[escepticos] Re: [escepticos] Cambio aclaratorio de título:hablemoso de física cuántica

[ungil@...>]

Hola, hola.

Escribe Jose Blanco:
> En términos  cuánticos una propiedad no medida no existe ¿correcto?. El fotón 
> tiene spin 1 Y 2 hasta que se colapse su onda de probabilidad midiéndolo. Lo 
> entiendo porque para el electrón tener uno U otro spin o tener uno Y otro spin 
> es cuestión irrelevante. No para el gato : (hasta  entiendo que pueda estar 50 
> % muerto Y 50 % vivo y mucho más entiendo que haya 50 % de probablilidad de una 
> cosa Y 50 % de la otra. ) Pero ni como metáfora capto que pueda estar muerto Y 
> no muerto, entre otras cosas porque no debe ser irrelevante para el gato .
>  
> Probablemente no esté enfocando bien la cuestión.Gracias por ayudarme a pensar

Yo creo que lo enfocas perfectamente. Desde luego que estar vivo o
muerto no es irrelevante para el gato. Y hablar de la funcion de onda del
gato es metaforico solo en el sentido de que utilizamos el gato para
discutir sobre donde se produce el paso de un sistema microscopico (donde
se pueden observar fenomenos cuanticos) a uno macroscopico, que actua
clasicamente. En realidad tambien es posible observar fenomenos cuanticos
en sistemas macroscopicos, como es el caso de la superfluidez, o de las
estrellas de neutrones; me refiero ahora solo al problema de la medicion y
el dichoso colapso de la funcion de onda.

Si nosostros somos un observador capaz de provocar el colapso de la
funcion de onda, por que no el gato? Como dice Goyo, donde ponemos el
limite? Como de macroscopico tiene que ser el aparato de medicion?

Desde mi punto de vista es totalmente insostenible exigir consciencia o
una medida intencionada para que se destruya la superposicion.
El universo estaba en un estado indeterminado hasta que aparecio el ser
humano? Como pudo esa primera consciencia medir nada, si ni siquiera
existia mas que como una posibilidad? Por cierto que algunos cosmologos
se dedican muy seriamente a estudiar la funcion de onda del universo
primitivo, asi que no son unas preguntas *tan* estupidas....

La solucion mas satisfactoria por el momento (la unica razonable que
yo conozco, aunque eso tampoco quiere decir demasiado) es suponer que el
colapso no es algo que sucede en un momento dado, a partir de un cierta
escala de energias (o de un acto de medicion o lo que sea) que separa
claramente el mundo microscopico del macroscopico, sino que se trata de un
fenomeno universal pero que tiene mayor o menor importancia dependiendo
del sistema en cuestion. Ya dijo el sabio que la naturaleza no da saltos,
aunque la mecanica cuantica es la excepcion que confirma la regla ;-)

Este proceso de DECOHERENCIA, por el cual la superposicion se estados que
describe el sistema se destruye dando lugar a un estado "definido", es
tanto mas rapido cuanto mas acoplado este el sistema al entorno.
En el caso de una particula (el espin de un determinado nucleo atomico en
un cristal, por ejemplo) podemos despreciar razonablemente la interaccion
del espin con el resto del universo, de forma que solo cuando nosotros
medimos interacciona con el aparato de medida, de forma que antes de la
medicion lo describimos perfectamente con una superposicion.

En el caso del gato, es un sistema tremendamente complejo que interacciona
con el resto del universo. Aunque este dentro de una caja: el gato
interacciona con la caja, y la caja con el resto del universo...
Y no vale meter la caja en otra caja mas grande :-)

Esto de la decoherencia tampoco resuelve del todo el aspecto filosofico
(con que interactua el universo?) pero tiene aplicaciones mucho mas
interesantes que los gatos mediomuertos. El estudio de la decoherencia es
un campo de enorme actividad, motivada por ejemplo por su importancia para
la computacion cuantica: si pretendemos utilizar superposiciones de
estados para guardar informacion o realizar calculos tenemos que saber
cuanto aguantan esos estados antes de "corromperse".

