Nadie en el mundo puede comprender qué es la mecánica cuántica, esto es quizás lo más importante que necesitas saber sobre ella. Es cierto que muchos físicos han aprendido a usar sus leyes e incluso a predecir fenómenos basados en cálculos cuánticos, pero aún no está claro Por qué el observador de un experimento determina el comportamiento del sistema y hace que se favorezca a un estado sobre otro.
A continuación se muestran algunos ejemplos de experimentos cuánticos con resultados que inevitablemente estarán influenciados por el observador, que muestra cómo la mecánica cuántica aborda la intervención del pensamiento consciente en la realidad material.
Los 5 experimentos cuánticos más famosos
1. El gato de Schrödinger
Hoy en día, existen muchas interpretaciones de la mecánica cuántica con la Interpretación de Copenhague siendo quizás el más famoso hasta la fecha. En la década de 1920, sus postulados generales fueron formulados por Niels Bohr y Werner Heisenberg.
La función de onda se ha convertido en el término central de la interpretación de Copenhague, es una función matemática que contiene información sobre todos los estados posibles de un sistema cuántico en el que existe simultáneamente.
Como se afirma en la interpretación de Copenhague, El estado del sistema y su posición relativa a otros estados sólo pueden determinarse mediante una observación. (La función de onda se utiliza únicamente para ayudar a calcular matemáticamente la probabilidad de que el sistema esté en un estado u otro).
Podemos decir que después de la observación, el sistema cuántico se vuelve clásico y deja inmediatamente de existir en otros estados, excepto en el estado en el que ha sido observado.
Este enfoque siempre ha tenido sus oponentes (recordemos, por ejemplo, el trabajo de Albert Einstein). “Dios no juega a los dados“), pero la exactitud de los cálculos y predicciones prevaleció.
Sin embargo, el número de partidarios de la interpretación de Copenhague está disminuyendo y la principal razón de ello es El misterioso colapso instantáneo de la función de onda durante los experimentosEl famoso experimento mental de Erwin Schrödinger Con el pobre gato se pretendía demostrar Lo absurdo de este fenómeno.
Recapitulemos la naturaleza de este experimento. Se coloca un gato vivo dentro de una caja negra, junto con un frasco que contiene veneno y un mecanismo que puede liberar este veneno al azar. Por ejemplo, un átomo radiactivo durante su desintegración puede romper el frasco. Se desconoce el momento preciso en que se desintegra el átomo. Solo se conoce la vida media, o el tiempo durante el cual se produce la desintegración con una probabilidad del 50%.
Obviamente, para el observador externo, El gato dentro de la caja existe en dos estados.: está vivo, si todo va bien, o muerto, si se produjo la descomposición y se rompió el frasco. Ambos estados se describen mediante la función de onda del gato, que cambia con el tiempo.
Cuanto más tiempo pasa, más probable es que ya se haya producido la desintegración radiactiva. Pero en cuanto abrimos la caja, la función de onda colapsa y vemos inmediatamente los resultados de este experimento inhumano.
De hecho, hasta que el observador abra la caja, el gato estará sometido al equilibrio interminable al borde de estar entre la vida y la muerte, y Su destino sólo puede determinarse por la acción del observador. Éste es el absurdo que señala Schrödinger.
Mira este vídeo animado para entender mejor el concepto:
2. La difracción de electrones
Según la encuesta realizada a los físicos más destacados por El New York Times, El experimento con difracción de electrones es uno de los estudios más sorprendentes de la historia de la ciencia. ¿Cuál era su naturaleza?
Hay una fuente que emite una corriente de electrones sobre una pantalla fotosensible. Y hay un obstáculo en el camino de estos electrones, una placa de cobre con dos ranuras. ¿Qué tipo de imagen se puede esperar en la pantalla si se imaginan los electrones como pequeñas bolas cargadas? Dos tiras iluminadas en el lado opuesto a las ranuras.
