Física y realidad

[reti]

Re: Física y realidad

El origen de la irrealidad que genera el postulado de la medida o colapso esta aquí:

El punto clave es que el aparato de medida, o el ambiente si lo prefieres, no viene determinado por un único estado cuántico. Viene determinado por una matriz densidad, que es mezcla estadística de un montón de estados.

Se define un aparato de medida abstracto y se identifica matemáticamente con una matriz densidad que no es otra cosa si no la manera que se representan estados con muchos subsistemas en un estado puro.

En cuántica el estado de un único foton o de un único electron no se puede representar por un estado mezcla. No puedes decir:

"tengo un electron mitad en un estado de spin vertical y mitad en un estado de spin horizontal representado por una matriz densidad".

Eso solo puedes decirlo de una colectividad de electrones donde cada uno de ellos desconoces en que estado puro esta, pero que desde luego esta en un estado puro, y asignas una probabilidad de que este en un estado concreto que desconoces.

Cuando explicas el colapso mediante la decoherencia estas afirmando eso mismo, que la medición da un resultado con una probabilidad pero ese resultado aunque desconocido se ha realizado. ¿Pero cuando colapso el sistema y se convirtió en uno los posibles resultados desconocidos pero que podemos conocer mirando la aguja del aparato?

Aunque el universo en su conjunto estuviera determinado por un hipotético estado puro, cualquier subsistema del universo (sea el aparato, sea el ambiente, sea nuestro mundo) viene determinado por una mezcla, (a no ser que esté especialmente preparado). Sin duda, conocerás el experimento de Einstein-Podolsky-Rosen. Aquí aunque el sistema de dos espines esté en un estado puro, cada espín por separado está en una mezcla.

Caes en lo mismo, un estado mezcla es un estado que ya ha colapsado pero ignoras a que estado ha colapsado. La matriz denidad representa ese desconocimiento puntual asociando una probabilidad a ese desconocimiento y solo tiene sentido para una colectividad. No tiene ningún sentido para un único ente o sistema cuantico.

[carroza]

Re: Física y realidad

En cuántica el estado de un único foton o de un único electron no se puede representar por un estado mezcla. No puedes decir:

"tengo un electron mitad en un estado de spin vertical y mitad en un estado de spin horizontal representado por una matriz densidad".

Eso solo puedes decirlo de una colectividad de electrones donde cada uno de ellos desconoces en que estado puro esta, pero que desde luego esta en un estado puro, y asignas una probabilidad de que este en un estado concreto que desconoces.

Hola.

Difiero de tu opinión. Cuando un electrón ha estado interactuando con algún otro sistema, su función de onda estará entrelazada.
Si posteriormente queremos describir sólo este electron, sin referencia a todos los sistemas con los que ha interaccionado en el pasado, tomamos la matriz densidad del sistema completo " universo", y hacemos la traza parcial sobre todas las variables, salvo las del electrón en cuestión. El resultado es una matriz densidad para ese electrón. Para más detalles, por ejemplo,

http://physics.stackexchange.com/que...be-a-subsystem

Un saludo

[reti]

Re: Física y realidad

Hola.

Difiero de tu opinión. Cuando un electrón ha estado interactuando con algún otro sistema, su función de onda estará entrelazada.
Si posteriormente queremos describir sólo este electron, sin referencia a todos los sistemas con los que ha interaccionado en el pasado, tomamos la matriz densidad del sistema completo " universo", y hacemos la traza parcial sobre todas las variables, salvo las del electrón en cuestión. El resultado es una matriz densidad para ese electrón. Para más detalles, por ejemplo,

http://physics.stackexchange.com/que...be-a-subsystem

Un saludo

Si, he sido un poco descuidado en mi afirmación de que la matriz densidad no tiene sentido para un solo electron.
Ha sido una afirmación desafortunada que tiene sentido solo en un contexto muy coloquial. Si os parece centramos el tema de la decoherencia tomando como referencia estos dos artículos que son fáciles de entender:.

http://www.ugr.es/~bosca/WebFCenRed/...ivos/c7-s6.pdf , (para saber que es una matriz densidad).

http://huespedes.cica.es/aliens/dfam.../densimple.pdf, (para saber como se interpreta el colapso desde la decoherencia).

En mi opinión, el hecho de aceptar que el estado del entorno se describe con una matriz densidad mezcla y no con una matriz densidad pura es equivalente a aceptar ya de entrada el colapso. Me explico.

