualización del conocimiento subjetivo del observador del sistema, que está codificado en este vector (función de onda).
Tarea para los adherentes de una interpretación mundial: obtenga los mismos resultados del concepto de Everett. Dime exactamente cuándo se divide el mundo en este caso y cuántas ramas.
La "paradoja" del nido de palomas
Pero los físicos israelíes no se rinden, y aquí hay otro
artículo en el que los autores (Aaronov et al.) Usan el enfoque descrito "la
medición no siempre conduce al colapso " para derivar una afirmación tan absurda que:
Se pueden meter tres palomas en dos agujeros de paloma, y no habrá dos palomas en ninguno de los agujeros.
¡Esto es lo que sucede si descuidamos los postulados de la mecánica cuántica! La incompatibilidad de esta declaración de físicos judíos con la mecánica cuántica se ha demostrado muchas veces. Recomiendo un artículo del ex profesor de Harvard Lubos Motl titulado "
Tres agujeros de paloma en el cerebro de seis físicos ".