¿Por qué los físicos todavía no entienden la teoría de la teoría cuántica durante 100 años?

¿Por qué los físicos todavía no entienden la teoría de la teoría cuántica durante 100 años?

Todos tienen un ejemplo de sus técnicas favoritas. En el pasado, cuando la imagen se volvió borrosa, puede haber llegado a la cima de la televisión. Hoy, puede volver a abrir su computadora.

La mecánica cuántica (la teoría más exitosa e importante en la física moderna) es esta. Puede funcionar bien, desde láser y química hasta el bosón Higgs y la estabilidad del material. Pero los físicos no saben por qué. O al menos, si algunos de nosotros pensamos que sabemos por qué, entonces la mayoría de otros no están de acuerdo.

La característica única de la teoría cuántica es que la forma en que describimos el sistema físico es diferente de lo que ven al observarlos. Por lo tanto, las reglas del libro de texto de la mecánica cuántica deben llamar procesos especiales para describir «medición» o «observación», que es diferente del marco físico anterior. Como campo, la física no ha llegado a un consenso sobre por qué este es el caso, o incluso lo que significa.

El primer lote de comportamiento cuántico en la naturaleza se llevó a cabo en el físico de 1900 Max Planck y las obras de 1905 de Albert Einstein en 1905. Muestran que pueden imaginar que es discretamente, similar a las partículas, en lugar de una luz explicada así. La onda suave de efectos electromagnéticos clásicos. Pero sus ideas no son suficientes para describir una teoría completa. Fue el físico alemán Werner Heisenberg que propuso por primera vez una versión integral de la mecánica cuántica en 1925. Más tarde ese año, Max Born y Pascual Jordan siguió a Hansonberg1Esencia

Por lo tanto, el siglo de la teoría cuántica que celebra 2025 es justa. Aunque tales actividades conmemorativas pueden señalar correctamente varios experimentos sorprendentes, debe dejar espacio para admitir las preguntas básicas que no han sido respondidas. Quantum Mechanics es un hermoso castillo que puede estar seguro de que no está construido sobre la arena.

Deshacerse de

Desde la formación de la mecánica clásica en el siglo XVII, la teoría de la física ha seguido el modelo claro desde la formación de la mecánica clásica en el siglo XVII. Está considerando un sistema: quizás los planetas alrededor de las estrellas o los campos eléctricos o una caja de gas. En cualquier momento, el sistema se describe por su «estado», incluida la configuración actual del sistema y su tasa de cambio; Luego, tiene la ecuación deportiva. Esta receta básica es adecuada para todo, desde la gravedad de Newton hasta la teoría de Einstein, al igual que la teoría cuántica, es el producto de principios del siglo XX. Pero con la aparición de la mecánica cuántica, las recetas de repente fallaron.

El fracaso del paradigma clásico se remonta a un concepto provocativo: la medición. Mientras haya científicos con un trabajo, los científicos que trabajan admitirán que la importancia de la medición y la práctica. Pero en la teoría antes de los cuantificadores, el concepto básico se da por sentado. En cualquier situación particular, lo que la teoría asume la cantidad real de supuestos físicos físicos. Si está dispuesto, puede medirlos. Si usted es un experiencia apresurada, puede ocurrir un error de medición importante o interferir con el sistema cuando el sistema de medición, pero esta física en sí no es una característica inevitable. A través de un trabajo más duro, puede medir las cosas de acuerdo con sus deseos, medir con precisión las cosas, al menos en términos de ley física.

Experimento de enredo cuántico. Use láser en el experimento para probar las subdivisiones de la causalidad de la física cuántica.

Los experimentos con láser exploran la realidad del enredo cuántico, que es un concepto de concepto intuitivo de cómo trabajar con la física.Fuente de la imagen: Pascal Goetgheluck/SPL

La mecánica cuántica cuenta una historia muy diferente. Aunque en la física clásica, las partículas como los electrones son reales, objetivas y motivadas en cualquier momento dado, y en la mecánica cuántica, estas cantidades generalmente existen de cualquier manera objetiva antes de la medición. La ubicación y el poder son cosas que se pueden observar, pero no son un hecho de preexistencia. Esta es una diferencia. El significado más vívido de esta situación es el principio de incertidumbre en Heisenburg.2Esencia

En cambio, la teoría cuántica describe el estado del sistema de la función de onda y el concepto de una introducción3 Schrindinger describió el cambio del sistema con sus ecuaciones con su mismo nombre en 1926. Para nuestros electrones individuales, la función de onda se asigna al número de cada posición que podemos observar.

