Los investigadores han confirmado uno de los más profundos experimentos mentales{i} de la física cuántica.
Escribe Cathal O’Connell quien lo explica 22 de Junio de 2015
Andrew Truscott (izquierda) y Ph.D. Estudiante romano Khakimov han llevado a cabo un experimento que parece demostrar que el comportamiento pasado de un solo átomo de helio puede ser influenciado por los acontecimientos actuales. Crédito de la imagen: – Stuart Hay, ANU
Todos tenemos momentos en los que desearíamos poder volver en el tiempo y tomar una decisión diferente. Ahora esto parece ser posible – al menos, para los átomos individuales. Los físicos de la Universidad Nacional de Australia han confirmado uno de los más profundos experimentos mentales de la física cuántica. Estos parecen demostrar que las acciones en el presentes pueden afectar eventos pasados.
Andrew Truscott y su equipo demostraron que si usted le ofrece a un átomo de helio acelerandose dos trayectorias posibles, la ruta que el toma parece estar determinada retroactivamente por el acto de medir el átomo al final de su viaje. El equipo informó sobre el extraño descubrimiento en el múmero de mayo de Nature Physics.
"Es una fantástica hazaña (tour de force) experimental", dijo Radu Ionicioiu, físico del Instituto Nacional de Física e Ingeniería Nuclear Horia Hulubei de Bucarest. “¿Pero cómo interpretarlo? Si preguntas a 10 personas, obtendrás 11 opiniones."
Hace tiempo que sabemos que las partículas cuánticas, como los fotones, tienen una personalidad dividida. A veces un fotón se comportará como una partícula, rebotando como un guijarro en una pared. Pero los fotones también pueden comportarse como ondas, ondulando a medida que pasan entre espacios estrechos. Curiosamente, el observador parece determinar las características que adopta el fotón. Probarlo por ondulación y se comportará como una ola; Busquen un comportamiento parecido a las partículas, y así es como se manifestará.
Ioniciou resume la paradoja: "La pregunta es, ¿cómo puede comportarse la misma cosa en ambos sentidos, dependiendo del tipo de pregunta que te hagas?"
A finales de los años setenta, John Wheeler, uno de los gigantes de la física del siglo XX, estaba reflexionando sobre esto cuando se dio cuenta de que el comportamiento cuántico implicaba una posibilidad aún más extraña – la influencia de un observador en el comportamiento de un fotón podía retroceder en el tiempo.
En el experimento mental de "elección retrasada" de Wheeler, un fotón se presenta con una "elección"— para actuar como una partícula o como una onda. El fotón es entonces medido un poco más tarde para averiguar qué elección fue la que hizo. En 1978 Wheeler propuso el envío de un fotón hacia una encrucijada ( dos caminos posibles, en este caso un espejo de dos vías). Wheeler se dio cuenta de que si el experimentador recombinaba las dos vías (usando un segundo espejo) en un punto más lejos a lo largo de la vía, esto determinaría retroactivamente el camino que toma el fotón en la encrucijada.
Él hipotetizó que si el experimentador no recombina los caminos, entonces el fotón debe actuar como una partícula sólida, rebotando abajo de uno de los caminos. Pero si el experimentador recombina los caminos, entonces el fotón debería actuar como una onda. Cuando una ola de agua golpea un canal bifurcado se divide en dos y las ondulaciones siguen ambos caminos a la vez. El fotón debería hacer lo mismo.
Realizar el experimento de Wheeler parecía casi imposible al principio, ya que era necesario reacondicionar el aparato mientras el fotón de lanzado velozmente estaba en vuelo medio. Una versión del experimento finalmente se logró en 2007 cuando un equipo francés construyó un camino de 48 metros de largo para su haz de luz, lo que permitió justo el tiempo suficiente para el equipo pudiera ser cambiado después de que el fotón pasara el cruce de espejos, pero antes de que el alcanzara los detectores.
