El no equilibrio cuántico es un concepto dentro de las formulaciones estocásticas de la teoría de la física cuántica de De Broglie-Bohm .
En mecánica cuántica, la regla de Born establece que la densidad de probabilidad de encontrar un sistema en un estado dado, cuando se mide, es proporcional al cuadrado de la amplitud de la función de onda del sistema en ese estado, y constituye uno de los axiomas fundamentales de la teoría.
Este no es el caso de la teoría de De Broglie-Bohm, donde la regla de Born no es una ley básica. Más bien, en esta teoría, la relación entre la densidad de probabilidad y la función de onda tiene el estatus de una hipótesis, llamada hipótesis del equilibrio cuántico , que se suma a los principios básicos que rigen la función de onda, la dinámica de las partículas cuánticas y la ecuación de Schrödinger. . (Para obtener detalles matemáticos, consulte la derivación de Peter R. Holland).
En consecuencia, el no equilibrio cuántico describe un estado de cosas en el que no se cumple la regla de Born; es decir, la probabilidad de encontrar la partícula en el volumen diferencial en el tiempo t es desigual a
Los avances recientes en las investigaciones sobre las propiedades de los estados cuánticos de no equilibrio han sido realizados principalmente por el físico teórico Antony Valentini , y los primeros pasos en esta dirección fueron dados por David Bohm , Jean-Pierre Vigier , Basil Hiley y Peter R. Holland . La existencia de estados cuánticos de desequilibrio no ha sido verificada experimentalmente; El no equilibrio cuántico es hasta ahora una construcción teórica. La relevancia de los estados cuánticos de no equilibrio para la física radica en el hecho de que pueden conducir a diferentes predicciones de los resultados de los experimentos, dependiendo de si se supone que la teoría de De Broglie-Bohm en su forma estocástica o la interpretación de Copenhague describen la realidad. (La interpretación de Copenhague, que estipula la regla de Born a priori , no prevé en absoluto la existencia de estados cuánticos de no equilibrio). Es decir, las propiedades del no equilibrio cuántico pueden hacer que ciertas clases de teorías de Bohm sean falsificables según el criterio de Karl Popper .
En la práctica, cuando se realizan cálculos de la mecánica de Bohm en química cuántica , la hipótesis del equilibrio cuántico simplemente se considera cumplida para predecir el comportamiento del sistema y el resultado de las mediciones.
La interpretación causal de la mecánica cuántica fue establecida por De Broglie y Bohm como un modelo causal y determinista, y más tarde Bohm, Vigier, Hiley, Valentini y otros la ampliaron para incluir propiedades estocásticas.
Bohm y otros físicos, incluido Valentini, consideran que la regla de Born que se vincula con la función de densidad de probabilidad no representa una ley básica, sino más bien el resultado de que un sistema haya alcanzado el equilibrio cuántico durante el transcurso del desarrollo temporal según la ecuación de Schrödinger . Se puede demostrar que, una vez que se ha alcanzado un equilibrio, el sistema permanece en ese equilibrio a lo largo de su evolución posterior: esto se desprende de la ecuación de continuidad asociada con la evolución de Schrödinger de [2] . Sin embargo, es menos sencillo demostrar en primer lugar, si se alcanza tal equilibrio y cómo.
En 1991, Valentini proporcionó indicaciones para derivar la hipótesis del equilibrio cuántico que afirma que en el marco de la teoría de la onda piloto . (Aquí, representa las coordenadas colectivas del sistema en el espacio de configuración ). Valentini demostró que la relajación puede explicarse mediante un teorema H construido en analogía con el teorema H de Boltzmann de mecánica estadística. [3] [4]
La derivación de Valentini de la hipótesis del equilibrio cuántico fue criticada por Detlef Dürr y sus colaboradores en 1992, y la derivación de la hipótesis del equilibrio cuántico ha seguido siendo un tema de investigación activa. [5]
Las simulaciones numéricas demuestran una tendencia a que las distribuciones de reglas de Born surjan espontáneamente en escalas de tiempo cortas. [6]
Valentini demostró que su expansión de la teoría de De Broglie-Bohm permitiría la “ no localidad de la señal ” para casos de no equilibrio en los que [3] [4] violaría así el supuesto de que las señales no pueden viajar más rápido que la velocidad de la luz .
Valentini demostró además que un conjunto de partículas con función de onda conocida y distribución de desequilibrio conocida podría utilizarse para realizar, en otro sistema, mediciones que violaran el principio de incertidumbre . [7]
Estas predicciones difieren de las predicciones que resultarían de abordar la misma situación física mediante los axiomas estándar de la mecánica cuántica y, por lo tanto, en principio harían que las predicciones de esta teoría fueran accesibles al estudio experimental. Como se desconoce si se pueden producir estados de desequilibrio cuántico y cómo, es difícil o imposible realizar tales experimentos.
Sin embargo, también la hipótesis del Big Bang cuántico sin equilibrio da lugar a predicciones cuantitativas de desviaciones de desequilibrio de la teoría cuántica que parecen ser más fácilmente accesibles a la observación. [8]
