Espacio, tiempo y realidad física. Shahen Hacyan Instituto de Física UNAM AMC (2012)

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Diego Tebar Chávez
hace 7 años
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1 Física cuántica y filosofía kantiana Espacio, tiempo y realidad física Shahen Hacyan Instituto de Física UNAM AMC (2012)

2 Un poco de historia de la M C Discusiones sobre la naturaleza de la luz: Newton y Huygens. Maxwell: la luz es una onda electromagnética. 1900: Planck: quantum de energía E=hv 1905: Einstein: la luz es una partícula. 1907: Átomo de Rutherford 1913: Modelo atómico de Bohr 1923: de Broglie: dualidad onda-partícula 1925: Formalismo de Heisenberg, con Born y Jordan 1926 Ecuación de Schrödinger 1927 Born: función de onda y probabilidad. etc. etc. MÁS DISCUSIONES FILOSÓFICAS

3 Tres principios tres: COMPLEMENTARIEDAD INCERTIDUMBRE SUPERPOSICIÓN

4 Principio de complementariedad Onda o partícula? Niels Bohr

5 Principio de incertidumbre Heisenberg Δp Δx > ħ/2 p momento (masa x velocidad) x posición Propiedades complementarias

6 Principio de superposición Ecuación de Schrödinger Y La función de onda: una onda de probabilidad. Pero la ecuación es totalmente determinista!

7 PRINCIPIO DE SUPERPOSICIÓN Superposición de estados: Ψ c 1 Ψ 1 + c 2 Ψ 2 + c 3 Ψ 3 + c 4 Ψ 4 + c 5 Ψ

8 Colapso de la función de onda c 1 Ψ 1 + c 2 Ψ 2 + c 3 Ψ 3 + c 4 Ψ 4 + c 5 Ψ Ψ k La observación provoca la aparición de uno de los estados ( el cual adquiere realidad física!), con amplitud de probabilidad c k

9 El gato de Schrödinger

10 Dos interpretaciones Interpretación de Copenhague (Bohr): Las propiedades de un sistema atómico no tienen realidad física antes de ser medidas. Sólo se puede calcular la probabilidad de observar un átomo con ciertas propiedades en un determinado estado. Interpretación realista (Einstein): Todas las propiedades de un sistema atómico tienen realidad física independientemente de si se observan o no. Si la mecánica cuántica no puede predecir qué propiedades tiene, entonces es una teoría incompleta.

12 Realidad: Posición o momento Posición Posición Momento Momento

13 Espacio-tiempo de Minkowski

14 Más rápido que la luz? Taquiones

15 Taquiones y máquinas del tiempo Debido a la estructura del espacio-tiempo, viajar a mayor velocidad que la luz es equivalente a viajar hacia atrás en el tiempo.

16 Einstein vs. Bohr La física debe estar libre de toda acción fantasmal a distancia! Einstein

Teorema de Bell En 1965, John Bell mostró que es posible distinguir entre las interpretaciones de Bohr y Einstein. Para ello se mide las correlaciones entre las propiedades (por ej.

17 Teorema de Bell En 1965, John Bell mostró que es posible distinguir entre las interpretaciones de Bohr y Einstein. Para ello se mide las correlaciones entre las propiedades (por ej.: ángulo de polarización) de pares de fotones emitidos por átomos en direcciones opuestas. Los experimentos, realizados a partir de 1980, confirman la interpretación de Copenhague! La acción fantasmal a distancia existe!

19 Coexistencia pacífica entre relatividad y mecánica cuántica Las correlaciones cuánticas sólo se pueden explicar suponiendo que hay transmisión instantánea de información. Pero... La acción fantasmal no puede transmitir toda la información, sólo parte de ella. La información total se recupera con la otra parte transmitida por medios clásicos.

20 Tecnología cuántica para el siglo XXI Criptografía Teleportación cuántica Computadoras cuánticas (qubits)

21 Qué es el espacio? Qué es el tiempo?

22 Qué es el tiempo? Si nadie me pregunta, lo sé. Si tengo que explicarlo, no lo sé. San Agustín

23 El problema de la flecha del tiempo Irreversibilidad Las leyes de la física no cambian ante una inversión del tiempo y sin embargo, el tiempo fluye en una sola dirección (o así parece)

24 Entropía: aumenta al pasar el tiempo Medida del desorden Energía irrecuperable

25 Entropía: aumento del desorden

26 El tiempo fluye de pasado a futuro porque es muchísimo más probable así que al revés. Problema de las condiciones iniciales, no de las leyes de movimiento.

27 Entropía: la irrevesibilidad

29 Conclusiones El problema de la flecha del tiempo no está resuelto. El tiempo fluye de pasado a futuro porque es muchísimo más probable ( pero no imposible al revés!) Dónde está la flecha del tiempo?

30 ESPACIO Y TIEMPO Primera polémica de la era moderna: Newton ( ) vs. Leibniz ( )

31 Física clásica Newton en los Principia tiempo, espacio y movimiento hay que distinguir el tiempo, el espacio, el lugar, - y el movimiento entre absolutos y relativos, verdaderos y aparentes, matemáticos y vulgares.

32 Leibniz Espacio y tiempo no tienen realidad física. Son relaciones entre objetos. espacio es el orden de coexistencias como tiempo es el orden de sucesiones Correspondencia Leibniz-Clarke

33 Después de Newton y Leibniz Leibnizianos (espacio y tiempo no tienen realidad física): Kant (circ. 1800). Espacio y tiempo como formas de intuición a priori. Poincaré (circ. 1900): geometría como convención. Newtonianos (espacio y tiempo tienen realidad física): Lobachevski, Riemann, Helmholtz (s. XIX). Geometrias no-euclideanas. Einstein (s. XX). Relatividad general. Espacio-tiempo con propiedades dinámicas

34 Kant ( ): Crítica de la razón pura Kant se propone como meta elucidar el origen del conocimiento humano y determinar los verdaderos límites de la razón. Ese famoso tratado inicia con la frase: No hay duda de que todo nuestro conocimiento comienza con la experiencia...

35 Kant: Si bien todo nuestro conocimiento comienza con la experiencia, de ningún modo se infiere que todo se origine de la experiencia. Por el contrario, es muy posible que nuestro conocimiento empírico sea una combinación de aquello que recibimos a través de nuestros sentidos,* y aquello que la capacidad de cognición proporciona por sí misma. Crítica de la razón pura *siglo XX: aparatos de medición ( diría Bohr?)

36 Kant El conocimiento tiene dos fuentes: la sensibilidad y el entendimiento Existen juicios sintéticos a priori Espacio y tiempo son formas puras de intuición, dadas a priori

37 Según Kant, espacio y tiempo son dos formas de intuición que nos permiten percibir el mundo exterior e interior, respectivamente.

38 Para nosotros, físicos convencidos, el tiempo es sólo una ilusión, aunque muy persistente... A. Einstein (Carta a la Sra Besso)

39 FIN

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