Efecto observador

En física , el efecto del observador es la teoría de que el simple hecho de observar un fenómeno inevitablemente lo cambia. A menudo, esto es consecuencia de la imperfección de los instrumentos utilizados, que, según su principio de funcionamiento, cambian el estado del valor medido. Un ejemplo es comprobar la presión de los neumáticos de los coches; esto es difícil de hacer sin liberar algo de aire cuando se conecta a un manómetro ; además, el propio dispositivo tiene algo de volumen. Es imposible ver un objeto sin irradiarlo con luz u otras partículas (electrones en un microscopio electrónico), que afectan el estado del objeto, y la absorción de cuantos para medir la iluminación lo reduce. Incluso si el efecto del observador es pequeño, el objeto aún cambia de estado. Este efecto se observa en muchas áreas de la física, pero generalmente se puede reducir eligiendo herramientas eficientes y/o utilizando mejores métodos de observación.

Lo más inusual para nosotros es la manifestación del efecto del observador en la mecánica cuántica , que se observa, por ejemplo, en el experimento de la doble rendija . Incluso la observación pasiva de los efectos cuánticos (con el objetivo de aparentemente "descartar" todas las posibilidades excepto una) puede cambiar el resultado de la medición. La razón radica en la naturaleza dual de las partículas elementales : la probabilidad de detectar una partícula en algún punto está sujeta a la función de onda cuántica ψ , que experimenta interferencia cuando se abre el segundo espacio para los electrones . .

Carl Sagan llamó el "efecto del observador" a una reducción significativa o desaparición completa de los efectos y habilidades parapsicológicas de los psíquicos en presencia de un observador escéptico [1] .

El concepto de observador

El término observador tiene varios significados no equivalentes en las ciencias físicas . Un observador puede significar tanto una persona real o imaginaria como un dispositivo de medición . Por tanto, el efecto observador no implica un error humano, sino la inexactitud e imposibilidad de medir una cantidad física [2] . El concepto de observador se utiliza en enunciados pragmáticos, es decir, en aquellos enunciados teóricos que se refieren a un sujeto cognoscente, y no se utiliza en enunciados sobre objetos físicos [3] .

Varios especialistas, como J. St. Bell , K. Popper , M. Bunge , son críticos con los intentos de formular leyes físicas utilizando el término observador, especialmente en física cuántica, ya que pueden conducir a errores [4][ página no especificada 845 días ] [5][ página no especificada 845 días ] [6]

Electrónica

En electrónica, los instrumentos de medición (por ejemplo: amperímetro , voltímetro ), se conectan en serie o en paralelo al circuito eléctrico en estudio, y debido a la resistencia distinta de cero del amperímetro y la resistencia final del voltímetro, su inclusión cambia el corriente que fluye a través del circuito (o el voltaje medido). Los dispositivos también tienen capacitancia e inductancia distintas de cero , lo que afecta a los circuitos de corriente alterna.

Incluso una herramienta como una pinza amperimétrica afecta la corriente en el circuito, ya que este dispositivo es un transformador de corriente y consume energía.

Termodinámica

En termodinámica, un termómetro de mercurio estándar debe absorber o emitir algo de energía térmica para registrar la temperatura y, por lo tanto, cambiar la temperatura del cuerpo que mide. Cualquier termómetro tiene una masa y una capacidad calorífica del sensor distintas de cero.

Física de partículas

Se puede observar un electrón u otra partícula iluminándolo con fotones , pero la interacción con los fotones cambiará inevitablemente la velocidad de la partícula. Otros medios de medición, menos directos, seguirán afectando al electrón, y cuanto más precisamente conozcamos su posición, más cambiará su velocidad como resultado. Por lo tanto, la posición de una partícula solo se puede determinar con una precisión de hasta la longitud de onda de los fotones utilizados, por lo tanto, para obtener un resultado más preciso, se necesitan cuantos de longitud de onda más corta (es decir, más energéticos), que cambiar el impulso de las partículas que irradian con más fuerza. Es imposible establecer un experimento de este tipo en el que sea posible determinar con precisión un par de cantidades canónicamente conjugadas , por ejemplo, las coordenadas y el momento de una partícula (este postulado se denomina principio de incertidumbre ):

,

donde  es la desviación estándar de la coordenada,  es la desviación estándar del momento y ħ  es la constante de Planck reducida .

Relaciones similares se dan cuando se miden otras cantidades complementarias [7] . Pero al configurar correctamente el experimento, es posible lograr la precisión necesaria al medir uno de los parámetros (por ejemplo, las coordenadas, al registrar el impacto de una partícula en una placa fotográfica), cambiando la relación en la dirección correcta. Niels Bohr llamó a la imposibilidad de medir simultáneamente dos parámetros relacionados del estado de una partícula el principio de complementariedad [8] .