De hecho, la pantalla muestra Un patrón mucho más complejo de rayas blancas y negras alternadas.. Esto se debe a que, al pasar por la rendija, Los electrones comienzan a comportarse no como partículas, sino como ondas. (al igual que los fotones, o partículas de luz, que pueden ser ondas al mismo tiempo).
Estas ondas interactúan en el espacio, ya sea atenuándose o amplificándose entre sí, y como resultado, aparece en la pantalla un patrón complejo de rayas claras y oscuras alternadas.
Al mismo tiempo, el resultado de este experimento no cambia, y si los electrones pasan a través de la rendija no como una sola corriente, sino uno por uno, incluso una partícula puede ser una onda.
Incluso un solo electrón puede pasar simultáneamente a través de ambas rendijas (y este es también uno de los postulados principales de la interpretación de Copenhague de la mecánica cuántica, cuando las partículas pueden mostrar simultáneamente sus propiedades físicas “habituales” y sus propiedades exóticas como una onda).
¿Pero qué pasa con el observador? El observador hace que esta complicada historia sea aún más confusa.Cuando los físicos, durante experimentos similares, intentaron determinar con la ayuda de instrumentos por qué rendija pasa realmente el electrón, la imagen en la pantalla había cambiado drásticamente y se convirtió en un patrón “clásico” con dos secciones iluminadas opuestas a las rendijas y sin bandas alternadas mostradas.
Los electrones no parecían mostrar su naturaleza ondulatoria ante la atenta mirada de los observadores. ¿Se trata de algún tipo de misterio? Existe una explicación más sencilla: No se puede realizar ninguna observación de un sistema sin impactarlo físicamente. Pero esto lo discutiremos un poco más adelante.
3. El fulereno calentado
Se han llevado a cabo experimentos de difracción de partículas no sólo para electrones sino también para objetos mucho más grandes. Por ejemplo, utilizando fulerenos, moléculas grandes y cerradas que constan de docenas de átomos de carbono.
Recientemente, un grupo de científicos de la Universidad de Viena, supervisado por Profesor Zeilinger Intenté introducir un elemento de observación en estos experimentos.
Para ello, irradiaron moléculas de fulerenos en movimiento con un rayo láser. Luego, calentadas por una fuente externa, las moléculas comenzaron a brillar y, inevitablemente, indicaron su presencia en el espacio al observador.
Junto con esta innovación, El comportamiento de las moléculas también ha cambiado.Antes del comienzo de una vigilancia tan exhaustiva, los fulerenos evitaban con bastante éxito los obstáculos (exhibieron propiedades ondulatorias), de forma similar al ejemplo anterior con electrones que pasaban a través de una pantalla opaca.
Pero más tarde, con la presencia de un observador, los fulerenos comenzaron a comportarse como partículas físicas completamente respetuosas de las leyes.
4. La medición de enfriamiento
Una de las leyes famosas en el mundo de la física cuántica es la Principio de incertidumbre de Heisenberg que afirma que es imposible determinar la velocidad y la posición de un objeto cuántico al mismo tiempo.
Cuanto más precisos seamos al medir el momento de una partícula, menos precisos seremos al medir su posición. Pero la validez de las leyes cuánticas que operan sobre partículas diminutas suele pasar desapercibida en nuestro mundo de grandes objetos macroscópicos.
Experimentos recientes de Profesor Schwab En Estados Unidos, los estudios son aún más valiosos en este sentido, ya que se han demostrado efectos cuánticos no a nivel de electrones o moléculas de fulerenos (su diámetro característico es de aproximadamente 1 nm), sino en un objeto un poco más tangible. Una pequeña tira de aluminio.
Esta tira se fijó por ambos lados de manera que su parte central estuviera suspendida y pudiera vibrar bajo influencia externa. Además, cerca de ella se colocó un dispositivo capaz de registrar con precisión la posición de la tira.
Como resultado, los experimentadores idearon Dos hallazgos interesantes. En primer lugar, cualquier medición relacionada con la posición del objeto y las observaciones de la tira lo afectaban, después de cada medición la posición de la tira cambiaba.
