Tópico: Função de onda tem significado físico, dizem pesquisadores

[Dbohr]

Num artigo atualmente disponível em pre-print os físicos Matthew Pusey, Jonathan Barret e Terry Rudolph propõe um teorema que busca dar uma interpretação física para a função de onda de um sistema quântico.

Quantum theorem shakes foundations
The wavefunction is a real physical object after all, say researchers.

Eugenie Samuel Reich
17 November 2011
Main

Mathematical device or physical fact? The elusive nature of the quantum wavefunction may be pinned down at last.

At the heart of the weirdness for which the field of quantum mechanics is famous is the wavefunction, a powerful but mysterious entity that is used to determine the probabilities that quantum particles will have certain properties. Now, a preprint posted online on 14 November1 reopens the question of what the wavefunction represents — with an answer that could rock quantum theory to its core. Whereas many physicists have generally interpreted the wavefunction as a statistical tool that reflects our ignorance of the particles being measured, the authors of the latest paper argue that, instead, it is physically real.

“I don't like to sound hyperbolic, but I think the word 'seismic' is likely to apply to this paper,” says Antony Valentini, a theoretical physicist specializing in quantum foundations at Clemson University in South Carolina.

Valentini believes that this result may be the most important general theorem relating to the foundations of quantum mechanics since Bell’s theorem, the 1964 result in which Northern Irish physicist John Stewart Bell proved that if quantum mechanics describes real entities, it has to include mysterious “action at a distance”.

Action at a distance occurs when pairs of quantum particles interact in such a way that they become entangled. But the new paper, by a trio of physicists led by Matthew Pusey at Imperial College London, presents a theorem showing that if a quantum wavefunction were purely a statistical tool, then even quantum states that are unconnected across space and time would be able to communicate with each other. As that seems very unlikely to be true, the researchers conclude that the wavefunction must be physically real after all.

David Wallace, a philosopher of physics at the University of Oxford, UK, says that the theorem is the most important result in the foundations of quantum mechanics that he has seen in his 15-year professional career. “This strips away obscurity and shows you can’t have an interpretation of a quantum state as probabilistic,” he says.

Historical debate


The debate over how to understand the wavefunction goes back to the 1920s. In the ‘Copenhagen interpretation’ pioneered by Danish physicist Niels Bohr, the wavefunction was considered a computational tool: it gave correct results when used to calculate the probability of particles having various properties, but physicists were encouraged not to look for a deeper explanation of what the wavefunction is.

Albert Einstein also favoured a statistical interpretation of the wavefunction, although he thought that there had to be some other as-yet-unknown underlying reality. But others, such as Austrian physicist Erwin Schrödinger, considered the wavefunction, at least initially, to be a real physical object.

The Copenhagen interpretation later fell out of popularity, but the idea that the wavefunction reflects what we can know about the world, rather than physical reality, has come back into vogue in the past 15 years with the rise of quantum information theory, Valentini says.

Rudolph and his colleagues may put a stop to that trend. Their theorem effectively says that individual quantum systems must “know” exactly what state they have been prepared in, or the results of measurements on them would lead to results at odds with quantum mechanics. They declined to comment while their preprint is undergoing the journal-submission process, but say in their paper that their finding is similar to the notion that an individual coin being flipped in a biased way — for example, so that it comes up 'heads' six out of ten times — has the intrinsic, physical property of being biased, in contrast to the idea that the bias is simply a statistical property of many coin-flip outcomes.

Quantum information

Robert Spekkens, a physicist at the Perimeter Institute for Theoretical Physics in Waterloo, Canada, who has favoured a statistical interpretation of the wavefunction, says that Pusey's theorem is correct and a “fantastic” result, but that he disagrees about what conclusion should be drawn from it. He favours an interpretation in which all quantum states, including non-entangled ones, are related after all.

Spekkens adds that he does expect the theorem to have broader consequences for physics, as have Bell’s and other fundamental theorems. No one foresaw in 1964 that Bell’s theorem would sow the seeds for quantum information theory and quantum cryptography — both of which rely on phenomena that aren’t possible in classical physics. Spekkens thinks this theorem may ultimately have a similar impact. “It’s very important and beautiful in its simplicity,” he says.

