Efecto del observador (física)

En física , el efecto del observador es la perturbación de un sistema observado por el acto de observación. ^[1]^[2] Esto suele ser el resultado de utilizar instrumentos que, por necesidad, alteran el estado de lo que miden de alguna manera. Un ejemplo común es comprobar la presión de un neumático de automóvil, lo que hace que escape parte del aire, cambiando así la cantidad de presión que se observa. De manera similar, ver objetos no luminosos requiere que la luz incida sobre el objeto para hacer que refleje esa luz. Si bien los efectos de la observación suelen ser insignificantes, el objeto aún experimenta un cambio (lo que lleva al experimento mental del gato de Schrödinger ). Este efecto se puede encontrar en muchos dominios de la física, pero generalmente se puede reducir a la insignificancia mediante el uso de diferentes instrumentos o técnicas de observación.

Un ejemplo notable del efecto del observador se da en la mecánica cuántica , como lo demuestra el experimento de la doble rendija . Los físicos han descubierto que la observación de fenómenos cuánticos mediante un detector o un instrumento puede cambiar los resultados medidos de este experimento. A pesar de que el "efecto del observador" en el experimento de la doble rendija está causado por la presencia de un detector electrónico, algunos han interpretado los resultados del experimento como si sugirieran que una mente consciente puede afectar directamente a la realidad. ^[3] Sin embargo, la necesidad de que el "observador" sea consciente no está respaldada por la investigación científica, y se ha señalado como un concepto erróneo arraigado en una comprensión deficiente de la función de onda cuántica $ψ$ y el proceso de medición cuántica. ^[4]^[5]^[6]

Física de partículas

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 momento no es repetible en intervalos cortos de tiempo. Una fórmula (unidimensional para simplificar) que relaciona las cantidades involucradas, debida a Niels Bohr (1928) es dada por donde $|v'_{x}-v_{x}|\Delta p_{x}\approx \hbar /\Delta t,$

$Δ p x$ es la incertidumbre en el valor medido del momento,
$Δ t$ 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 entonces con $v x$ , mientras que su momento después de la medición se relaciona con $v' x$ . Este es el mejor escenario posible. ^[7]

Electrónica

En electrónica , los amperímetros y voltímetros suelen estar conectados en serie o en paralelo al circuito, por lo que su sola presencia afecta la corriente o el voltaje que están midiendo al presentar una carga real o compleja adicional al circuito, modificando así la función de transferencia y el 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 está midiendo porque la inductancia es mutua .

Termodinámica

En termodinámica , un termómetro estándar de mercurio en vidrio 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

Algunas interpretaciones de la mecánica cuántica postulan un papel central para el observador de un fenómeno cuántico. ^[8] El observador mecánico cuántico está ligado a la cuestión del efecto del observador, donde una medición requiere necesariamente interactuar con el objeto físico que se mide, afectando sus propiedades a través de la interacción. El término "observable" ha adquirido un significado técnico, que denota un operador hermítico que representa una medición. ^[9]^{: 55}

Véase también

Observador (relatividad especial)

Referencias

^ Dirac, PAM (1967). Los principios de la mecánica cuántica (4ª ed.). Oxford University Press. pág. 3.
^ Dent, Eric B. "Los desafíos de observación, investigación y medición que plantea la teoría de la complejidad" (PDF) . En Richardson, Kurt (ed.). Managing the Complex: Philosophy, Theory and Practice . Archivado desde el original (PDF) el 19 de agosto de 2019. Consultado el 23 de abril de 2019 .
^ Squires, Euan J. (1994). "¿La reducción de la función de onda requiere observadores conscientes?". El misterio del mundo cuántico . Taylor & Francis Group. pág. 62. ISBN 9781420050509.
^ "Por supuesto, la introducción del observador no debe malinterpretarse como que implica que se deben incluir algunos rasgos subjetivos en la descripción de la naturaleza. El observador, más bien, tiene sólo la función de registrar decisiones, es decir, procesos en el espacio y el 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 "real", es absolutamente necesario aquí y no puede omitirse de la interpretación de la teoría cuántica". - Werner Heisenberg , Física y filosofía , p. 137
^ "¿La función de onda tuvo que esperar miles de millones de años para saltar hasta que apareciera una criatura viviente unicelular? ¿O tuvo que esperar un poco más hasta que apareciera algún medidor altamente calificado, con un doctorado?" - John Stewart Bell , 1981, Mecánica cuántica para cosmólogos . En CJ Isham, R. Penrose y DW Sciama (eds.), Gravedad cuántica 2: un segundo simposio de Oxford . Oxford: Clarendon Press, pág. 611.
^ Según la mecánica cuántica estándar, es completamente indiferente que los experimentadores se queden para observar su experimento o que, en cambio, abandonen la habitación y deleguen la observación a un aparato inanimado que amplifica los eventos microscópicos a mediciones macroscópicas y las registra mediante un proceso irreversible en el tiempo ( Bell, John (2004). Speakable and Unspeakable in Quantum Mechanics: Collected Papers on Quantum Philosophy . Cambridge University Press. p. 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 como se va a comportar, ya sea que te molestes en tomar los datos o no". ( Feynman, Richard (2015). The Feynman Lectures on Physics . Vol. III. Basic Books. Ch 3.2. ISBN 9780465040834.).
^ Landau, LD ; Lifshitz, EM (1977). Mecánica cuántica: teoría no relativista. Vol. 3. Traducido por Sykes, JB; Bell, JS (3.ª ed.). Pergamon Press . §7, §44. ISBN 978-0-08-020940-1.
^ Schlosshauer, Maximilian; Kofler, Johannes; Zeilinger, Anton (1 de agosto de 2013). "Una instantánea de las actitudes fundamentales hacia la mecánica cuántica". Estudios de historia y filosofía de la ciencia, parte B. 44 ( 3): 222–230. arXiv : 1301.1069 . Código Bibliográfico :2013SHPMP..44..222S. doi :10.1016/j.shpsb.2013.04.004. S2CID : 55537196.
^ Rieffel, Eleanor G. ; Polak, Wolfgang H. (4 de marzo de 2011). Computación cuántica: una introducción sencilla . MIT Press. ISBN 978-0-262-01506-6.

