El no equilibrio cuántico es un concepto dentro de las formulaciones estocásticas de la teoría de De Broglie-Bohm de la física cuántica .
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.
No es el caso de la teoría de De Broglie-Bohm, en la que la regla de Born no es una ley básica. En esta teoría, el vínculo entre la densidad de probabilidad y la función de onda tiene el carácter de una hipótesis, llamada hipótesis de 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 desequilibrio 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 de no equilibrio cuántico han sido realizados principalmente por el físico teórico Antony Valentini , y los pasos anteriores en esta dirección fueron realizados por David Bohm , Jean-Pierre Vigier , Basil Hiley y Peter R. Holland . La existencia de estados de no equilibrio cuántico no ha sido verificada experimentalmente; el no equilibrio cuántico es hasta ahora una construcción teórica. La relevancia de los estados de no equilibrio cuántico para la física radica en el hecho de que pueden conducir a diferentes predicciones de los resultados de los experimentos, dependiendo de si se asume 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 la existencia de estados de no equilibrio cuántico en absoluto). Es decir, las propiedades del no equilibrio cuántico pueden hacer que ciertas clases de teorías bohmianas sean falsables de acuerdo con el criterio de Karl Popper .
En la práctica, al realizar cálculos de mecánica bohmiana en química cuántica , simplemente se considera que se cumple la hipótesis del equilibrio cuántico 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 fue ampliada posteriormente por Bohm, Vigier, Hiley, Valentini y otros para incluir propiedades estocásticas.
Bohm y otros físicos, incluido Valentini, consideran que la regla de Born vinculada a la función de densidad de probabilidad no representa una ley básica, sino que constituye un resultado de un sistema que ha alcanzado el equilibrio cuántico durante el curso del desarrollo temporal bajo la ecuación de Schrödinger . Se puede demostrar que, una vez que se ha alcanzado un equilibrio, el sistema permanece en dicho equilibrio durante el curso 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 si se alcanza dicho equilibrio en primer lugar y cómo.
En 1991, Valentini proporcionó indicaciones para derivar la hipótesis del equilibrio cuántico que establece 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 por un teorema H construido en analogía con el teorema H de Boltzmann de la mecánica estadística. [3] [4]
La derivación de la hipótesis del equilibrio cuántico de Valentini fue criticada por Detlef Dürr y 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 la regla 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] violando 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 no equilibrio conocida podría usarse para realizar, en otro sistema, mediciones que violan 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 no equilibrio cuántico y cómo, es difícil o imposible realizar tales experimentos.
Sin embargo, la hipótesis del Big Bang cuántico no equilibrado también da lugar a predicciones cuantitativas de desviaciones del equilibrio de la teoría cuántica que parecen ser más fácilmente accesibles a la observación. [8]