En términos generales, los experimentadores determinaron las coordenadas de la tira con gran precisión y, de este modo, según el principio de Heisenberg, modificaron su velocidad y, por tanto, su posición posterior.
En segundo lugar, lo cual fue bastante inesperado, Algunas mediciones también provocaron el enfriamiento de la tira.. Así, el observador puede cambiar las características físicas de los objetos simplemente estando presente allí.
5. Partículas congeladas
Como es bien sabido, las partículas radiactivas inestables se desintegran no sólo en experimentos con gatos, sino también por sí solas. Cada partícula tiene un tiempo de vida medio que, según parece, puede aumentar bajo la atenta mirada del observador.
Este efecto cuántico fue predicho por primera vez en la década de 1960, y su brillante prueba experimental apareció en el artículo publicado por el grupo dirigido por el premio Nobel de Física. Wolfgang Ketterle del Instituto Tecnológico de Massachusetts.
En este artículo, La desintegración de átomos de rubidio excitados e inestables. Se estudió la capacidad de los fotones de desintegrarse en átomos de rubidio en su estado básico. Inmediatamente después de la preparación del sistema, se observó la excitación de los átomos al exponerlo a un haz láser.
La observación se realizó en dos modalidades: continua (el sistema estaba constantemente expuesto a pequeños pulsos de luz) y pulsada (el sistema era irradiado de vez en cuando con pulsos más potentes).
Los resultados obtenidos están perfectamente en línea con las predicciones teóricas.Los efectos de la luz externa ralentizan la desintegración de las partículas, devolviéndolas a su estado original, que está lejos del estado de desintegración. La magnitud de este efecto para los dos modos estudiados también coincide con las predicciones. La vida máxima de los átomos de rubidio excitados inestables se alargó hasta 30 veces.
Mecánica cuántica y conciencia
Los electrones y los fulerenos dejan de mostrar sus propiedades ondulatorias, las placas de aluminio se enfrían y las partículas inestables se congelan durante su desintegración; bajo la atenta mirada del observador, el mundo cambia. ¿Por qué no puede ser esto una prueba de la participación de nuestra mente en el funcionamiento del mundo?
Así que tal vez Carl Jung y Wolfgang Pauli (El físico austríaco y premio Nobel, pionero de la mecánica cuántica) tenía razón después de todo cuando decía que Las leyes de la física y la conciencia deben considerarse complementarias.?
Estamos a un solo paso de admitirlo. El mundo que nos rodea es sólo un producto ilusorio de nuestra mente.Da miedo, ¿no? Tratemos de apelar a los físicos, sobre todo cuando en los últimos años han dejado de lado la interpretación de Copenhague de la mecánica cuántica, con su misterioso colapso de la función de onda, y han dado paso a otro término bastante realista y fiable. decoherencia.
El problema es que, en todos estos experimentos con las observaciones, los experimentadores inevitablemente influyeron en el sistema: lo iluminaron con un láser e instalaron dispositivos de medición.
Pero este es un principio común y muy importante: No se puede observar el sistema ni medir sus propiedades sin interactuar con él. Y donde hay interacción, habrá una modificación de las propiedades, especialmente cuando un minúsculo sistema cuántico es impactado por objetos cuánticos colosales. Por lo tanto, la eterna neutralidad del observador budista es imposible.
Esto se explica por el término “decoherencia”, que es un proceso irreversible (desde el punto de vista de la termodinámica) de alteración de las propiedades cuánticas del sistema cuando interactúa con otro sistema más grande.
Durante esta interacción, el sistema cuántico pierde sus propiedades originales y se convierte en uno clásico, al tiempo que “obedece” al sistema mayor. explica la paradoja del gato de Schrödinger: El gato es un sistema tan grande que simplemente no se lo puede aislar del resto del mundo. El mero diseño de este experimento mental no es del todo correcto.
En cualquier caso, comparada con la realidad de la conciencia como acto de creación, La decoherencia representa algo mucho más…