En física , el efecto observador es la perturbación de un sistema observado por el acto de observación. [1] [2] Esto es a menudo 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 parte del aire se escape, cambiando así la presión para observarla. De manera similar, ver objetos no luminosos requiere que la luz incida en el objeto para que refleje esa luz. Si bien los efectos de la observación son a menudo 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 normalmente puede reducirse a la insignificancia mediante el uso de diferentes instrumentos o técnicas de observación.
Un ejemplo notable del efecto observador se produce en la mecánica cuántica , como lo demuestra el experimento de la doble rendija . Los físicos han descubierto que la observación de los fenómenos cuánticos mediante un detector o un instrumento puede cambiar los resultados medidos de este experimento. A pesar de que el "efecto observador" en el experimento de la doble rendija fue causado por la presencia de un detector electrónico, algunos han interpretado que los resultados del experimento sugieren que una mente consciente puede afectar directamente la realidad. [3] Sin embargo, la necesidad de que el "observador" sea consciente (en lugar de meramente existente, como en un microorganismo unicelular) no está respaldada por investigaciones científicas y ha sido señalada como una idea errónea arraigada en una mala comprensión de la onda cuántica. función ψ y el proceso de medición cuántica. [4] [5] [6]
Un electrón se detecta al interactuar con un fotón ; esta interacción alterará inevitablemente la velocidad y el impulso 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 impulso no es repetible en cortos intervalos de tiempo. Una fórmula (unidimensional por simplicidad) que relaciona las cantidades involucradas, debida a Niels Bohr (1928), viene dada por
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 de los casos. [7]
En electrónica , los amperímetros y voltímetros suelen conectarse en serie o paralelo al circuito, por lo que por su sola presencia afectan la corriente o el voltaje que están midiendo al presentar una carga real o compleja adicional al circuito, cambiando así la transferencia. Función y comportamiento del propio circuito. 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 .
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.
La base teórica del concepto de medición en la mecánica cuántica es un tema polémico profundamente relacionado con las muchas interpretaciones de la mecánica cuántica . Un punto de enfoque clave es el del colapso de la función de onda , para el cual varias interpretaciones populares afirman que la medición provoca un cambio discontinuo hacia un estado propio del operador asociado con la cantidad que se midió, un cambio que no es reversible en el tiempo.
Más explícitamente, el principio de superposición ( ψ = Σ n a n ψ n ) de la física cuántica dicta que para una función de onda ψ , una medición dará como resultado un estado del sistema cuántico de uno de los m posibles valores propios f n , n = 1, 2, ..., m , del operador que en el espacio de las funciones propias ψ n , n = 1, 2, ..., m .
Una vez que se ha medido el sistema, se conoce su estado actual; y esto le impide estar en uno de sus otros estados: aparentemente se ha desacoplado de ellos sin perspectivas de una futura interferencia cuántica fuerte. [8] [9] [10] Esto significa que el tipo de medición que uno realiza en el sistema afecta el estado final del sistema.
Una situación estudiada experimentalmente relacionada con esto es el efecto Zenón cuántico , en el que un estado cuántico decaería si se dejara solo, pero no decae debido a su observación continua. La dinámica de un sistema cuántico bajo observación continua se describe mediante una ecuación maestra estocástica cuántica conocida como ecuación de Belavkin . [11] [12] [13] Estudios adicionales han demostrado que incluso observar los resultados después de que se produce el fotón conduce al colapso de la función de onda y a la carga de una historia anterior, como lo muestra el borrador cuántico de elección retardada . [14]
Cuando se analiza la función de onda ψ que describe el estado de un sistema en mecánica cuántica, se debe tener cuidado con un error común que supone que la función de onda ψ equivale a lo mismo que el objeto físico que describe. Este concepto erróneo debe entonces requerir la existencia de un mecanismo externo, como un instrumento de medición, que se encuentre fuera de los principios que rigen la evolución temporal de la función de onda ψ , para poder explicar el llamado " colapso de la función de onda " después de se ha realizado una medición. Pero la función de onda ψ no es un objeto físico como, por ejemplo, un átomo, que tiene una masa, carga y espín observables, así como grados de libertad internos. En cambio, ψ es una función matemática abstracta que contiene toda la información estadística que un observador puede obtener de las mediciones de un sistema determinado. En este caso, no hay ningún misterio real en el hecho de que esta forma matemática de la función de onda ψ deba cambiar abruptamente después de que se haya realizado una medición.
Una consecuencia del teorema de Bell es que la medición en una de dos partículas entrelazadas puede parecer tener un efecto no local en la otra partícula. Surgen problemas adicionales relacionados con la decoherencia cuando el observador se modela como un sistema cuántico.
El principio de incertidumbre ha sido confundido frecuentemente con el efecto del observador, evidentemente incluso por su creador, Werner Heisenberg . [15] El principio de incertidumbre en su forma estándar describe con qué precisión podemos medir la posición y el momento de una partícula al mismo tiempo: si aumentamos la precisión al medir una cantidad, nos vemos obligados a perder precisión al medir la otra. [16] Una versión alternativa del principio de incertidumbre, [17] más en el espíritu de un efecto de observador, [18] explica completamente la perturbación que el observador tiene en un sistema y el error incurrido, aunque no es así como se utiliza el término " El principio de incertidumbre" se utiliza con mayor frecuencia en la práctica.