Lo difícil es que la relación entre la función de onda que quisiéramos medir y el número de cantidad observada (como la posición y el momento). Respuesta de sugerencia4 Nacido por el documento original de Schrödinger. Según la explicación de Born, nunca podemos predecir con precisión los resultados de la medición cuántica. En cambio, podemos determinar la probabilidad de cualquier resultado específico de la ubicación electrónica calculando la función de onda de la posición. Esta receta derroca por completo la certeza de balancear desde las nuevas dinastías, el ideal del universo.

En retrospectiva, algunos físicos pueden aceptar este cambio son impresionantes. Algunos, no todos. Celebridades como Einstein y Schrotine no están satisfechas con el nuevo consenso cuántico. Esto no quiere decir que no lo entiendan, sino porque piensan que las nuevas reglas deben poner un pie en una teoría más completa.

El surgimiento de la incertidumbre generalmente se describe como su principal oposición a la teoría de la teoría cuántica: «Dios no juega dados con el universo», que es la frase inolvidable de Einstein. Pero realmente las preocupaciones son más profundas. Einstein está particularmente preocupado por el área local. También está preocupado por el realismo.

La crítica más aguda de Einstein aparece en el famoso papel EPR5 En 1935, lo nombraron a él y a su coautor Boris Podolsky y Nathan Rosen nombra el título «¿Puede la descripción mecánica cuántica de la realidad física ser considerada completa?» «». El autor respondió a esta pregunta con una actitud negativa basada en el fenómeno cuántico clave, y enfatizaron que se llamaba enredo.

Si tenemos una partícula, la función de onda asignará un número para cada posición posible que pueda tener. De acuerdo con las reglas de nacimiento, la posibilidad de observar la posición es el cuadrado del número. Sin embargo, si tenemos dos partículas, no hay dos formas de onda. La mecánica cuántica proporciona cada uno de los dos sistemas de partículas que pueden configurarse al mismo tiempo. Cuando consideramos sistemas cada vez más grandes, continúan describiendo a través de una función de onda única hasta la función de onda de todo el universo.

Como resultado, la probabilidad de observar una partícula en algún lugar depende de la posición de las otras partículas, sin importar cuál sea el grado de separación, esto aún es correcto. El análisis EPR muestra que podemos tener una partícula en la tierra, y podemos tener una partícula en los años de luz del planeta, y nuestras predicciones sobre las partículas distantes pueden verse afectadas por nuestra medición de partículas cercanas.

El mercado de pánico nos recuerda que de acuerdo con la teoría especial de la relatividad, incluso el concepto de «simultáneo», el concepto de lejano en el espacio no está bien definido, porque cualquiera de Einstein lo sabe. El enredo parece ser lo opuesto a los preceptos opuestos especiales.

En realidad, no podemos usar enredos a gran distancia para comunicarse. Mida nuestras partículas cuánticas aquí. Sin embargo, cómo la teoría cuántica describe el mundo y cómo observamos el tiempo y el espacio en la naturaleza relativa de Einstein, al menos hay una cierta tensión.

Realidad

El intento de resolver esta tensión ha aumentado y no tiene un consenso claro. De hecho, podemos pensar en las diferencias significativas de los problemas más centrales: ¿debería la función de onda cuántica representar la realidad, o es solo una herramienta que usamos para calcular los resultados de los resultados experimentales? Este problema dividió fundamentalmente al físico de Einstein y danés Niels Bohr, en el famoso debate, han involucrado el significado de la mecánica cuántica durante décadas. Einstein, como Schrödinger, es un realista exhaustivo: quiere que su teoría describa que podemos tratar ciertas cosas como realidad física. Bohr y Heisenberg están dispuestos a renunciar a cualquier discusión sobre «cosas reales», pero concéntrese en hacer predicciones sobre lo que sucederá al medir las cosas.

La última vista despertó la explicación de «cognición» de la teoría cuántica. Las opiniones de Bohr y Heisenberg se llaman la interpretación de Copenhague, que está muy cerca de la enseñanza de los físicos de hoy en los libros de texto. La versión moderna incluye qbism6«Bayesianismo cuántico» y la abreviatura de la mecánica cuántica7Esencia Ambas interpretaciones enfatizan cómo considerar los estados cuánticos en sí mismo, pero medir el proceso y cambiar el estado de conocimiento en el proceso en relación con el observador.