Tema 2
Desarrollo histórico del formalismo cuántico
2.4. Interpretación de Copenhague. Complementaridad.
2.4.1. Interpretación de Copenhague u ortodoxa
"Interpretación de Copenhague":
Como ilustración, leer atentamente las páginas 657-659 del siguiente artículo (archivo laloe.pdf):
F. Lalöe, "Do we really understand quantum mechanics? Strange correlations, paradoxes, and theorems", American Journal of Physics 69, 6 (2001); pp. 655-701.
Lectura adicional (voluntaria):
-http://plato.stanford.edu/entries/qm-copenhagen/
2.4.2. Tesis de Bohr: el postulado cuántico; complementaridad.
La epistemología de Bohr rebasa lo que se conoce como "interpretación de Copenhague", abarcando descripciones que van más allá de la Física y configuran una interpretación propia (con Heisenberg nos encontramos ante una situación análoga):
Refs. 2-86 a 2-91:
-Held, C., “The meaning of Complementarity”, Studies in History and Phylosophy of Science 25,6 (1994) 871-893.
-Folse, H.J., The Philosophy of Niels Bohr: The Framework of Complementarity, North-Holland, Amsterdam, 1985.
-Faye, J., “Non-Locality or Non-separability? A Defense of Bohr's Anti-Realist Approach to Quantum Mechanics”, en Niels Bohr and Contemporary Philosophy, ed. por Faye, J. y Folse, H., Kluwer, Dordrecht, 1994.
-Honner, J., The description of Nature: Niels Bohr and the Philosophy of Quantum Physics, Clarendon, Oxford, 1987.
-Murdoch, D.; Niels Bohr's Phylosophy of Physics, Cambridge Univ., Cambridge, 1987.
-Petersen, A.; “The Philosophy of Niels Bohr”, en [FRE-85], pp. 299-310.
El postulado cuántico
Ref. 2-71 (Heisenberg, "addition in proof", en ref. 2-39; ver archivo heisenbergrelac.pdf, pp. 83-84):
“After the conclusion of the foregoing paper, more recent investigations of Bohr have led to a point of view which permits an essential deepening and sharpening of the analysis of quantum-mechanical correlation attempted in this work. In this connection Bohr has brought to my attention that I have overlooked essential points in the course of several discussions in this paper. Above all, the uncertainty in our observation does not arise exclusively from the occurrence of discontinuities, but is tied directly to the demand that we ascribe equal validity to the quite different experiments which show up in the corpuscular theory on one hand, and in the wave theory on the other hand.(…) I owe great thanks to Professor Bohr for sharing with me at an early stage the results of these more recent investigations of his-to appear soon in a paper on the conceptual structure of quantum theory- and for discussing them with me”.
Contenido esencial del artículo :
-Parte del "postulado cuántico", por el
que se reconoce una "discontinuidad esencial en los procesos atómicos". Esta discontinuidad, "desconocida en el mundo clásico y representada por el cuanto de acción de Planck h, "produce consecuencias fundamentales en el contenido de realidad física asignado a los fenómenos microscópicos y a sus agentes de observación":
Ref. 2-92 (N. Bohr, cit. en ref. 2-91: Petersen, A.; “The Philosophy of Niels Bohr”, en [FRE-85], pp. 299-310):
"Notwithstanding the difficulties which, hence, are involved in the formulation of the quantum theory, it seems, as we shall see, that its essence may be expressed in the so-called quantum postulate, which attributes to any atomic process an essential discontinuity, or rather individuality, completely foreign to the classical theories and symbolized by Planck's quantum of action.(…) This postulate implies a renunciation as regards the causal space-time coordination of atomic processes. Indeed, our usual description of physical phenomena is based entirely on the idea that the phenomena concerned may be observed without disturbing them appreciably.(…) Now, the quantum postulate implies that any observation of atomic phenomena will involve an interaction with the agency of observation not to be neglected".
-Aceptado el postulado, se deriva la aceptación también de una interacción finita e impredecible entre el objeto sobre el que se mide y el instrumento de medida, siendo su consecuencia una indeterminación en el conocimiento de su mutua interacción.
-Aceptar el postulado, además, imposibilita una definición clásica del estado del sistema, pues "la noción clásica del mismo requiere la no existencia de perturbación externa, con lo que la observación misma se haría imposible, perdiendo los conceptos de espacio y tiempo su sentido".
-"De otro lado, si para hacer las observaciones posibles se admiten las interacciones del sistema con adecuados aparatos de medida externos al sistema, ya no es posible una definición no ambigua del estado del sistema, siendo imposible la causalidad en el sentido estricto del término".
Así pues, la propia naturaleza de la M.C. fuerza a considerar las descripciones espacio-temporal (cinemática: r, t) y causal (dinámica: E, p), características de las teorías clásicas, como "complementarias", en el sentido de mutuamente excluyentes e igualmente necesarias.