Los físicos han llevado ahora el experimento a un nivel diferente. Ellos han demostrado que el experimento del tiempo de Wheeler no sólo funciona con fotones efímeros de luz, sino también con la materia en forma de átomos individuales. Desde hace mucho tiempo se sabe que los átomos individuales también pueden mostrar la dualidad onda-partícula.
Para llevar a cabo su experimento, Truscott y su equipo recolectaron alrededor de mil átomos de helio, congregándolos con láseres, y los enfriaron a una mil millonésima de grado por encima del cero absoluto. Los átomos atestados chocaron y se empujaron, golpeándose mutuamente hasta salir fuera de la trampa de los láseres, hasta que finalmente un solo átomo permaneció dentro del recinto.
El equipo entonces permitió que el átomo cayera hacia rayos láser entrecruzados. Los láser dividen la trayectoria del átomo en dos caminos posibles. Después de que el átomo pasara la encrucijada, el equipo cambió o no aleatoriamente una disposición que recombinó los dos caminos posibles.
El átomo se comportó de la misma manera que el fotón. Si los caminos se recombinaron esto produjo un patrón de interferencia típico de una onda, mostrando que el átomo viajó por dos caminos a la vez. Si los caminos no se recombinaban, el átomo se golpeaba en uno de los detectores al final de cada pista, de la misma manera que lo haría un guijarro.
Entonces, ¿qué camino tomó el átomo? ¿O tomó ambas caminos? El mismo experimento da dos resultados contradictorios – tal y como Wheeler predijo que lo haría.
Para Truscott, la gran lección del experimento es que no podemos aplicar la intuición convencional a los sistemas cuánticos – ellos no reconocen las ideas humanas tales como "el pasado". "El experimento dice que hay algunas cosas, como la trayectoria seguida por una partícula, que simplemente no puedes saber", dijo el. "Sólo se puede hablar de la probabilidad de que la partícula esté en un lugar determinado en un momento determinado," concluyó Truscott.
Joan Vaccaro, físico cuántico de la Universidad de Griffith, dice que gran parte de la confusión surge porque la gente insiste en describir objetos cuánticos como partículas o ondas. Ella sugiere resucitar la idea de 90 años del físico británico Sir Arthur Eddington: “Él acuñó este término" wavicle "para dar a los sistemas cuánticos un nombre diferente, en vez de referirse a ellos como una partícula o una onda, cuando no debería ser ."
Para Ionicioiu, estudiar la mecánica cuántica es como entrar en otro mundo, "uno con reglas diferentes". Cita Richard Feynman, un estudiante de doctorado de Wheeler, quien dijo en sus Conferencias sobre Física: "La paradoja es sólo un conflicto entre la realidad y su sensación de lo que la realidad debe ser ".
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{i} Un experimento mental es un recurso de la imaginación empleado para investigar la naturaleza de las cosas. En su sentido más amplio es el empleo de un escenario hipotético que nos ayude a comprender cierto razonamiento o algún aspecto de la realidad. Existe una gran diversidad de experimentos mentales. Sin embargo, todos emplean una metodología racional independiente de consideraciones empíricas, en el sentido de que no se procede por observación o experimentación física (otra forma de realizar la misma distinción sería entre lo a priori y lo a posteriori). Famosos ejemplos de experimentos mentales son el demonio de Maxwell y el gato de Schrödinger.
Gran parte de la ética, la filosofía del lenguaje y la filosofía de la mente están fundamentados firmemente en los resultados de experimentos mentales: el violinista de Thompson, la habitación china de Searle, la tierra gemela de Putnam, las personas que se dividen como una ameba de Parfit o el cerebro en una cubeta de Dancy.
Puede mencionarse su importancia para campos tan variados como la filosofía, el derecho, la física y la matemática.
En filosofía lo han empleado por lo menos desde la Antigüedad clásica, algunos filósofos presocráticos, y eran igualmente bien conocidos en el derecho romano. El siglo XVII fue testigo de algunas de sus puestas en práctica más brillantes en Galileo, Descartes, Newton y Leibniz. Y en nuestros tiempos, la creación de la mecánica cuántica y la relatividad son casi impensables sin el papel crucial jugado por los experimentos mentales.
