Efeito do observador (física) - Observer effect (physics)

Parte de uma série de artigos sobre
Mecânica quântica
${\ displaystyle i \ hbar {\ frac {\ partial} {\ partial t}} | \ psi (t) \ rangle = {\ hat {H}} | \ psi (t) \ rangle}$ Equação de Schrödinger
Introdução Glossário História
Fundo Mecânica clássica Velha teoria quântica Notação de sutiã Hamiltoniano Interferência
Fundamentos Complementaridade Decoerência Emaranhamento Nível de energia Medição Não localidade Número quântico Estado Sobreposição Simetria Tunelamento Incerteza Função de onda Colapso
Experimentos Desigualdade de Bell Davisson – Germer Fenda dupla Elitzur-Vaidman Franck – Hertz Desigualdade de Leggett-Garg Mach – Zehnder Popper Borracha quântica Escolha atrasada gato de Schrodinger Stern – Gerlach Escolha atrasada de Wheeler
Formulações Visão geral Heisenberg Interação Matriz Espaço de fase Schrödinger Soma sobre histórias (integral do caminho)
Equações Dirac Klein – Gordon Pauli Rydberg Schrödinger
Interpretações Visão geral Bayesiano Histórias consistentes Copenhague de Broglie – Bohm Conjunto Variável oculta Local Muitos mundos Colapso objetivo Lógica quântica Relacional Transacional
Tópicos avançados Mecânica quântica relativística Teoria quântica de campos Ciência da informação quântica Computação quântica Caos quântico Matriz de densidade Teoria de dispersão Mecânica estatística quântica Aprendizado de máquina quântico
Cientistas Aharonov Sino Blackett Bloch Bohm Bohr Nascer Bose de Broglie Candlin Compton Dirac Davisson Debye Ehrenfest Einstein Everett Fock Fermi Feynman Glauber Gutzwiller Heisenberg Hilbert Jordânia Kramers Pauli Cordeiro Landau Laue Moseley Millikan Onnes Planck Rabi Raman Rydberg Schrödinger Sommerfeld von Neumann Weyl Wien Wigner Zeeman Zeilinger
v t e

Na física , o efeito do observador é a perturbação de um sistema observado pelo ato da observação. Muitas vezes, isso é o resultado de instrumentos que, por necessidade, alteram o estado do que medem de alguma maneira. Um exemplo comum é verificar a pressão em um pneu de automóvel; isso é difícil de fazer sem deixar sair um pouco do ar, alterando assim a pressão. Da mesma forma, não é possível ver nenhum objeto sem que a luz atinja o objeto e faça com que ele reflita essa luz. Embora os efeitos da observação sejam frequentemente insignificantes, o objeto ainda passa por uma mudança. Esse efeito pode ser encontrado em muitos domínios da física, mas geralmente pode ser reduzido à insignificância pelo uso de diferentes instrumentos ou técnicas de observação.

Uma versão especialmente incomum do efeito do observador ocorre na mecânica quântica , como melhor demonstrado pelo experimento de dupla fenda . Os físicos descobriram que a observação dos fenômenos quânticos pode realmente alterar os resultados medidos desse experimento. Apesar do "efeito do observador" no experimento de dupla fenda ser causado pela presença de um detector eletrônico, os resultados do experimento foram mal interpretados por alguns para sugerir que uma mente consciente pode afetar diretamente a realidade. A necessidade de o "observador" estar consciente não é apoiada por pesquisas científicas e tem sido apontada como um equívoco enraizado em uma compreensão insuficiente da função de onda quântica ψ e do processo de medição quântica.

Física de partículas

Um elétron é detectado na interação com um fóton ; essa interação inevitavelmente alterará a velocidade e o momento desse elétron. É possível que outros meios de medição menos diretos afetem o elétron. Também é necessário distinguir claramente entre o valor medido de uma quantidade e o valor resultante do processo de medição. Em particular, uma medição de momento não é repetível em intervalos curtos de tempo. Uma fórmula (unidimensional para simplificar) relacionando as quantidades envolvidas, devido a Niels Bohr (1928) é dada por

${\ displaystyle | v '_ {x} -v_ {x} | \ Delta p_ {x} \ approx \ hbar / \ Delta t,}$

Onde

Δ p _x é a incerteza no valor medido do momento,

Δ t é a duração da medição,

v _x é a velocidade da partícula antes da medição,

v '
x é a velocidade da partícula após a medição,

ħ é a constante de Planck reduzida.