El postulado del colapso se puede formular en función de la matriz densidad. Si se hace asi, lo que afirma el postulado es que una matriz densidad representativa de un estado puro se transforma, como consecuencia del colapso, en una matriz mezcla. Esto no es difícil de entender. Si se tiene un estado puro representado en cierta base, $|\varphi > = \sum_{n }{a}_{n }|{\psi}_{n }>$, y realizas una medida del observable asociado a esa base tienes, según el postulado del colapso,:

$|\varphi><\varphi|={\rho}_{0 }\xrightarrow{medida}{\rho}_{ medida}=\sum_{n }|{a}_{n }| |{\psi}_{ n}><{\psi}_{n }|$

Si partes de que el sistema+entorno es ya una matriz mezcla ... ¿no estas partiendo de lo que pretendes demostrar?. La matriz mezcla existe porque existe el postulado de la medida ... ¿Cómo justificas su existencia cuando no puedes recurrir al postulado?

[carroza]

Re: Física y realidad

Si partes de que el sistema+entorno es ya una matriz mezcla ... ¿no estas partiendo de lo que pretendes demostrar?. La matriz mezcla existe porque existe el postulado de la medida ... ¿Cómo justificas su existencia cuando no puedes recurrir al postulado?

Hola.

Veo que estás bien informado del tema.

A partir de un estado puro, puedes obtener una mezcla si haces una medida (y no miras el resultado).

No obstante, a partir de un hipotético estado puro de todo el universo, también puedes tener una mezcla, si te quedas con una parte del sistema. Esta mezcla la obtienes haciendo la traza parcial.

Así que, imagínate que el universo en su conjunto pudiera describirse como un estado puro. Sin embargo, nosotros sólo podemos ver, experimentar, hacer aparatos de medida, etc con una parte del universo, que es la tierra. Para describir la parte del universo que nos es accesible, tendríamos que hacer una traza parcial con respecto a todos los estados que no nos son accesibles.
Por tanto, la tierra vendría descrito por un estado mezcla. Tú eres un estado mezcla. Yo soy un estado mezcla. Cualquier aparato de medida que pongas en el laboratorio está en un estado mezcla.

Saludos

[reti]

Re: Física y realidad

Ya estamos instalado en la irrealidad, y al mas alto nivel, de una manera semejante a como ocurre en los congresos. La física actual se mueve en dos niveles diferentes de irrealidad:

1) En la física teorica fundamental .Cuando se estudia la Teoría de Campos Cuantica o cualquier nueva formulación hipotética como la teoría de cuerdas el postulado de la medida o el colapso no existe. No aparece en ninguna de esas formulaciones, solo la mecánica cuántica lo impone de forma explicita.

2) En la física macroscópica actual. Cuando se leen los artículos de la gente que se dedica a óptica cuántica, o al estudio de la decoherencia, el postulado del colapso tampoco existe; se sustituye este por el "teorema de la decoherencia" sin darse cuenta que se esta partiendo de un hipotético estado mezcla que ni se postula ni se justifica y que además es contrario a los propios postulados de la cuántica.

Al postulado de la medida o colapso no parece ni quererlo ni necesitarlo nadie. Es un postulado incomodo aunque es lo único que conecta la teoría cuántica con la realidad. Es lo único que hace que la teoría cuántica no sea un "cuento de hadas".

A mi me gustaría poder avanzar y aceptar de entrada la necesidad del postulado de la medida o colapso como la descripcion de una evolución distinta a la que da la ecuación de Schrödinger y que conecta el mundo cuantico con la realidad pero si quereis podemos seguir discutiendo de manera indefinida si la "decoherencia" permite explicar lo que se observa sin necesidad de imponer el postulado de la medida.

Vosotros decidiis. ¿Seguimos haciendo el tonto o lo aceptamos, lo discutimos y seguimos adelante?

....
Por tanto, la tierra vendría descrito por un estado mezcla. Tú eres un estado mezcla. Yo soy un estado mezcla. Cualquier aparato de medida que pongas en el laboratorio está en un estado mezcla.
....

Si tu lo dices, yo me lo creo, mas aun si hay toda una legion de científicos de alto nivel que estan dispuestos a jurármelo por lo mas sagrado. Pero los postulados de la cuántica sin el postulado de la medida o colapso son contradictorios con la existencia de un estado mezcla original. Se necesita que el estado mezcla se renueve mediante el colapso para no entrar en contradicción con la realidad.



(http://www.iem.csic.es/c-iem/ciem-09...9_FNyEst_4.pdf)

[carroza]

Re: Física y realidad

Pero los postulados de la cuántica sin el postulado de la medida o colapso son contradictorios con la existencia de un estado mezcla original. Se necesita que el estado mezcla se renueve mediante el colapso para no entrar en contradicción con la realidad.