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Escribe Cathal O’Connell quien lo explica 22 de Junio de 2015
Andrew Truscott (izquierda) y Ph.D. Estudiante romano Khakimov han llevado a cabo un experimento que parece demostrar que el comportamiento pasado de un solo átomo de helio puede ser influenciado por los acontecimientos actuales. Crédito de la imagen: – Stuart Hay, ANU
Todos tenemos momentos en los que desearíamos poder volver en el tiempo y tomar una decisión diferente. Ahora esto parece ser posible – al menos, para los átomos individuales. Los físicos de la Universidad Nacional de Australia han confirmado uno de los más profundos experimentos mentales de la física cuántica. Estos parecen demostrar que las acciones en el presentes pueden afectar eventos pasados.
Andrew Truscott y su equipo demostraron que si usted le ofrece a un átomo de helio acelerandose dos trayectorias posibles, la ruta que el toma parece estar determinada retroactivamente por el acto de medir el átomo al final de su viaje. El equipo informó sobre el extraño descubrimiento en el múmero de mayo de Nature Physics.
"Es una fantástica hazaña (tour de force) experimental", dijo Radu Ionicioiu, físico del Instituto Nacional de Física e Ingeniería Nuclear Horia Hulubei de Bucarest. “¿Pero cómo interpretarlo? Si preguntas a 10 personas, obtendrás 11 opiniones."
Hace tiempo que sabemos que las partículas cuánticas, como los fotones, tienen una personalidad dividida. A veces un fotón se comportará como una partícula, rebotando como un guijarro en una pared. Pero los fotones también pueden comportarse como ondas, ondulando a medida que pasan entre espacios estrechos. Curiosamente, el observador parece determinar las características que adopta el fotón. Probarlo por ondulación y se comportará como una ola; Busquen un comportamiento parecido a las partículas, y así es como se manifestará.
Ioniciou resume la paradoja: "La pregunta es, ¿cómo puede comportarse la misma cosa en ambos sentidos, dependiendo del tipo de pregunta que te hagas?"
A finales de los años setenta, John Wheeler, uno de los gigantes de la física del siglo XX, estaba reflexionando sobre esto cuando se dio cuenta de que el comportamiento cuántico implicaba una posibilidad aún más extraña – la influencia de un observador en el comportamiento de un fotón podía retroceder en el tiempo.
"El experimento dice que hay algunas cosas, como la trayectoria seguida por una partícula, que usted no puede saber exactamente"
En el experimento mental de "elección retrasada" de Wheeler, un fotón se presenta con una "elección"— para actuar como una partícula o como una onda. El fotón es entonces medido un poco más tarde para averiguar qué elección fue la que hizo. En 1978 Wheeler propuso el envío de un fotón hacia una encrucijada ( dos caminos posibles, en este caso un espejo de dos vías). Wheeler se dio cuenta de que si el experimentador recombinaba las dos vías (usando un segundo espejo) en un punto más lejos a lo largo de la vía, esto determinaría retroactivamente el camino que toma el fotón en la encrucijada.
Él hipotetizó que si el experimentador no recombina los caminos, entonces el fotón debe actuar como una partícula sólida, rebotando abajo de uno de los caminos. Pero si el experimentador recombina los caminos, entonces el fotón debería actuar como una onda. Cuando una ola de agua golpea un canal bifurcado se divide en dos y las ondulaciones siguen ambos caminos a la vez. El fotón debería hacer lo mismo.
Realizar el experimento de Wheeler parecía casi imposible al principio, ya que era necesario reacondicionar el aparato mientras el fotón de lanzado velozmente estaba en vuelo medio. Una versión del experimento finalmente se logró en 2007 cuando un equipo francés construyó un camino de 48 metros de largo para su haz de luz, lo que permitió justo el tiempo suficiente para el equipo pudiera ser cambiado después de que el fotón pasara el cruce de espejos, pero antes de que el alcanzara los detectores.