FONTE: Nature

O artigo pode ser encontrado aqui: http://xxx.lanl.gov/abs/1111.3328

Ainda é muito cedo para dizer qualquer coisa, já que o artigo ainda está sendo avaliado para publicação. Mas ainda que esteja errado é uma bela resposta ao "cala boca e calcula" que sempre tivemos que ouvir na Graduação

[gilberto]

Cala a boca, e calcula!!!

[Dbohr]

Estou lendo o artigo agora. Numa primeira vista parece realmente genial... simples e profundo.

Hoje mais tarde (e amanhã) leio com mais cuidado e comento.

[Dr. Manhattan]

Eu mesmo sempre achei essa história de tratar a função de onda como ferramenta estatística bastante insatisfatória. Ela pode muito bem ser tratada como um objeto físico, por exemplo, na interpretação de Bohm, onde o módulo da função de onda descreve o chamado potencial quântico*. Vou dar uma boa lida nesse artigo...


*Embora eu não defenda essa interpretação, e na verdade a considere errônea, ela não deixa de ser interessante.


EDIT: Interessante. Vou salvá-lo no meu diretório para assuntos aleatórios: "weirdshit" 

[Rocky Joe]

Whereas many physicists have generally interpreted the wavefunction as a statistical tool that reflects our ignorance of the particles being measured

A interpretação mais aceita (a de Bohr) não diz que a função de onda é uma ferramenta estatística. Ela diz que a função de onda é uma descrição completa do sistema. Ela é válida para uma partícula só, e não somente para ensembles.

Para Bohr, não se trata de uma ignorância nossa. Para usar um exemplo, não é como se não soubessemos ao mesmo tempo posição e momento mas eles existissem. Nessa visão, é errado pensar na partícula quântica como tendo um momento e uma posição bem definidas, ainda mais ao mesmo tempo. Este pensamento seria uma extrapolação de nossos conceitos clássicos - a um mundo que não sabemos se eles se aplicam.

Não faz sentido atribuir propriedades clássicas a uma partícula, exceto quando ela interage com o aparato (clássico) de medida. Ao menos assim é como entendo a visão de Bohr da coisa.

Tendo dito esta (pequena?) correção, o artigo parece muito interessante. Tentarei ler mais tarde, mas tenho minhas dúvidas se conseguirei entender, dado meu nível na coisa.

[Rocky Joe]

Eu mesmo sempre achei essa história de tratar a função de onda como ferramenta estatística bastante insatisfatória. Ela pode muito bem ser tratada como um objeto físico, por exemplo, na interpretação de Bohm, onde o módulo da função de onda descreve o chamado potencial quântico*. Vou dar uma boa lida nesse artigo...

Pelo que entendo, dá para construir a interpretação de Bohm por duas vias: uma reescrevendo a segunda lei de Newton (adicionando o potencial quântico, o que você comentou), a outra reescrevendo a primeira lei de Newton:



Na primeira forma, podemos pensar na função de onda apenas como dando origem a uma força extra. Na segunda, a função de onda seria uma 'onda-piloto', que guiaria a partícula.

As duas são equivalentes, claro, mas dão visões de mundo diferentes. A segunda me parece problemática. Pois a onda propaga-se no espaço de configurações (que tem a dimensão igual ao 6N!). E é misterioso uma onda propagando-se por aí, sendo influenciada por ambiente, pelas interações entre partículas...

Estou curioso pelos seus motivos de não aceitar a interpretação. Se não for pedir demais

[Muad'Dib]

Eu sei que eu nunca vou entender esta merda.

[Rocky Joe]

Não é tão complicado entender as idéias da mecânica quântica. Até onde eu sei, tudo em mecânica quântica pode ser explicado por um experimento simples, o experimento da dupla fenda. Se o artigo e a discussão pareceram difíceis, é porque foram usados termos técnicos.

