En física , el efecto del observador es la perturbación de un sistema observado por el acto de observación. [1] [2] Esto es a menudo el resultado de instrumentos que, por necesidad, alteran el estado de lo que miden de alguna manera. Un ejemplo común es verificar la presión en un neumático de automóvil; esto es difícil de hacer sin dejar salir algo de aire, cambiando así la presión. Del mismo modo, no es posible ver ningún objeto sin que la luz golpee el objeto y haga que refleje esa luz. Si bien los efectos de la observación suelen ser insignificantes, el objeto aún experimenta un cambio. Este efecto se puede encontrar en muchos dominios de la física, pero por lo general se puede reducir a la insignificancia mediante el uso de diferentes instrumentos o técnicas de observación.
Una versión especialmente inusual del efecto del observador ocurre en la mecánica cuántica , como lo demuestra mejor el experimento de la doble rendija . Los físicos han descubierto que incluso la observación pasiva de los fenómenos cuánticos (cambiando el aparato de prueba y "descartando" pasivamente todas las posibilidades menos una) puede cambiar realmente el resultado medido. A pesar de que el "observador" en este experimento es un detector electrónico, posiblemente debido a la suposición de que la palabra "observador" implica a una persona, sus resultados han llevado a la creencia popular de que una mente consciente puede afectar directamente la realidad. [3] La necesidad de que el "observador" sea consciente no está respaldada por la investigación científica y se ha señalado como un concepto erróneo enraizado en una comprensión deficiente de la función de onda cuántica ψ y el proceso de medición cuántica, [4] [5 ] [6] siendo aparentemente la generación de información en su nivel más básico la que produce el efecto.
Partículas fisicas
Un electrón se detecta al interactuar con un fotón ; esta interacción alterará inevitablemente la velocidad y el momento de ese electrón. Es posible que otros medios de medición menos directos afecten al electrón. También es necesario distinguir claramente entre el valor medido de una cantidad y el valor resultante del proceso de medición. En particular, una medición del impulso no es repetible en cortos intervalos de tiempo. Una fórmula (unidimensional para simplificar) que relaciona las cantidades involucradas, debido a Niels Bohr (1928) está dada por
dónde
- Δ p x es la incertidumbre en el valor medido de la cantidad de movimiento,
- Δ t es la duración de la medición,
- v x es la velocidad de la partícula antes de la medición,
- v '
x es la velocidad de la partícula después de la medición, - ħ es la constante de Planck reducida .
El momento medido del electrón se relaciona con v x , mientras que su momento después de la medición está relacionado con v ′ x . Este es el mejor de los casos. [7]
Electrónica
En electrónica , los amperímetros y voltímetros suelen estar cableados en serie o en paralelo al circuito, por lo que por su sola presencia afectan la corriente o el voltaje que están midiendo al presentar una carga adicional real o compleja al circuito, cambiando así la transferencia. función y comportamiento del circuito en sí. Incluso un dispositivo más pasivo, como una pinza amperimétrica , que mide la corriente del cable sin entrar en contacto físico con el cable, afecta la corriente a través del circuito que se mide porque la inductancia es mutua .
Termodinámica
En termodinámica , un termómetro de mercurio en vidrio estándar debe absorber o ceder algo de energía térmica para registrar una temperatura y, por lo tanto, cambia la temperatura del cuerpo que está midiendo.
Mecánica cuántica
La base teórica del concepto de medición en la mecánica cuántica es un tema polémico profundamente conectado con las muchas interpretaciones de la mecánica cuántica . Un punto de enfoque clave es el colapso de la función de onda , para el cual varias interpretaciones populares afirman que la medición causa un cambio discontinuo en un estado propio del operador asociado con la cantidad que se midió, un cambio que no es reversible en el tiempo.
Más explícitamente, el principio de superposición ( ψ = Σ n a n ψ n ) de la física cuántica dicta que para una función de onda ψ , una medición dará como resultado un estado del sistema cuántico de uno de los m valores propios posibles f n , n = 1, 2, ..., m , del operador que en el espacio de las funciones propias ψ n , n = 1, 2, ..., m .
Una vez que se ha medido el sistema, se conoce su estado actual; y esto impide que sea en uno de sus otros estados - al parecer ha decohered de ellos sin perspectivas de futuro sólido de interferencia cuántica. [8] [9] [10] Esto significa que el tipo de medición que se realiza en el sistema afecta el estado final del sistema.