Los físicos han llevado ahora el experimento a un nivel diferente. Ellos han demostrado que el experimento del tiempo de Wheeler no sólo funciona con fotones efímeros de luz, sino también con la materia en forma de átomos individuales. Desde hace mucho tiempo se sabe que los átomos individuales también pueden mostrar la dualidad onda-partícula.
Para llevar a cabo su experimento, Truscott y su equipo recolectaron alrededor de mil átomos de helio, congregándolos con láseres, y los enfriaron a una mil millonésima de grado por encima del cero absoluto. Los átomos atestados chocaron y se empujaron, golpeándose mutuamente hasta salir fuera de la trampa de los láseres, hasta que finalmente un solo átomo permaneció dentro del recinto.
El equipo entonces permitió que el átomo cayera hacia rayos láser entrecruzados. Los láser dividen la trayectoria del átomo en dos caminos posibles. Después de que el átomo pasara la encrucijada, el equipo cambió o no aleatoriamente una disposición que recombinó los dos caminos posibles.
El átomo se comportó de la misma manera que el fotón. Si los caminos se recombinaron esto produjo un patrón de interferencia típico de una onda, mostrando que el átomo viajó por dos caminos a la vez. Si los caminos no se recombinaban, el átomo se golpeaba en uno de los detectores al final de cada pista, de la misma manera que lo haría un guijarro.
Entonces, ¿qué camino tomó el átomo? ¿O tomó ambas caminos? El mismo experimento da dos resultados contradictorios – tal y como Wheeler predijo que lo haría.
Para Truscott, la gran lección del experimento es que no podemos aplicar la intuición convencional a los sistemas cuánticos – ellos no reconocen las ideas humanas tales como "el pasado". "El experimento dice que hay algunas cosas, como la trayectoria seguida por una partícula, que simplemente no puedes saber", dijo el. "Sólo se puede hablar de la probabilidad de que la partícula esté en un lugar determinado en un momento determinado," concluyó Truscott.
Joan Vaccaro, físico cuántico de la Universidad de Griffith, dice que gran parte de la confusión surge porque la gente insiste en describir objetos cuánticos como partículas o ondas. Ella sugiere resucitar la idea de 90 años del físico británico Sir Arthur Eddington: “Él acuñó este término" wavicle "para dar a los sistemas cuánticos un nombre diferente, en vez de referirse a ellos como una partícula o una onda, cuando no debería ser ."
Para Ionicioiu, estudiar la mecánica cuántica es como entrar en otro mundo, "uno con reglas diferentes". Cita Richard Feynman, un estudiante de doctorado de Wheeler, quien dijo en sus Conferencias sobre Física: "La paradoja es sólo un conflicto entre la realidad y su sensación de lo que la realidad debe ser ".
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{i} Un experimento mental es un recurso de la imaginación empleado para investigar la naturaleza de las cosas. En su sentido más amplio es el empleo de un escenario hipotético que nos ayude a comprender cierto razonamiento o algún aspecto de la realidad. Existe una gran diversidad de experimentos mentales. Sin embargo, todos emplean una metodología racional independiente de consideraciones empíricas, en el sentido de que no se procede por observación o experimentación física (otra forma de realizar la misma distinción sería entre lo a priori y lo a posteriori). Famosos ejemplos de experimentos mentales son el demonio de Maxwell y el gato de Schrödinger.
Gran parte de la ética, la filosofía del lenguaje y la filosofía de la mente están fundamentados firmemente en los resultados de experimentos mentales: el violinista de Thompson, la habitación china de Searle, la tierra gemela de Putnam, las personas que se dividen como una ameba de Parfit o el cerebro en una cubeta de Dancy.
Puede mencionarse su importancia para campos tan variados como la filosofía, el derecho, la física y la matemática.
En filosofía lo han empleado por lo menos desde la Antigüedad clásica, algunos filósofos presocráticos, y eran igualmente bien conocidos en el derecho romano. El siglo XVII fue testigo de algunas de sus puestas en práctica más brillantes en Galileo, Descartes, Newton y Leibniz. Y en nuestros tiempos, la creación de la mecánica cuántica y la relatividad son casi impensables sin el papel crucial jugado por los experimentos mentales.
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