Bueno, esto se pone interesante. ¿Puedes dar una prueba, o un argumento, para estas últimas frases?

[reti]

Re: Física y realidad

Si que puedo, pero no voy ha hacerlo. Me disculpas, pero para darte una resppuesta rigurosa tendria que "centrar" antes de lo que estamos hablado, como que es "la decoherencia", o como que es lo del "gato vivo", "gato muerto", lo que es muy complicado.

Yo solo planteaba una pregunta en apariencia simple:

Las dos figuras representan un experimento fisico que consiste en lanzar un foton contra un atomo mas o menos pesado y analizar el efecto Compton. Para ello se utiliza ( o se intenta utilizar) un atomo de hidrogeno como "aparato de medida" y usar el "postulado de la medida" como medio. La teoria cuantica me imagino que es valida aunque en el universo solo existan esos pocos elementos de realidad:

[ATTACH=CONFIG]6867[/ATTACH][ATTACH=CONFIG]6868[/ATTACH]
" un foton, una atomo pesado y atomo de hidrogeno"


Las preguntas:


1) ¿Donde esta el observable de posicion? ... ¿y el de "momento"?.
2) ¿ Si no existen esos observables, existen algunos otros observables?
3) ¿Es el atomo de hidrogeno un aparato de medida?
4) ¿Representa el atomo de hidrogeno algun observable?

Que "chusg" respondio, sin poder identificar ningun observable, asi:

....¿Representa el átomo de hidrógeno algún observable?. Pues yo díría que en este contexto no, observables son propiedades que podemos medir de un sistema.

Me da la impresión de que lo que reclamas es una teoría cuántica que sea conceptualmente más cómoda de asumir. Más parecida a la física clásica. Ojalá se encontrara, pero mucho me temo que no existe, y que cualquier teoría alternativa que tenga el mismo poder de predicción va a ser igual de "rara" o "loca" que la teoría actual.

De igual manera que "carroza":

1) Donde está el observable de posición?: Cuando el fotón interacciona con un aparato de medica adecuado (un detector sensible a la posición), a la hora de describir el estado final no es eficiente hablar del estado del fotón y de los trillones de átomos del detector. Una forma simplificada de hacerlo es decir que el fotón acaba, con cierta probabilidad, en una serie de estados del fotón, denominados "autoestados del aparato de medida". Estos estados pueden construirse como los autoestados de un operador denominado "observable de posición".

2) Los observables si existen.

3) un átomo de hidrógeno no es un buen aparato de medida de fotones, porque no nos permite la amplificación necesaria para poder medir.

4) Un átomo de hidrógeno es un sistema cuántico, que puede describirse por un estado de una base completa adecuada, o bien, en términos más generales, por una matriz densidad. Un átomo de hidrógeno no es un observable

O "abuelito", que tampoco identifica ningun observable ni aparato de medida:

que serian los estados entrelazados del aparato de medida y el entorno despues de un cierto tiempo, de modo que el estado final quedaria:

= \alpha \left\vert{} \psi_A \right> \left\vert{} \phi_..." title="Haz doble click para mostrar el código" style="vertical-align: -3.85pt;">

Y ya hemos acabadado, la decoherencia explica que se de este ultimo resultado. Y cual es el problema ? pues tan simple como que los experimentos no dan ese resultado, porque es una superposicion de dos estados con dos autovalores, los experimentos dan como resultado este estado:
\left\vert{} \phi_A \right>_{M+E} " title="Haz doble click para mostrar el código" style="vertical-align: -3.85pt;">
o este:
\left\vert{} \phi_B \right>_{M+E} " title="Haz doble click para mostrar el código" style="vertical-align: -3.85pt;">
Pero NO la suma de los dos. La decoherencia no explica el resultado de los experimentos. Y aqui entran las intepretaciones de la mecanica cuantica para explicarlo, la de everett afirma que si se dan los dos resultados, la de bohm lo explica a base de variables ocultas no locales, y la de copenaghe ? pues con lo de siempre algun tipo de colapso se dara sin explicar que es ese colapso.

El caso es que en ese sistema nadie es capaz de identificar algo que pueda asociar a la realidad, lo que es muy extraño si pensamos que la teoria cuantica no solo es la mas existosa de la teorias, si no que ademas se supone que es una teoria cientifica.

[carroza]

Re: Física y realidad

El caso es que en ese sistema nadie es capaz de identificar algo que pueda asociar a la realidad, lo que es muy extraño si pensamos que la teoria cuantica no solo es la mas existosa de la teorias, si no que ademas se supone que es una teoria cientifica.