[1] Dirac, PAM (1967). Los principios de la mecánica cuántica (4ª ed.). Oxford University Press. pág. 3.

[2] Dent, Eric B. "Los desafíos de observación, investigación y medición que plantea la teoría de la complejidad" (PDF) . En Richardson, Kurt (ed.). Managing the Complex: Philosophy, Theory and Practice . Archivado desde el original (PDF) el 19 de agosto de 2019. Consultado el 23 de abril de 2019 .

[3] Squires, Euan J. (1994). "¿La reducción de la función de onda requiere observadores conscientes?". El misterio del mundo cuántico . Taylor & Francis Group. pág. 62. ISBN 9781420050509.

[4] "Por supuesto, la introducción del observador no debe malinterpretarse como que implica que se deben incluir algunos rasgos subjetivos en la descripción de la naturaleza. El observador, más bien, tiene sólo la función de registrar decisiones, es decir, procesos en el espacio y el 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 "real", es absolutamente necesario aquí y no puede omitirse de la interpretación de la teoría cuántica". - Werner Heisenberg , Física y filosofía , p. 137

[5] "¿La función de onda tuvo que esperar miles de millones de años para saltar hasta que apareciera una criatura viviente unicelular? ¿O tuvo que esperar un poco más hasta que apareciera algún medidor altamente calificado, con un doctorado?" - John Stewart Bell , 1981, Mecánica cuántica para cosmólogos . En CJ Isham, R. Penrose y DW Sciama (eds.), Gravedad cuántica 2: un segundo simposio de Oxford . Oxford: Clarendon Press, pág. 611.

[6] Según la mecánica cuántica estándar, es completamente indiferente que los experimentadores se queden para observar su experimento o que, en cambio, abandonen la habitación y deleguen la observación a un aparato inanimado que amplifica los eventos microscópicos a mediciones macroscópicas y las registra mediante un proceso irreversible en el tiempo ( Bell, John (2004). Speakable and Unspeakable in Quantum Mechanics: Collected Papers on Quantum Philosophy . Cambridge University Press. p. 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 como se va a comportar, ya sea que te molestes en tomar los datos o no". ( Feynman, Richard (2015). The Feynman Lectures on Physics . Vol. III. Basic Books. Ch 3.2. ISBN 9780465040834.).

[7] Landau, LD ; Lifshitz, EM (1977). Mecánica cuántica: teoría no relativista. Vol. 3. Traducido por Sykes, JB; Bell, JS (3.ª ed.). Pergamon Press . §7, §44. ISBN 978-0-08-020940-1.

[Observer_(quantum_physics)_snapshot-8] Schlosshauer, Maximilian; Kofler, Johannes; Zeilinger, Anton (1 de agosto de 2013). "Una instantánea de las actitudes fundamentales hacia la mecánica cuántica". Estudios de historia y filosofía de la ciencia, parte B. 44 ( 3): 222–230. arXiv : 1301.1069 . Código Bibliográfico :2013SHPMP..44..222S. doi :10.1016/j.shpsb.2013.04.004. S2CID : 55537196.

[9] Rieffel, Eleanor G. ; Polak, Wolfgang H. (4 de marzo de 2011). Computación cuántica: una introducción sencilla . MIT Press. ISBN 978-0-262-01506-6.