Como muestra, en el ultimo a~o han aparecido mas de 55 articulos en el
servidor de pre-prints de Los Alamos 'quant-ph'
(http://xxx.unizar.es/find/quant-ph/1/decoherence/0/1/0/all%20years/2/0).
Buscando 'decoherence' en google se obtienen casi cinco mil resultados
(http://www.google.com/search?q=decoherence). 
Copio al final un articulillo divulgativo que aparecio en Nature, a
principios de a~o. (http://helix.nature.com/nsu/000120/000120-10.html)

Saludos decoherentes,
		Carlitos

PD: La desintegracion del atomo no carece de causa... se debe a la
inestabilidad del atomo ;-)

PPD: No recuerdo donde lei que se podia "ver" un solo foton (hace varios
a~os, vaya usted a saber donde), pero ahora he encontrado un lugar donde
se dice, como bien han se~alado ya en la lista, que hacen falta unos
cuantos (cuantos de luz): de 5 a 9.
(http://www.public.iastate.edu/~physics/sci.physics/faq/see_a_photon.html)

PPPD: Ya empezaba a echar de menos estas discusiones sobre los fundamentos
de la mecanica cuantica :-)

PPPPD: physics : How decoherence killed Schrödinger's cat

PHILIP BALL

The inventors of quantum mechanics in the early twentieth century had no
illusions about its weirdness. In 1935 the Austrian physicist Erwin
Schrödinger illustrated this by reference to a cat held at the mercy of a
device that could kill it. If the device was operated by a quantum event,
this implied that the cat could be simultaneously dead and alive. Now US
physicists have experimentally demonstrated the process by which, for
better or worse, the cat escapes this curious fate.

Quantum mechanics dictates the behaviour of matter at very small scales,
around the size of single atoms -- a world utterly at odds with our
intuition. Whereas we are used to the idea that an object can be in only
one state at a time-either on the table or on the floor -- a quantum
object can be in two (or more) states at once. It is then said to exist in
a 'superposition of states'.

 
Only eight left: a cat helps to explain the decoherence of quantum
superpositions. 
To show how quantum superpositions contradict common sense, Schrödinger
posited his cat-threatening device, in which the outcome of an
atomic-scale quantum event would trigger, say, a gun to fire. If, said
Schrödinger, the quantum system was in a superposition of the states that
triggered and failed to trigger the gun, then the gun would simultaneously
fire and not fire. The cat would be both killed and spared.

Fortunately, there is a way out of this illogical outcome. Every real
system, whether quantum or 'classical' (such as a life-sized cat), is in
contact with an external environment -- a messy, noisy collection of atoms
whose state can never be perfectly known. This coupling between a quantum
system in a superposition and the environment in which it is embedded
leads the system to 'collapse' or decay over time into one state or
another. This process is known as decoherence.

The rate of decoherence depends on the size of the quantum
system. Physicists can now create and maintain quantum particles such as
atoms or single photons of light in superpositions for significant periods
of time, if the coupling to the environment is weak. For a system as big
as a cat, however, comprised of billions upon billions of atoms,
decoherence happens almost instantaneously, so that the cat can never be
both alive and dead for any measurable instant. It is rather like a
juggler trying to keep billions of balls in the air.

Yet physicists would dearly like to know just how that process of
decoherence takes place for many-atom systems. David Wineland and
colleagues at the National Institute of Standards and Technology in
Colorado, USA, suspected that this might be possible to follow at
intermediate scales -- for superposition states of only moderate
size. Now, they report in Nature1 that they have been able to watch
decoherence happen and see how it speeds up as the system gets larger.

They set up superpositions of quantum states in single ions (charged
atoms) of the element beryllium cooled to very low temperatures using
laser beams and held within a trap created by an electromagnetic field. In
this trap, laser light can then be used to prepare the ion in a variety of
superpositions of its possible quantum states.

Wineland and colleagues tailored the coupling between the ion and its
environment, which induces decoherence. In particular, they showed that
the amount of 'coherence' -- crudely put, the amount of superposition
still surviving -- declined over time in the manner predicted by quantum
theory. They also verified that the rate of decoherence increases as the
'size' of the superposition increases. Furthermore, by using a special
trick to control the coupling of the trapped ion to its environment, they
simulated the effect of 'shrinking' the environment to the point that they
could observe slowing and even reversals of decoherence.

This information about how quantum superpositions decay is not only of
theoretical interest. Proposals to exploit quantum physics in computers
with many times the power of today's supercomputers depend on the ability
to maintain many quantum 'switches' in coherent superpositions. These
results suggest that, at least in principle, this can be achieved by
controlling the coupling to the surroundings.


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Myatt, C.J., King, B.E., Turchette, Q.A., Sackett, C.A., Kielpinski, D.,
Itano, W.M., Monroe, C. & Wineland, D.J. Decoherence of quantum
superpositions through coupling to engineered reservoirs Nature 403, 269
(2000).