(Sim, dá para exemplificar até a não-localidade, mesmo sem estados emaranhados! Foi o primeiro argumento de Einstein para demonstrar a não-localidade da quântica. Talvez depois poste isto no tópico de coisas interessantes.)

[Sergiomgbr]

Ad Hoc in roll?


Teorema abala fundações da mecânica quântica

Função real

Você já deve estar cansado de ouvir falar que a mecânica quântica pode "interpretar" um átomo, um elétron ou um fóton, por exemplo, como uma partícula ou como uma onda.

Quando as encaram como ondas, os físicos estão falando de uma função de onda, uma descrição matemática de uma onda, que determina as probabilidades de que as partículas quânticas tenham determinadas propriedades.

A função de onda há muito tempo é interpretada como uma ferramenta estatística que reflete nossa ignorância sobre as partículas quânticas.

Mas agora um trio de físicos ingleses está defendendo a ideia quase chocante de que a função de onda na verdade é algo real, fisicamente real, e não uma probabilidade estatística.

Terremoto na física

Parece que "abalar" as bases da física não é uma expressão suficiente para dar conta do que essa proposta significa: "Eu não quero parecer hiperbólico, mas eu acredito que a expressão 'abalo sísmico' parece se aplicar bem a esse artigo," comentou o professor Antony Valentini, da Universidade Clemson, que não faz parte do trio que está defendendo esta ideia.

Ouvido pela revista Nature, Valentini afirma que este resultado pode ser o teorema geral (relacionado à mecânica quântica) mais importante desde o teorema de Bell.

Em 1964, o irlandês John Stewart Bell demonstrou que, se a mecânica quântica descrevia entidades reais, então ela teria que incluir a misteriosa "ação à distância", os famosos átomos assombrados de Einstein.
Teorema abala fundações da mecânica quântica
Dois sistemas quânticos são preparados independentemente. O estado quântico de cada um, determinado pelo método de preparação, é ou 0 ou positivo. Os dois são postos juntos e medidos. Segundo a nova teoria, o resultado da medição somente pode depender das propriedades físicas dos dois sistemas no momento da medição. [Imagem: Pusey/Barret/Rudolph]

Agora, um novo teorema mostra que, se a função de onda quântica for meramente uma ferramenta estatística, então mesmo os estados quânticos que não estão conectados através do espaço e do tempo - por meio do entrelaçamento quântico - deveriam ser capazes de se comunicar uns com os outros.

Como isso parece ser altamente improvável, Matthew Pusey, Terry Rudolph (Imperial College) e Jonathan Barrett (Universidade de Londres) concluíram que a função de onda não é algo meramente formal, mas um aspecto concreto da realidade.

"Isso arranca fora a obscuridade e mostra que não podemos ter uma interpretação de um estado quântico como algo probabilístico," opinou David Wallace, da Universidade de Oxford.

Consciência quântica

Essa discussão nos leva de volta à geração de gênios que construiu o arcabouço teórico sobre o qual a física navega há quase um século. Nos anos 1920, Niels Bohr e a chamada "interpretação de Copenhague" da física quântica consideraram a função de onda como uma ferramenta computacional.

Einstein concordou com reservas, afirmando que a função de onda também poderia ter algo a ver com uma realidade subjacente ainda desconhecida.

Já Erwin Schrodinger, aquele do gato que fica viva e morto ao mesmo tempo, chegou a considerar que a função de onda era uma realidade física.

Mas o assunto foi varrido para debaixo do tapete desde então.

Segundo Valentini, a interpretação de Copenhague caiu de moda, mas a ideia da função de onda como uma ferramenta estatística voltou a dominar o mundo da física com o advento da teoria da informação quântica.

O novo teorema volta atrás, afirmando que os sistemas quânticos devem "saber" exatamente o estado em que foram preparados - algo como se uma moeda que dê seis caras em cada 10 tentativas tenha uma propriedade física de dar resultados corrompidos, em vez de o excesso de caras ser um mero acidente estatístico.

A propósito, a revista Nature apenas comentou o artigo, que está no repositório arXiv, ainda não publicado por nenhuma revista revisada pelos pares.

http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=teorema-abala-fundacoes-mecanica-quantica&id=010130111124

[Geotecton]

Consciência quântica
[...]