Mecánica cuántica

En mecánica cuántica , "observación" es sinónimo de medida , "observador" de aparato de medida , y lo observado  de aquello que se puede medir.

Uno de los conceptos básicos de la mecánica cuántica es la interpretación de la función de onda ψ como una onda de probabilidad , y no como una onda real, como sugería de Broglie , formulada allá por 1924 en el trabajo conjunto de Bohr , Kramers y Slater . Antes de la medición, un sistema cuántico se encuentra en una superposición de estados admisibles. Se cree que después de la medición, que determina algunos de los parámetros del sistema, la función de onda cambia abruptamente , tomando la forma correspondiente a los valores medidos de los parámetros [7] . Un ejemplo es el gato de Schrödinger .

La observación es imposible sin la interacción del objeto observado con el entorno: para que el observador determine los parámetros del objeto, debe recibir información de dicha interacción. En este caso, el objeto cuántico inevitablemente cambia de estado. Para las partículas elementales, esto es obvio, ya que podemos observar tales partículas solo por su interacción (ya sea con fotones o con la sustancia a través de la cual vuela la partícula) [9] . En experimentos con moléculas grandes, que pueden observarse por su radiación térmica, se determinó que el "efecto del observador" se manifiesta incluso en ausencia de la influencia directa del observador sobre el objeto cuántico, pero con cualquier interacción (intercambio de energía) entre el sistema cuántico y el espacio circundante. Los experimentadores capturaron el calor ( fotones infrarrojos ) radiados por las moléculas de fullereno C70 calentadas , y cuanto mayor era la temperatura de las moléculas, más clásicamente se comportaban las moléculas calentadas. En estos experimentos se demostró que la magnitud de los efectos cuánticos es inversa a la intensidad de la interacción de un objeto cuántico con su entorno, en este caso no importa la presencia de un observador [10] [9] .

Así, el efecto del observador cambia el estado de un sistema cuántico, reflejado en su principal descripción, la función de onda. Estudios más recientes han demostrado que tal influencia del observador se extiende no solo a la partícula bajo estudio, sino también a la que interactúa con ella, dando lugar al concepto de " estados entrelazados ". La función de onda de una partícula ligada también experimenta un salto en su estado después de una observación, que se usa en criptografía cuántica . Dado que escuchar a escondidas un enlace de datos es una observación, este efecto se puede rastrear [11] .

Teoría de la relatividad

El concepto de "observador" en la relatividad especial se refiere con mayor frecuencia a un marco de referencia inercial . En tales casos, el marco de referencia inercial puede denominarse "observador inercial" para evitar ambigüedades. Este uso del término "observador" difiere significativamente de su significado ordinario. Los sistemas de referencia son construcciones inherentemente no locales que cubren todo el espacio-tiempo o alguna parte no trivial del mismo ; por tanto, no tiene sentido hablar del observador (en el sentido relativista especial) como algo que tiene un lugar definido. Además, un observador inercial no puede acelerar en un momento posterior, al igual que un observador que acelera no puede dejar de acelerar.

En relatividad general , el término "observador" se refiere con mayor frecuencia a una persona o máquina que realiza mediciones locales pasivas, un uso de la palabra mucho más cercano a su significado ordinario.

Véase también

Notas

  1. ↑ Carl Sagan. Un mundo lleno de demonios. - Moscú: no ficción Alpina, 2014. - S. 295. - 537 p. - ISBN 978-5-91671-281-0 .
  2. ↑ Bunge M. Filosofía de la Física. - Editorial D. Reidel, 1973. - Pág. 30.
  3. ↑ Bunge M. Filosofía de la Física. - Editorial D. Reidel, 1973. - Pág. 49.
  4. ↑ JS Bell, Speakable and Unspeakable in Quantum Mechanics, Cambridge University Press, 2004.
  5. ↑ KR Popper, Teoría cuántica y el cisma en física, Routledge, 1989.
  6. ↑ Bunge M. Filosofía de la Física. - Editorial D. Reidel, 1973. - Págs. 33-37.
  7. ↑ 1 2 Heisenberg, 1989 , Física y Filosofía, p. 7, 15-16.
  8. ↑ Heisenberg, 1989 , Física y Filosofía, p. 21-22.
  9. ↑ 1 2 Polovnikov K. El papel del observador en la mecánica cuántica en YouTube // Kirill Polovnikov. — Sala de fumadores Gutenberg. - 2018. - 6 de mayo.
  10. ↑ Hackermüller, L. Decoherencia de ondas de materia por emisión térmica de radiación: [ ing. ]  / L. Hackermüller, K. Hornberger, B Brezger // Naturaleza: revista. - 2004. - vol. 427.—Pág. 711–714. — arXiv : quant-ph/0402146 . -doi : 10.1038/ naturaleza02276 .
  11. ↑ Criptografía cuántica . www.nti2035.ru _ Recuperado: 27 de febrero de 2022.

Literatura