Nota dominical: Einstein y Ehrenfest discutieron el colapso de la función de onda en 1922

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Puede parecer increíble, pero el problema del colapso de la función de onda cuántica fue discutido por Albert Einstein y Paul Ehrenfest en un artículo conjunto que se envió en 1922, poco después de la publicación del famoso experimento de Stern y Gerlach. Durante una visita de Einstein a Ehrenfest en Leiden (Países Bajos), entre el 29 de abril y el 13 de mayo de 1922, discutieron el famoso experimento de Stern-Gerlach (enviado a publicación el 1 marzo) y escribieron un artículo conjunto que enviaron a publicación el 21 de agosto. El artículo de Einstein-Ehrenfest discute el problema de la medida en mecánica cuántica y la importancia del colapso de la función de onda si lo leemos desde un punto de vista moderno( ya que el concepto de función de onda aún no había sido introducido por Erwin Schrödinger). “¿Cómo saben los átomos que dirección tomar en el experimento?” Si el proceso fuera clásico, Einstein y Ehrenfest calculan que la desviación de los átomos requeriría miles de millones de segundos, cuando según el experimento el proceso tarda menos de 100 microsegundos. Por ello, afirman que el experimento muestra una transición brusca entre estados cuánticos (hoy diríamos que muestra el colapso de la función de onda) y que se trata de un experimento ideal para ilustrar las diferencias entre la medida en física clásica y en física cuántica. Realmente sorprendente, sobre todo, porque el problema de la medida en mecánica cuántica no se empezó a discutir hasta un lustro más tarde. Nos lo cuenta Issachar Unna, Tilman Sauer, “Einstein, Ehrenfest, and the quantum measurement problem,” Ann. Phys. 525: A15–A19 (2013). El artículo técnico original es A. Einstein, P. Ehrenfest, “Quantum Theoretical Comments on the Experiment of Stern and Gerlach,” Zeitschrift fur Physik 11: 31-34, 1922.

5 pensamientos en “Nota dominical: Einstein y Ehrenfest discutieron el colapso de la función de onda en 1922

  1. Parece que Wiley Online está colgado temporalmente, así que por ahora no tengo oportunidad de leer el artículo original, por lo que diga ahora va a ser forzosamente improvisado:

    El experimento de Stern-Gerlach se emplea muchas veces para ilustrar el comportamiento esencialmente cuántico del spin. Pero, según creo, en aquel momento el concepto de spin no estaba elaborado, de modo que imagino que Stern y Gerlach confiaron en el comportamiento magnético del electrón periférico del átomo de plata, probablemente más en el sentido del resultado del movimiento orbital. Supongo también que la disposición de un campo magnético no homogéneo tenía por misión contrarrestar la fuerza de Lorentz sobre la carga eléctrica que podía significar el mentado electrón periférico.

    En un esquema clásico, lo esperable es que el átomo efectuara, durante el tránsito bajo el campo magnético, un movimiento de precesión de tipo continuo, radiando energía de modo también continuo mientras se orienta en el eje del campo (el eje z en principio). Pero a todos
    (e incluyo a los autores de la experiencia) debió sorprender que el resultado fuesen dos acumulaciones de átomos en el detector, en forma de dos distribuciones de Poisson separadas claramente entre sí.

    Después de leer tu interesante comentario, está claro que en el caso del experimento Stern-Gerlach la orientación del átomo es de tipo prácticamente instantáneo. Pero ¿es así en general en el acto de la medida en cuántica? La interpretación ortodoxa nos dice algo así como que la medida “obliga al observable a tomar uno de los valores de su espectro”, pero no tengo claro que también se añada la condición de la instantaneidad del proceso. Es posible que ese comportamiento “brusco” no sea más que una consecuencia de la escala tan pequeña en la que suceden los procesos cuánticos.

    Otra cuestión que me queda ahora en el aire es ¿y qué hay de ese magnetismo de tipo orbital?. ¿No hay tal, y solo se tiene el efecto del spin, es despreciable frente a éste, o hay que contar con ambos?

    Mil gracias de nuevo, Francis, por estas joyas que vas presentando por aquí.

    • Hicsuntdraconis, pregunta sobre la “instantaneidad” del colapso de la función de onda. En la interpretación estándar de la mecánica cuántica el colapso de la función de onda no es dinámico, es decir, no tiene duración en el tiempo. En sentido estricto, no es correcto decir que sea instantáneo.

      “¿y qué hay de ese magnetismo de tipo orbital?” No entiendo bien a qué te refieres. Un electrón tiene espín semientero y momento magnético. El espín tiene las mismas unidades que el momento angular (su origen en ambos casos es una simetría). No hay ninguna relación entre un momento angular y el magnetismo (una bailarina dando vueltas tiene momento angular pero no genera ningún campo magnético).

  2. Bueno, ya pude registrarme en la Wiley Online Library. Es asombrosa la capacidad que tenían estos personajes de la época (los científicos del entorno alemán —Ehrenfest era austríaco— de la época de la república de Weimar hacen pensar en un siglo de Pericles comprimido en el tiempo) para abordar cualquier tipo de problemas en física. No solo calculaban el tiempo necesario para completar la precesión de Larmor, sino que además tenían en cuenta la influencia termodinámica del entorno y, lo que es más increíble, detectaban el comportamiento cuántico del fenómeno casi a primera vista.

    En la foto vemos a Paul Ehrenfest Jr., que luego sería físico también.

  3. ¿Pero, hoy en día, hay algún físico que no atribuya: el problema de la medida en mecánica cuántica y el colapso de la función de onda; a la propia definición axiomática de la mecánica cuántica?.
    Recordemos que la m.c. está definida para predecir resultados, no para ser una teoría congruente, completa o que refleje la realidad. Poco tienen que ver con la realidad física, todos esos conceptos matemáticos algebraicos basados en números complejos; ni esos ambiguos postulados sobre (IV) la medida y (V) la evolución de la función de onda.

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