Desnecessário.

[Dbohr]

Tópico repetido:

../forum/topic=25791.0.html

Fundidos!

[Dbohr]

Não é tão complicado entender as idéias da mecânica quântica. Até onde eu sei, tudo em mecânica quântica pode ser explicado por um experimento simples, o experimento da dupla fenda. Se o artigo e a discussão pareceram difíceis, é porque foram usados termos técnicos.

(Sim, dá para exemplificar até a não-localidade, mesmo sem estados emaranhados! Foi o primeiro argumento de Einstein para demonstrar a não-localidade da quântica. Talvez depois poste isto no tópico de coisas interessantes.)

Li o artigo dos três britânicos e um monte de material comentando, bem como um pouco da literatura clássica de MQ.

Minha impressão preliminar é a seguinte: o trio descobriu um resultado muito interessante, que agora precisa ser verificado experimentalmente para ver se bate com o que eles disseram. Se o teorema deles se confirmar, então será preciso repensar a interpretação da MQ, especialmente sobre o significado físico da função de onda.

Se eu entendi tudo direitinho, não há exatamente um conflito entre dizer que a função de onda ter um significado físico e ainda assim expressar uma probabilidade. Mas ainda tenho uma pilha de material para ler e reler

[Dr. Manhattan]

Ainda estou digerindo o artigo. Mas o argumento parece bem sólido, embora um tanto sutil. Isso me deixa satisfeito, realista que sou.

[Dbohr]

O Matt Leifer escreveu um artigo muito interessante comentando o teorema PBR. Ele cita uma série de classificações da interpretação da MQ que eu não conhecia.

Não chego a dizer que sou um realista -- não no mesmo sentido de Einstein, nem no de Bohm -- mas a interpretação puramente estatística sempre foi difícil de engolir. Talvez haja um bom mérito na descrição "psi-epistemológica", como chama Leifer.

[Dr. Manhattan]

Interessante esse blog. Vou ler com calma.

Ah, e o Lubos Motl odiou o artigo. Mais um motivo para acreditar que ele está correto.

[Dbohr]

Lubos Motl é o Reinaldo Azevedo da física, né?

[Buckaroo Banzai]

"psi-epistemológica"

Sem resultados no google. :-/

[Rocky Joe]

"Psi" é aquela letra grega, que é o símbolo usado para função de onda. Ele quer dizer uma interpretação epistemológica da função de onda.

Eu me digo um realista, também. Considero uma posição mais útil, mais fácil de gerar boa ciência.

O que me incomoda na história toda é a não-localidade. Mas comento mais tarde. Ainda não li o artigo.

[Buckaroo Banzai]

Ufa. Temia que fosse "psi"* como sinônimo de paranormal...


* acho que ainda da letra grega, mas talvez de "psíquico"... eles usam umas outras letras gregas associadas então nem sei

[Buckaroo Banzai]

Espero que através dessas coisas de não-localidade e emaranhamento algum dia possam finalmenter fazer symlinks de objetos reais para que a gente não precise ficar andando demais pela casa quando tem algo quardado num canto mas você quer usar em outro. [/bobagem da grossa]

[Pregador]

qual a consequência prática disso??

[Dbohr]

Acabar com o papo quântico-misticoide de uma vez por todas?

[Pregador]

Acabar com o papo quântico-misticoide de uma vez por todas?

Isso nunca vai acabar, não importa o que descubram, sempre haverá misticóides. Tem alguma implicação prática científica?

[Dbohr]

Prática, no sentido aplicação direta na vida cotidiana, prática? Não sei. Os autores do artigo falam em computação quântica, chips melhores e blabla. Para mim é fascinante o bastante saber que existe informação física codificada na função de onda.

E mesmo que não se vislumbre uma aplicação imediata, nunca se sabe que coisas legais vão surgir nos laboratórios de engenharia em consequência disso.

[DDV]

Isso me lembrou aquele discussão maluca que eu tive com o Fayman sobre essa questão. 


../forum/topic=8862.0.html