La mecánica cuántica y la relatividad constituyen los dos principales revoluciones de la física en el siglo XX. Por otra parte, el carácter contradictorio de la mecánica cuántica cede a una rica rama de diferentes interpretaciones posibles, y todavía hay muchas preguntas abiertas. No es la solución, pero sólo la definición de estas preguntas, fue el objetivo principal de una conferencia titulada "La física cuántica y de la naturaleza de la realidad", que tuvo lugar en 2011. Los participantes de la conferencia incluyeron teóricos, experimentales y filósofos. También, durante la rueda de una encuesta sobre los fundamentos de la mecánica cuántica se realizó 1.
Las preguntas propuestas por los participantes llegaron a ser conocidos como losPreguntas Oxford 2. Las tres primeras categorías de preguntas se muestran en el Cuadro 1.
| Las Preguntas de Oxford. (1) El tiempo, la irreversibilidad, la entropía y la información (a) es la irreversibilidad fundamental para describir el mundo clásico?
(b) ¿Cómo se irreversibilidad involucrado en la medición cuántica?
(c) ¿Qué podemos aprender acerca de la física cuántica mediante el uso de la noción de información?
(2) Las relaciones cuántica clásica
(a) ¿emerger el mundo clásico de la cuántica, y si es así que se necesitan conceptos para describir esta emergencia?
(b) ¿Cómo debemos entender la transición de la observación a la acción informada?
(c) ¿Cómo puede una interpretación realista de un solo mundo de la teoría cuántica de ser compatible con la no-localidad y la relatividad especial?
(3) Los experimentos para sondear los fundamentos de la física cuántica
(a) ¿Qué experimentos pueden sondear superposiciones macroscópicas, incluyendo pruebas de desigualdades Leggett-Garg?
(b) ¿Qué experimentos son útiles para grandes sistemas complejos, incluyendo tecnológico y biológico?
(c) ¿Cómo puede el colapso progresivo de la función de onda monitorizarse de forma experimental?
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| Cuadro 1. | Crédito: GAD Briggs et al (2013) |
El tiempo, la irreversibilidad, la entropía y la información
El problema de la flecha del tiempo es un viejo, pero todavía interesante problema.
¿Cómo podemos distinguir el futuro del pasado y por qué podemos viajar sólo en una dirección son preguntas lejos de ser trivial.
Fuertemente relacionada con este problema es la segunda ley de la termodinámica, que establece que hay una amplia magnitud, la entropía, que nunca puede ser reducida en un sistema aislado.
Si durante un proceso de entropía crece este se considera un proceso irreversible, ya que el sistema no puede espontáneamente volver a su estado original.
Por otro lado la evolución de un sistema cuántico está dada por una ecuación de tiempo reversible, la ecuación de Schrödinger, por lo que la pregunta principal es donde la irreversibilidad viene.
Una opción posible es que la irreversibilidad proviene del proceso de medición. Durante las mediciones sistemas cuánticos de colapso a un cierto valor y que puede introducir cierta irreversibilidad de su evolución. Recientemente, Aharonov et al, tiene estudiar la relación de los resultados de medición y evolución en el tiempo 3.
La tercera cuestión que se refiere a un campo muy reciente de estudio, donde se utilizan los principios informativos puros para obtener resultados físicos.
Este método ya ha sido utilizado para derivar las relaciones de enmarañamiento a partir de supuestos informativos puros 4.
Estos resultados alientan la búsqueda de una derivación de la mecánica cuántica de los principios informativos puros.
Las relaciones cuántica clásica
La mecánica cuántica y la física clásica son muy diferentes teorías. Una de las principales diferencias es el hecho de que en la mecánica clásica todas las propiedades de los sistemas están bien definidos, pero en la mecánica cuántica las cosas son muy diferentes.
Como vivimos en un clásico la mecánica cuántica mundiales y se supone que es la teoría que describe los componentes de este mundo, la pregunta es clara:
¿Cómo funciona el mundo clásico emergen de la cuántica? Este problema a veces también se llama el problema de la medición.
En este sentido hay muchos intentos para modelar el cuanto a la transición clásica. Una de la más aceptada es llamado decoherencia
Por este modelo el mundo clásico proviene de la interacción del sistema cuántico con su entorno a-Classical Revisited. http://arxiv.org/pdf/quant-ph/0306072v1.pdf (2003) 5.
En cualquier caso, ya que la encuesta muestra, no hay un acuerdo completo con respecto a este punto y el cuanto a la transición clásica todavía se considera un problema importante por algunos de los expertos.
Por último, también la relación entre el colapso de la función de onda y la relatividad es un amplio campo de estudio.
A medida que el proceso de medición puede afectar a las partículas lejos de la medida, la velocidad de transmisión de este colapso debería, en principio, ser mensurables.
Los experimentos para sondear los fundamentos de la física cuántica
Como la física es una ciencia experimental, los fundamentos de la mecánica cuántica son fuertemente dependientes de experimentos recientes.
En este sentido muchos experimentos tratan de determinar el tamaño máximo del sistema, donde los efectos cuánticos están presentes.
De interferencia cuántica se ha sondeado de existir en las moléculas de hasta 430 átomos de 6, pero el límite superior es indeterminado todavía.
Otra fructífero campo de estudio para los experimentadores son los efectos cuánticos en sistemas biológicos 7.
Estos experimentos son interesantes debido a que estos sistemas están en un ambiente cálido y sucio, pero pueden preservar el carácter cuántico de un sistema de tiempo suficiente para hacer uso de ella.
Eso ha inspirado nuevas líneas de investigación con el fin de controlar y utilizar este tipo de efectos en dispositivos humanos diseñado.
El problema de la medida, en sí, también es interesante desde una perspectiva experimental. Si la medición de un sistema cuántico afecta a ella, se puede controlar este efecto?
Es la velocidad de este colapso finito o infinito?
Estos siguen siendo cuestiones abiertas en la comunidad experimental.
Referencias
- D. Manzano. El debate en curso sobre los fundamentos de la mecánica cuántica. La ignorancia de Mapeo, enero (2013) ↩
- Briggs GAD, Butterfield JN y Zeilinger A. (2013). Las Preguntas de Oxford sobre los fundamentos de la física cuántica, Proceedings of the Royal Society A: Matemáticas, Ciencias Físicas e Ingeniería, 469 (2157) 20130299-20130299. DOI:10.1098 / rspa.2013.0299 ↩
- Y. Aharonov, S. Popescu y J. Tollaksen, una formulación en tiempo simétrica de la mecánica cuántica. Physics Today 63, 11:27 (2010). ↩
- M. Pawlowski, T. Paterek, D. Kaszlikowski, V. Scarani,. Winter2,3 y Marek Zukowski, Información causalidad como un principio físico. Naturaleza 461: 1101 (2009) ↩
- WH Zurek. Decoherencia y la transición de Quantum ↩
- S. Gerlich, S. Eibenberger, M. Tomandl, S. Nimmrichter, K. Hornberger, PJ Fagan, J. Tuxen, M. Alcalde y M. Ardnt. De interferencia cuántica de grandes moléculas orgánicas. Nature Communications 2, 263 (2011) ↩
- Biología N. Lambert et al Quantum. Nature Physics 9, 10 (2013) ↩