Sumario de tesis de Bohr: complementaridad y estado cuántico
Hacer proposiciones sobre entidades cuánticas es, debe ser, hacer proposiciones exclusivamente sobre los aparatos clásicos con que los sistemas no clásicos son preparados y observados. De esta forma, dichas proposiciones se formularán en el lenguaje de la física clásica, sin ambigüedad alguna.
2. Concepción relacional de estado:
-Tras la publicación del teorema EPR, Bohr ha de revisar su concepción anterior 1, la interaccional de Como, evolucionando hacia una relacional, en la que el objeto bajo observación y el aparato de medida forman un sistema indivisible, no susceptible de separación en partes para su análisis.
-La descripción del estado de un sistema, por tanto, no se puede restringir al sistema bajo observación, puesto que ha de expresar una relación entre el sistema y el montaje experimental involucrado en la medida.
-El sistema cuántico y el aparato de medida u observación forman un todo indivisible.
-Para determinar
las propiedades de los objetos, pues, debemos, tanto en Fisica Clásica como en Física Cuántica, hacer experimentos, pero en la segunda, peculiarmente, las propiedades, en último término, están definidas por los experimentos que realizamos.
Ref. 2-96 (B. d'Espagnat, en [ESP-76], p.252):
Principle of Complementarity: "The nonseparable whole constituted by the quantum system and a definite instrument can be described by using a simplification of our language, according to which some of the properties that the system and the instrument share with one another are conventionally attributed to the system. However, other properties, which in our classical experience leads us to think of, cannot then be attributed to the system. They are said to be complementary to the first ones. They can also be attributed to a quantum system similar in type to the one considered so far, but this is possible only if that system builds up an indivisible whole with some new instrument, which is appropiate for a measurement of the new quantities".
Lecturas:
archivo bohrbrief.pdf : una recopilación de citas de Bohr, hecha por Kalckar, más un comentario basado en Petersen y otro de Rosenfeld ([WHE-83], pp. 85-86 y 3-8).
archivo bohrpostulacuantico.pdf (voluntario).
Curiosidad (voluntario, y leer con precaución...) :
-http://www.physics.nyu.edu/faculty/sokal/transgress_v2/node1.html
-En relación a esta URL, para los que sientan interés o curiosidad, o les apetezca enterarse de lo que era "sólo" una broma:
-http://www.physics.nyu.edu/faculty/sokal/transgress_v2/transgress_v2_singlefile.html
-http://www.physics.nyu.edu/faculty/sokal/afterword_v1a/afterword_v1a_singlefile.html
-¿Qué es el "escándalo Sokal"? Quien lo sepa, que lo exponga en el foro.
-La voz de algunos defensores españoles del postmodernismo: archivos tonate.pdf y quintinracion.pdf.
Comentario
Leer atentamente:
1: Ref. 2-98: García Alcaine, G.; “Complementaridad, coherencia, dualidad”, Revista Española de Física 6,3 (1993) 8-9 (archivo alcaine1.pdf).
2: http://www.aip.org/pnu/1998/split/pnu362-2.htm
-Después de leer las dos referencias, ¿matizaría la redacción de la segunda? Exponer la respuesta en el foro.
Sobre "estado cuántico":
Lecturas interesantes sobre "estado cuántico":
Newton, R:G:, "What is a state in quantum mechanics?", Am. J. Phys. 72 (2004) 348-350, 1261 (archivo estado.pdf).
Styer, D.F., "Common Misconceptions Regarding Quantum Mechanics", Am. J. Phys. 64 (1996) 31-34, 1202 (archivos styer1.pdf y styer2.pdf).
2.4.3. Consideraciones filosóficas
“(The) fundamental limitations, met with in atomic physics, of the objective existence of phenomena independent of their means of observation”.
( Ref. 2-101: N. Bohr , Atomic Physics and Human Knowledge, Science Editions, New York, 1961).
“These conditions (which define the possible types of predictions regarding the future behaviour of the system) constitute an inherent element of the description of any phenomenon to which the term 'physical reality' can be properly attached”.
( Ref. 2-102: N. Bohr, en ref. 3-21: (N. Bohr, "Can Quantum-Mechanical description of physical reality be considered complete?", Physical Review 48 (1935) 696-702).
“We have to remember that what we observe is not nature in itself but nature exposed to our method of questioning”.
( Ref. 2-103: W. Heisenberg, Physics and Philosophy, Penguin, London, 1989).
“It is possible to ask whether there is still concealed behind the statistical universe of perception a 'true' universe in which the law of causality would be valid. But such speculations seem to us to be without value and meaningless, for physics must confine itself to the description of the relationship between perceptions”.
( Ref- 2-104: W. Heisenberg en ref. 2-39: ; “The physical content of Quantum Kinematics and Mechanics”, en [WHE-83], p. 83 (archivo heisenbergrelac.pdf)).
“(A subsequent measurement deprives to a certain degree the information obtained through a previous measurement of its predictive significance... these facts...) not only set a limit to the extent of the information obtained by measurement, but they also set a limit to the meaning which we may attribute to such information. We meet here in a new light the old truth that in our description of nature the purpose is not to disclose the real essence of the phenomena but only to track down, so far as it is possible, relations between the manifold aspects of our experience”.