Una situación estudiada experimentalmente relacionada con esto es el efecto Zeno cuántico , en el que un estado cuántico decaería si se dejara solo, pero no decae debido a su observación continua. La dinámica de un sistema cuántico bajo observación continua se describe mediante una ecuación maestra estocástica cuántica conocida como ecuación de Belavkin . [11] [12] [13] Otros estudios han demostrado que incluso la observación de los resultados después de que se produce el fotón conduce a colapsar la función de onda y cargar un historial, como lo muestra el borrador cuántico de elección retardada . [14]
Cuando se habla de la función de onda ψ que describe el estado de un sistema en mecánica cuántica, se debe tener cuidado con un concepto erróneo común que asume que la función de onda ψ equivale a lo mismo que el objeto físico que describe. Este concepto defectuoso debe requerir la existencia de un mecanismo externo, como un instrumento de medición, que se encuentre fuera de los principios que rigen la evolución temporal de la función de onda ψ , para dar cuenta del llamado "colapso de la función de onda" después de se ha realizado una medición. Pero la función de onda ψ no es un objeto físico como, por ejemplo, un átomo, que tiene una masa, carga y espín observables, así como grados internos de libertad. En cambio, ψ es una función matemática abstracta que contiene toda la información estadística que un observador puede obtener de las mediciones de un sistema dado. En este caso, no hay ningún misterio real en que esta forma matemática de la función de onda ψ debe cambiar abruptamente después de que se haya realizado una medición.
Una consecuencia del teorema de Bell es que la medición de una de dos partículas entrelazadas puede parecer tener un efecto no local en la otra partícula. También surgen problemas adicionales relacionados con la decoherencia cuando el observador se modela como un sistema cuántico.
El principio de incertidumbre se ha confundido con frecuencia con el efecto del observador, evidentemente incluso por su creador, Werner Heisenberg . [15] El principio de incertidumbre en su forma estándar describe la precisión con la que podemos medir la posición y el momento de una partícula al mismo tiempo: si aumentamos la precisión al medir una cantidad, nos vemos obligados a perder precisión al medir la otra. [16] Una versión alternativa del principio de incertidumbre, [17] más en el espíritu de un efecto de observador, [18] explica completamente la perturbación que el observador tiene en un sistema y el error incurrido, aunque no es así como el término " principio de incertidumbre "es el más utilizado en la práctica.
Referencias
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- ^ http://faculty.uncfsu.edu/edent/Observation.pdf
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- ^ "Por supuesto, la introducción del observador no debe malinterpretarse en el sentido de que implica que algún tipo de características subjetivas deben incluirse en la descripción de la naturaleza. El observador tiene, más bien, sólo la función de registrar decisiones, es decir, procesos en el espacio y tiempo, y no importa si el observador es un aparato o un ser humano ; pero el registro, es decir, la transición de lo "posible" a lo "actual", es absolutamente necesario aquí y no puede omitirse de la interpretación de la cuántica. teoría." - Werner Heisenberg , Física y Filosofía , p. 137
- ^ "¿Estuvo esperando la función de onda para saltar durante miles de millones de años hasta que apareció una criatura viviente unicelular? ¿O tuvo que esperar un poco más por algún medidor altamente calificado, con un doctorado? - John Stewart Bell , 1981, Mecánica cuántica para cosmólogos . En CJ Isham, R. Penrose y DW Sciama (eds.), Quantum Gravity 2: A second Oxford Symposium . Oxford: Clarendon Press, pág. 611.
- ^ De acuerdo con la mecánica cuántica estándar, es una cuestión de total indiferencia si los experimentadores se quedan para ver su experimento, o en cambio, abandonan la habitación y delegan la observación en un aparato inanimado que amplifica los eventos microscópicos a medidas macroscópicas y los registra por un tiempo. -proceso irreversible ( Bell, John (2004). Hablable e inefable en mecánica cuántica: artículos recopilados sobre filosofía cuántica . Prensa de la Universidad de Cambridge. pag. 170. ISBN 9780521523387.). El estado medido no interfiere con los estados excluidos por la medición. Como dijo Richard Feynman : "La naturaleza no sabe lo que estás mirando y se comporta de la forma en que se va a comportar, ya sea que te tomes la molestia de anotar los datos o no". ( Feynman, Richard (2015). Las conferencias de física de Feynman, vol. III . Capítulo 3.2: Libros básicos. ISBN 9780465040834.Mantenimiento de CS1: ubicación ( enlace )).
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|volume=
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