El estado de los sistemas en la Teoría Cuántica

El estado de los sistemas en la Teoría Cuántica

El estado E más general de los sistemas descritos por la Teoría Cuántica viene representado por una “superposición” de todos sus estados posibles EP(n):

E = sup. EP(n) siendo n = 1, 2, 3, ... tantos estados como pueda adoptar el sistema

La noción de superposición de estados posibles es fundamental en la Teoría Cuántica y no se presentaen la Física Clásica. En esta última, los estados posibles nunca se superponen, sino que se muestran directamente como descripciones reales del estado del sistema.

Al contrario, especificar el estado del sistema en la Teoría Cuántica implica tener en cuenta la superposición de todos sus estados posibles; no podemos atribuir “a priori” ninguno de tales estados posibles al sistema, sinoúnicamente su superposición (salvo tras una “operación de medida”; más adelante veremos el papel tal importante que juegan estas operaciones en la Teoría Cuántica).

Tales superposiciones tienen un carácter totalmente real; de hecho, las superposiciones de estados posibles adquieren en la Teoría Cuántica un significado ontológico, es decir, describen “lo que realmente es” el estado del sistema.

Elestado E (también denominado función de onda, y representado por la letra griega “psi”) corresponde al aspecto superposicional del sistema cuántico, en tanto que el conjunto de estados posibles EP(n) representa su aspecto experimental.

El experimento de la doble rendija

Sólo si se considera que la superposición E de estados posibles EP(n) representa realmente el estado del sistema se puedenexplicar fenómenos observados de interferencia cuántica, que constituyen un aspecto esencial de la Teoría Cuántica, como en el caso del experimento de la doble rendija, o experimento de Young.

El experimento de Young original data de 1803 y fue propuesto por Thomas Young, dentro del marco de la Física Clásica, como demostración supuestamente “concluyente” de la naturaleza exclusivamenteondulatoria de la radiación.

La versión cuántica del experimento de la doble rendija es un elemento de análisis importante en la Teoría Cuántica, ya que permite estudiar, no sólo el fenómeno de interferencia cuántica, sino también la dualidad que la teoría establece entre las descripciones de partícula y onda.

Evolución de los estados cuánticos

En la formulación de la Teoría Cuánticapresentada por Jon von Neumann en 1932, denominada “ortodoxa”, el estado superposición E del sistema (o su función de onda “psi”), que consideramos como representante real de su estado físico, puede evolucionar de dos modos distintos y excluyentes. La elevada exactitud de las predicciones cuánticas descansa en la intervención combinada de estos dos modos de evolución:

La ecuación de evolución deSchrödinger (modo 1)

Esta ecuación gobierna la evolución en el tiempo de los estados superposición E, en presencia, o no, de influencias y campos externos. Puede reformularse el Principio de Determinismo para adaptarlo a este tipo de evolución, considerando que si en un momento de tiempo inicial, dado como t0, son conocidos:

1. El estado E(t0) del sistema, como superposición del conjunto desus estados posibles EP(n).

y 2. El conjunto total de influencias externas que sobre dicho estado actúan.

Entonces, en estas condiciones, la resolución de la ecuación de Schrödinger permite determinar el nuevo estado superposición E(t1) del sistema en cualquier momento de tiempo posterior t1.

Así pues, el estado E del sistema evoluciona con la ecuación de evolución de Schrödinger, deuna manera determinista, en el sentido de que dado el mismo en un momento inicial, la evolución ofrecida por dicha ecuación “determina” exactamente el estado del sistema en cualquier instante posterior.

Operaciones de medida (modo 2)

Hagámonos la siguiente pregunta: ¿qué es una operación o un proceso de medida? Se trata de un proceso que supone la interacción de un observador (sujeto) con...