En tu ejemplo, el fotón gamma' , por ejemplo, corresponde totalmente a la realidad. Lo mido con un detector de SiLi, que cuesta un pastón, y me da una señal eléctrica de la que puedo inferir la energía del fotón. Es tan real como los fotones visibles que te permiten leer lo que escribo.

Pero sin duda, debes referirte a algo más profundo cuando hablas de "asociar a la realidad". ¿Cómo defines "realidad"?

Saludos

[Chusg]

Re: Física y realidad

Reti, creo que en las citas de este último post has omitido convenientemente una parte de las respuestas a esas preguntas. Al menos de las que yo daba (que admito que tampoco serán las más completas ni las más "autorizadas"). Me temo que nadie entiende tus afirmaciones sobre la "falta de realidad" de la teoría cuántica. En cualquier caso, aunque pareces considerar que el término "filosófico" es algo despectivo, tus objeciones de momento siguen pareciendo puramente filosóficas, porque al menos hasta donde yo llego a entender, no parece que estés criticando las predicciones de la cuántica ni has llegado a proponer claramente ninguna alternativa mejor.

Si tienes una teoría o interpretación alternativa, coherente y compatible con las observaciónes empíricas, puedes exponerla. Si descubres un fenómeno donde las predicciones de la cuántica deberían funcionar y no funcionan, sería interesante discutirlo. Si no tienes ni una cosa ni la otra, entonces me parece que esto no va a ningún sitio.

[reti]

Re: Física y realidad

Quizas vuestras criticas tengan algo de razon. En el fondo lo que creo que esta sucediendo es que ninguno tiene claro de que esta hablando. Aunque se suponga que la teoria cuantica es una teoria fisca que habla de "la realidad" esta no esta definida. Voy a poner un ejemplo; supongamos que en un examen de mecanica nos ponen el siguiente dibujo y nos preguntan:




¿Donde esta la masa aqui?
¿donde esta la fuerza?
¿ que es la velocidad? .... identifiquela.
¿que es una trayectoria?
¿que es un campo gravitatorio? ¿Puede identificarlo en el dibujo?

Seguro que todos tendriamos un 10 en un examen con preguntas de estas carasteristicas.

Yo solo he preguntado, mostrando un dibujo de elementos de la realidad (que se suponen que son reales), el como los asocia la teoria cuantica a su estructura matematica; ¿ con que los identifica ?. Y biceversa, los elementos de la teoria matematica en la que se basa la cuantica, ¿con que elementos de la realidad los asocia?. Las preguntas no eran mas dificiles que las que aparecen en ese examen de mecanica en que todos sacariamos un 10.




" un foton, una atomo pesado y atomo de hidrogeno"


Las preguntas:


1) ¿Donde esta el observable de posicion? ... ¿y el de "momento"?.
2) ¿ Si no existen esos observables, existen algunos otros observables?
3) ¿Es el atomo de hidrogeno un aparato de medida?
4) ¿Representa el atomo de hidrogeno algun observable?

Yo no me atrevo, ni me voy a atrever nunca, a corregiros las preguntas pero si que pienso que vuestras respuestas invitan a la reflexion:

¿de que realidad habla exactamente la teoria cuantica?

porque, o no habeis identificado ningun "observable" o habeis negado su existencia en el dibujo (aunque no en la realidad, claro). Un observable es, segun la teoria, un operador autoadjunto y los operadores autoadjuntos asociados a la posicion o al momento salen como unas "20 veces" en cada pagina de cualquier libro que hable de cuantica. Sin embargo en el dibujo, o no estan o no los identificais.

Ese atomo de hidrogeno tiene que ser necesariamente un aparato de medida, y representa tanto a un "observable de posicion", como a un "observable de momento", como a un "observable de energia", como tambien a "un observable de espin", porque toda la cuantica tiene que poderse meter en ese dibujito, porque si no ... la cuantica no es una teoria fisica.

(Disculpa "Chusg", si he recortado mal tu respuesta, ha sido por las prisas.)

(creo que ha llegado el siempre triste momento de dejar la conversacion. Me disculpais, pero a mi siempre me ha gustado la fisica porque habla de cosas que puedes identificar con la realidad y va a ser imposible hacer esto en el actual estado de desarrollo de la teoria cuantica. De verdad, no quiero terminar hablando de "postulados de purificacion" o de "gatos vivos" o " de "gatos muertos". Tampoco quiero terminar hablando de "decoherencia" o de "mundos paralelos". Si hay que hablar de esos temas, prefiero que salgamos del contexto de la fisica y que hablemos de "campanilla" y de "peter pan".)