( Ref. 2-105: N. Bohr en Atomic Theory and the description of nature, Cambridge Univ., Cambridge, 1934; trad. española en [BOH-88]: La teoría atómica y la descripción de la Naturaleza, Alianza Univ., Madrid, 1988).
“That we have been forced step by step to forego a causal description of the behavior of individual atoms in space and time, an to reckon with a free choice on the part of nature between various possibilities to which only probability considerations can be applied”.
( Ref. 2-106: N.Bohr, ibid.)
“(In a measurement of position, for example, as performed with the gamma-ray microscope), the electron is forced to a decision. We compel it to assume a definite position; previously it was, in general, neither here nor there; it had not yet made its decision for a definite position. (…) We ourselves produce the results of measurement [Wir selber rufen die Tatbestände hervor]”
( Ref. 2-107: Jordan, P.; "Quantenphysikalische Bemerkungen zur Biologie und Psychologie", Erkenntnis 4 (1934) 215-252).
"We are suspended in language in such a way that we cannot say what is up and what is down. The word 'reality' is also a word, a word which we must learnt to use properly".
La interpretación de Copenhague, por su parte:
1.
Elude ser adscrita a uno de los dos polos, realismo o idealismo: afirmando que la concepción realista clásica es insostenible, no llega a afirmar que la realidad es producida por el observador, sino que más bien considera una "realidad empírica" o "modificada", por completo dependiente de nuestro conocimiento de ella.
2. Conceptualmente, se manifiesta próxima al instrumentalismo:
Una teoría científica es sólo un instrumento para relacionar entre sí hechos empíricos.
Se renuncia al problema de la interpretación de la teoría, puesto que carece de consecuencias sobre la investigación física "pura":
"La naturaleza obedece las leyes de la Mecánica Cuántica. Si choca con cierta concepción de lo que es de 'sentido comun', el problema es de éste".
2.4.4. Actividades, vínculos, descargas y bibliografía
El debate interpretativo en torno a la M.C. continúa abierto. Como muestra, la siguiente polémica desde las páginas de Physic's Today:
- Quantum Theory Needs No ‘Interpretation’, by Fuchs and Peres .
(enlace hoy inoperativo; actualmente, este artículo, que era una carta al editor, puede encontrarse en: http://info.phys.unm.edu/papers/2000/Fuchs2000a.pdf ).
-Varias respuestas: Letters to Physics Today, 2000
(también en PolemicaFuchsPeresPhysicsToday2000)
Lecturas:
-http://www.aip.org/history/heisenberg/p09.htm
-http://www.britannica.com/EBchecked/topic/71670/Niels-Bohr# (contiene enlaces muy interesantes a imágenes y ficheros de audio y vídeo)
-http://www.upscale.utoronto.ca//Harrison/Complementarity/CompCopen.html
La dualidad onda-corpúsculo, en una animación:
-http://www./.utoronto.ca//Harrison/Complementarity//ParticleWave.html
Una larga lista de referencias (sólo por curiosidad):
-http://www-gap.dcs.st-and.ac.uk/~history/References/Bohr_Niels.html
Autoevaluación:
Es el momento de realizar la autoevaluación del tema 2.
Actividad de autoevaluación
Elija la respuesta correcta:
Test de autoevaluación
Nota: los archivos para descargar sólo están disponibles para los alumnos de la Universidad de Granada,
que acceden desde el interior de la plataforma PRADO-SWAD, como alumnos matriculados.
referencias.pdf
bibliografia.pdf
programa.pdf
laloe.pdf
bohrbrief.pdf
bohrpostulacuantico.pdf
alcaine1.pdf
estado.pdf
styer1.pdf
styer2.pdf
heisenbergrelac.pdf
PolemicaFuchsPeresPhysToday2000.pdf
[ABR-51] Abro,d';The rise of the new Physics, Dover, 1951.
[BOH-88] Bohr, N.; La teoría atómica y la descripción de la Naturaleza, Alianza Universidad, Madrid, 1988.
[GAL-89] Galindo, A. y Pascual, P.; Mecánica Cuántica, Eudema, Madrid, 1989.
[ICA-91] Icaza, J.J.; La construcción de la Mecánica Cuántica, Univ. del País Vasco, Bilbao, 1991.
[JAM-66] Jammer,M.; The Conceptual Development of Quantum Mechanics, McGraw-Hill, Nueva York, 1966.
[MEH-82] Mehra, J., Rechenberg, H.; The Historical Development of Quantum Mechanics, 6 vol., Springer-Verlag, Nueva York, 1982.
[WAE-67] Waerden, B.L. van der; Sources of Quantum Mechanics, Dover, Nueva York, 1967.
[WHE-83] Wheeler, J.A. y Zurek, W.H., ed.; Quantum Theory and measurement, Princenton Univ., Princenton, 1983.