Duda sobre el estado de la función de onda

[javisot20]

Voy a intentarlo a riesgo que añada más confusión aún. El colapso de la función de onda se produce cuando un sistema cuántico interactua con otro, o con el entorno clásico. En este punto el universo tira un dado y asocia un valor a los observables físicos (posición, spin, energía...) con una cierta probabilidad, teniendo en cuenta relaciones de incertidumbre y todo eso. La cuestión es que simplificando el asunto el colapso de la función de onda no deja de ser una estadística de los posibles valores de estos observables. Si hacemos mucha estadística, es decir, cogemos el sistema cuántico, lo hacemos colapsar y apuntamos el resultado en un papel, obtendremos que, al hacer muchas mediciones, en media, el sistema cuántico sigue leyes clásicas. Pero este comportamiento clásico surge de tomar en cuenta muchas interacciones y mucha estadística. Si solo lo hacemos una vez, el comprotamiento del sistema será completamente cuántico. Si lo hacemos un número suficientemente alto de veces, el sistema será aproximadamente clásico.
De esta manera cuando tenemos objetos macroscópicos puedes pensar que, efectivamente, las funciones de onda de la gran mayoría de las partículas que nos forman están colapsadas. Como consecuencia, nosotros mismos y los objetos que hay a nuestro alrededor siguen comportamientos clásicos. Eso no quita que hayan procesos biológicos como la fotosíntesis que aprovechan efectos cuánticos para funcionar. Pero la función de onda de una planta, si es que tiene sentido hablar de ella, está colapsadísima.

Bueno, este es mi intento en palabras llanas. Hay mil sutilezas de por medio pero creo que los mensajes que habeis escrito arribaya quedan cubiertas. ¡Espero haber ayudado!

Me parece una respuesta muy satisfactoria a la pregunta de pola, en el colapso de la función de onda se termina por adquirir un estado que no es el de superposición, la materia no se encuentra en superposición, por tanto, las funciones de onda de la gran mayoría de las partículas de dicha materia deben estar colapsadas.

Pero no pienses pola que dejar de mostrar fenómenos cuánticos depende únicamente de la cantidad de funciones de onda colapsadas versus no colapsadas que componen el sistema, es un número nada más, un sistema no deja de mostrar fenómenos cuánticos por disponer 50% de las funciones de onda colapsadas y el otro 50% no colapsadas, o cualquier otro porcentaje,
puedes mantener siempre la misma cantidad de colapsadas-no colapsadas pero cambiar las reglas de las interacciones y las propiedades de las partículas cambiando la capacidad del sistema para mostrar fenómenos cuánticos, es más complejo de lo que parece.

(Insisto, en términos generales la respuesta de weip es muy satisfatoria, la tomaré yó mismo)

[Pola]

Muchas gracias, Weip. Eso último que has escrito puedo entenderlo. Te lo agradezco mucho. Ya imagino que es una super simplificación de la realidad. Pero para un profano, es la respuesta que nos ayuda a entenderla un poco mejor. Gracias también a Javisot.

[Benteke]

Voy a intentarlo a riesgo que añada más confusión aún. El colapso de la función de onda se produce cuando un sistema cuántico interactua con otro, o con el entorno clásico. En este punto el universo tira un dado y asocia un valor a los observables físicos (posición, spin, energía...) con una cierta probabilidad, teniendo en cuenta relaciones de incertidumbre y todo eso. La cuestión es que simplificando el asunto el colapso de la función de onda no deja de ser una estadística de los posibles valores de estos observables. Si hacemos mucha estadística, es decir, cogemos el sistema cuántico, lo hacemos colapsar y apuntamos el resultado en un papel, obtendremos que, al hacer muchas mediciones, en media, el sistema cuántico sigue leyes clásicas. Pero este comportamiento clásico surge de tomar en cuenta muchas interacciones y mucha estadística. Si solo lo hacemos una vez, el comprotamiento del sistema será completamente cuántico. Si lo hacemos un número suficientemente alto de veces, el sistema será aproximadamente clásico.
De esta manera cuando tenemos objetos macroscópicos puedes pensar que, efectivamente, las funciones de onda de la gran mayoría de las partículas que nos forman están colapsadas. Como consecuencia, nosotros mismos y los objetos que hay a nuestro alrededor siguen comportamientos clásicos. Eso no quita que hayan procesos biológicos como la fotosíntesis que aprovechan efectos cuánticos para funcionar. Pero la función de onda de una planta, si es que tiene sentido hablar de ella, está colapsadísima.

Bueno, este es mi intento en palabras llanas. Hay mil sutilezas de por medio pero creo que los mensajes que habeis escrito arribaya quedan cubiertas. ¡Espero haber ayudado!

Hola Weip,

su respuesta me parece más que adecuada pero me surge una duda.

En el modelo de gases cuánticos ideales se puede deducir que el número de ocupación bosónico y fermiónico tiende a límites clásicos (sistemas macroscópicos) surgiendo así la estadística de Boltzmann. De este límite se pueden deducir la entropía, el número de partículas, la energía, etc. Todas estas magnitudes acordes a la interpretación clásica.
Ahora bien, si todo esto se interpreta en límites, ¿existiría la posibilidad de observar efectos cuánticos a escala macroscópica? Entiendo que esta probabilidad es tan ínfima que es casi imposible que ocurra, pero existiría la posibilidad, ¿o me equivoco en algún punto?

Un saludo.

[carroza]

Hola.

Debo aclarar algunas cosas de este hilo.

El tema clave que aqui se discute no es el comportamiento "clasico" frente al "cuántico", sino las sutiles correlaciones cuánticas, que aparecen en lo que se llama un estado "enredado" (entangled) frente a las correlaciones propias de la existencia de algun desconocimiento de variables del sistema (las variables ocultas). Voy a evitar el uso del término "colapso" de la función de onda, que es algo que no es util en esta discusión.

Si tenemos dos particulas, por ejemplo dos fotones, que se producen juntas, en un estado correlacionado, entonces, si estas partículas no interaccionan con el entorno, las partículas siempre estarán correlacionadas, por mucho que se separen distancias grandisimas, de forma que lo que se mide en una afecta a lo que se mide en la otra. Esto es algo que no es clásico. Esto courre cuando ambas partículas están descritas por un estado puro, que viene dado por una cierta matriz densidad, con propiedades especificas que no vienen al caso ($Tr(\rho^2) = 1$)

Cuando las partículas interaccionan con el entorno, aunque sea de forma muy sutil (por ejemplo, interaccionando con la radiación de fondo omnipreseente en el universo), las particulas ya no vienen determinadas por un estado puro, y su matriz densidad gradualmente se convierte en una matris de una mezcla estadística ($Tr(\rho^2) <1$), en la que las especiales correlaciones cuánticas se van reduciendo. Esta es la evolucion que describen las ecuaciones que pone The Higgs Particle.
En el caso que hablamos, las dos particulas seguirán descritas por sus propiedades cuánticas, de forma que las proyecciones del espín aparecen cuantizadas. No se convierten en partículas clásicas. Pero las sutiles correlaciones que tenian inicialmente se van perdiendo.

Un saludo