!Gracias por la paciencia que habeis tenido conmigo, "abuelito", "carroza" y "chusg". (por extricto orden alfabetico)

[arivasm]

Re: Física y realidad

¿de que realidad habla exactamente la teoria cuantica?

Estos días estoy leyendo "El camino hacia la realidad", de Penrose. En él, en uno de sus primeros capítulos, hace una interesante reflexión acerca de la "realidad" de los números que trataré de resumir aquí, y que la frase de reti me ha traído a la memoria.

Los números naturales son claramente asociables con la realidad, pues basta con contar objetos.

Los enteros fueron cantidades abstractas (pues la ausencia de un objeto no es un objeto real) hasta hace no demasiado tiempo: el descubrimiento de la existencia de una carga elemental que cuantiza a todas las demás y el hecho de que existan objetos con una carga que es un múltiplo entero negativo de dicho valor.

Los racionales también son inmediatamente asociables con objetos físicos reales: basta con tomar porciones de conjuntos de objetos (o magnitudes, como la carga) describibles mediante números enteros.

Pero... ¿y los números reales? A pesar del nombre, ¿qué garantía hay de que verdaderamente describan la realidad? ¿Acaso existe en la realidad algo de lo que se pueda decir "es una circunferencia perfecta" y así poder justificar la existencia de $\pi$ como algo real? Es más, ¿qué garantía tenemos de que absolutamente todo no esté cuantizado de tal manera que los números reales no dejarían de ser objetos abstractos, ciertamente cómodos e útiles, pero sin un auténtico soporte de realidad?

¿No es la Física una ciencia que modela la realidad y cuya regla de juego es "el modelo es válido en tanto que describe adecuadamente lo que se observa experimentalmente"?. Como ya comenté por algún otro lugar, a veces las críticas a la Mecánica cuántica, como algunas que se pueden leer por aquí, simplemente pierden de vista ese hecho fundamental.

[abuelillo]

Re: Física y realidad

¿No es la Física una ciencia que modela la realidad y cuya regla de juego es "el modelo es válido en tanto que describe adecuadamente lo que se observa experimentalmente"?. Como ya comenté por algún otro lugar, a veces las críticas a la Mecánica cuántica, como algunas que se pueden leer por aquí, simplemente pierden de vista ese hecho fundamental.

Yo tengo la esperanza de que algun dia alguien descubra el mecanismo que genera las probabilidades del universo. Que alguien nos diga porque un determinado electron aparece con spin-arriba y no spin-abajo. Y que la respuesta sea algo mas que un axioma/postulado de una teoria. Quizas hay algun mecanismo todavia desconocido detras del universo, o quizas tiene que ser asi por otras cuestiones, quizas demostrables matematicamente.

Tengo la esperanza de que alguien elimine todos los montones de parametros libres del modelo estandar. A lo mejor la teoria nueva resultante, no es mas predictiva que el modelo actual, pero acaso no es legitimo y no entra dentro de la fisica buscar una teoria "mejor" aunque esa teoria no de ninguna prediccion extra observable del universo ?

Acaso tienen que conformarse los fisicos con poco mas que describir el universo, como un botanico que cataloga todas las especies de plantas y ya esta, una vez todo catalogado se acabo el trabajo ? No es fisica intentar ir mas alla que una simple clasificacion de los fenomenos del universo ?

Las inecuaciones de Bell, surgieron como una forma de demostrar que la interpretacion de Bohm podia ser valida, y de intentar refutar la demostracion matematica de Von Newman, que afirmaba que solo la interpretacion de Coopenague podia ser valida en la mecanica cuantica.
Finalmente dio con un resultado que podia comprobarse en un laboratorio, pero no hay nada garantizado, su trabajo podria haber acabado en nada comprobable experimentalmente.
Deberia Bell haberse dedicado a cosas mas "practicas" para evitar posiblemente dañar su carrera, por trabajar sobre cosas que eran metafisica ? (bueno en la practica si se dedicaba a cosas mas practicas, ya que era fisico experimental, demos gracias que decidio hacer algo de fisica teorica en su tiempo libre).

No se, para mi el trabajo de los fisicos implica tambien convertir la metafisica en fisica siempre que sea posible, lo que hoy es metafisica dentro de 50 años a lo mejor es fisica, intentar responder a los porques del universo te lleva al limite de la fisica por mucho que no quieras.

Tambien deberia implicar cuestionarse continuamente lo que ya se conoce e intentar mejorarlo o explorar otras otras vias, sino como se va a avanzar ?

Yo tengo la esperanza de que los fisicos respondais a los porques del mundo o por lo menos se intente. Si la fisica no intenta responder a estas cuestiones, luego quien lo va a hacer ?