O momento medido do elétron é então relacionado a v _x , enquanto seu momento após a medição está relacionado a v ′ _x . Este é o melhor cenário.

Eletrônicos

Na eletrônica , amperímetros e voltímetros são normalmente ligados em série ou paralelo ao circuito e, portanto, por sua própria presença afetam a corrente ou a tensão que estão medindo por meio da apresentação de uma carga real ou complexa adicional ao circuito, alterando assim a transferência função e comportamento do próprio circuito. Mesmo um dispositivo mais passivo, como um grampo de corrente , que mede a corrente do fio sem entrar em contato físico com o fio, afeta a corrente através do circuito que está sendo medido porque a indutância é mútua .

Termodinâmica

Em termodinâmica , um termômetro de mercúrio em vidro padrão deve absorver ou ceder alguma energia térmica para registrar uma temperatura e, portanto, altera a temperatura do corpo que está medindo.

Mecânica quântica

A fundamentação teórica do conceito de medição na mecânica quântica é uma questão controversa profundamente conectada às muitas interpretações da mecânica quântica . Um ponto-chave de foco é o colapso da função de onda , para o qual várias interpretações populares afirmam que a medição causa uma mudança descontínua em um estado próprio do operador associado à quantidade que foi medida, uma mudança que não é reversível no tempo.

Mais explicitamente, o princípio de superposição ( ψ = Σ _n a _n ψ _n ) da física quântica determina que, para uma função de onda ψ , uma medição resultará em um estado do sistema quântico de um dos m possíveis autovalores f _n , n = 1, 2, ..., m , do operador∧F que no espaço das autofunções ψ _n , n = 1, 2, ..., m .

Uma vez medido o sistema, sabe-se seu estado atual; e isso impede que ela seja em um de seus outros estados ⁠- tem aparentemente decohered a partir deles, sem perspectivas de futuro forte interferência quântica. Isso significa que o tipo de medição realizada no sistema afeta o estado final do sistema.

Uma situação experimentalmente estudada relacionada a isso é o efeito zeno quântico , no qual um estado quântico decairia se deixado sozinho, mas não decai por causa de sua observação contínua. A dinâmica de um sistema quântico sob observação contínua é descrita por uma equação mestre estocástica quântica conhecida como equação de Belavkin . Outros estudos mostraram que mesmo a observação dos resultados após a produção do fóton leva ao colapso da função de onda e ao carregamento de um histórico anterior, como mostrado pela borracha quântica de escolha atrasada .

Ao discutir a função de onda ψ que descreve o estado de um sistema na mecânica quântica, deve-se ter cuidado com um equívoco comum que assume que a função de onda ψ equivale à mesma coisa que o objeto físico que descreve. Este conceito defeituoso deve então exigir a existência de um mecanismo externo, como um instrumento de medição, que está fora dos princípios que regem a evolução temporal da função de onda ψ , a fim de dar conta do chamado "colapso da função de onda" após uma medição foi realizada. Mas a função de onda ψ não é um objeto físico como, por exemplo, um átomo, que tem massa, carga e spin observáveis, bem como graus de liberdade internos. Em vez disso, ψ é uma função matemática abstrata que contém todas as informações estatísticas que um observador pode obter das medições de um determinado sistema. Nesse caso, não há nenhum mistério real no fato de que esta forma matemática da função de onda ψ deve mudar abruptamente após a medição ter sido realizada.

Uma consequência do teorema de Bell é que a medição em uma das duas partículas emaranhadas pode parecer ter um efeito não local na outra partícula. Problemas adicionais relacionados à decoerência também surgem quando o observador é modelado como um sistema quântico.

O princípio da incerteza tem sido freqüentemente confundido com o efeito do observador, evidentemente até mesmo por seu originador, Werner Heisenberg . O princípio da incerteza em sua forma padrão descreve com que precisão podemos medir a posição e o momento de uma partícula ao mesmo tempo - se aumentarmos a precisão na medição de uma quantidade, somos forçados a perder a precisão na medição da outra. Uma versão alternativa do princípio da incerteza, mais no espírito do efeito do observador, explica totalmente a perturbação que o observador tem em um sistema e o erro incorrido, embora não seja assim que o termo "princípio da incerteza" é mais comumente usado na prática .

Referências