Colapso de La Funcion de Onda

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La interpretación de Copenhague

Tras el desarrollo de la mecánica cuántica ondulatoria de Schrödinger, y la matricial de Heisenber, Paul Dirac dio un paso más allá explicando como ambas teorías eran la misma, con distinta descripción. Más aún, Dirac profundizó en el desarrollo incluyendo la radiación electromagnética y efectos relativistas, de donde surgió la electrodinámica cuántica, y la predicción de la existencia de partículas exactamente iguales a las ya conocidas, excepto que su carga estaba invertida: Dirac descubría así las antipartículas.

Paralelo al desarrollo, se trabaja igualmente en la interpretación de la teoría cuántica. Si la mecánica clásica trata de situaciones y sistemas cotidianos, que se traducen a ecuaciones, en la física cuántica si bien los primeros descubrimientos (radiación de cuerpo negro, efecto fotoeléctrico, etc…) responden a este esquema, al desarrollar en profundidad la mecánica se presenta el caso contrario, en las que se desarrollan soluciones matemáticas a las que hay que encontrar una interpretación física. (Las antipartículas son un caso así, por ejemplo)

No fue hasta la conferencia de Solvay de 1927 en Bruselas que la interpretación quedó finalmente establecida, debido principalmente a Niels Bohr. Una interpretación no exenta de debate, ya que científicos de la talla de Einstein no la compartieron, e intentaron una y otra vez ponerla a prueba con experimentos mentales, tratando de demostrar algún tipo de contradicción.

Probabilidad y función de onda

La interpretación de la función de onda no es algo trivial de hacer. Dependiendo del problema, el sistema puede hallarse en distintos estados representados por su posición, momento cinético, momento angular, o cualquier otra cantidad observable; estados que se describen a través de su energía.

Pero el principio de incertidumbre de Heisenberg muestra que es imposible determinar con total precisión estos mismos valores. Max Born (1882-1970) llegó a la conclusión de que la función de onda representa entonces la probabilidad de encontrar a un sistema en un estado determinado. Para un átomo, representa la probabilidad de encontrar a un electrón en una posición dada, pero no va a describir cómo éste orbita alrededor del núcleo, de igual forma la física clásica describe la trayectoria de un planeta alrededor del Sol.

Pierde así sentido el concepto de órbita que se había manejado, y surge el concepto de orbital, que es la región del espacio en la cual es probable encontrar al electrón. En vez de una órbita circular, donde un planeta ocupa una posición determinada, existen regiones del espacio, con más probabilidad que otras de encontrar el electrón allí.

Colapso de la función de onda y el gato de Schrödinger

Vimos como la función de onda, matemáticamente, es la suma (o superposición) de una serie de autofunciones para las cuales se podía resolver la ecuación de Schrödinger. Estas autofunciones representan además cada uno de los estados posibles de un sistema; pero cuando se hace una observación (o medida experimental), uno y sólo uno de estos estados se revela en el experimento, con una probabilidad determinada.

Esto quiere decir, que antes de hacer una medida, el sistema se halla indefinido: el estado es una mezcla de todos los estados posibles. Pero sin embargo, al observar y hacer interaccionar el sistema de medida con el sistema de estudio, la interacción hace que el sistema se decante por un estado en concreto, produce un colapso de la función de onda a un estado en concreto, el cual mantendrá hasta que se le someta a otro tipo de interacción distinta.

El ejemplo más conocido que se emplea para ilustrar este colapso, es el experimento teórico conocido como el gato de Schrödinger. Sin embargo, Schrödinger no era partidario precisamente de esta interpretación, y lo que intentaba era ilustrar lo absurda que era:

En un caja, encerramos un gato junto con una fuente radioactiva, un contador Geiger, un martillo y un recipiente con un gas venenoso. La desintegración de la fuente es un proceso cuántico, que tiene una probabilidad del 50% de ocurrir. Si ocurre, el contador Geiger activa un dispositivo por el cual el martillo rompe el frasco del gas, y el gato muere. Si no ocurre, el gato permanece vivo. Todo está metido en un caja, y la única forma de saber si el gato sigue vivo o muerto es abriéndola. Por tanto, el gato tiene una probabilidad del 50% de estar vivo o muerto. Según la interpretación cuántica, mientras no se abra la caja, el gato está a la vez en un estado vivo y muerto, lo cual parece ridículo.

Es sin embargo más útil para entender el colapso, hablar del experimento de Stern y Gerlach. Recordemos: un electrón posee un spin que puede tener dos estados : “arriba” (s=1/2) y abajo(s=-1/2). Se le hace atravesar una zona con un campo magnético no uniforme. Antes de atravesarlo, no se sabe si el estado del spin del electrón: tiene un 50% de probabilidad de estar en uno u otro. Pero al atravesarlo, el spin se orienta (en realidad, la superposición de los estados arriba y abajo colapsa a uno de ellos), de forma que se el electrón se desvía de su trayectoria en un sentido u otro.

Fuente: http://bandaprohibida.blogspot.com/2007/04/la-interpretacin-de-copenhague.html a 21 de septiembre de 2008, 7:08pm.

En mi punto de vista, el colapso de la funcion de onda es algo muy incierto y poco certero ya que al parecer no se encuentra 100% probado por nada, es simplemente una teoria basada en probabildades las cuales se ven afectadas por factores que conocemos dentro de la naturaleza pero que afectan de una manera u otra a las diferentes situaciones. El ejemplo del gato hizo que todo estuviera un poco mas claro ya que habla de como no podemos abrir la caja, no podemos saber si el gato esta vivo o muerto, por lo tanto, las dos posibilidades existen dentro de nuestro juicio por que no lo hemos comprobado visualmente. No hay evidencia de lo que este pasando dentro de esa caja para ver cual de las dos "opciones" fue la que domino en esta situacion. Es algo que al parecer depende mucho del momento, de la circunstancia y de los factores ajenos ya que no podemos tener un patron asignado a lo que va a suceder, no es constante.