Măsurarea în mecanica cuantică

În fizica cuantică, o măsurare este testarea sau manipularea unui sistem fizic pentru a obține un rezultat numeric. O caracteristică fundamentală a teoriei cuantice este că predicțiile pe care le face sunt probabilistice.

Procedura de găsire a unei probabilități implică combinarea unei stări cuantice, care descrie matematic un sistem cuantic, cu o reprezentare matematică a măsurătorii care trebuie efectuată asupra acelui sistem. Formula pentru acest calcul este cunoscută sub numele de regula Born. De exemplu, o particulă cuantică, precum un electron, poate fi descrisă printr-o stare cuantică care asociază fiecărui punct din spațiu un număr complex numit amplitudine de probabilitate. Aplicarea regulii Born la aceste amplitudini oferă probabilitățile ca electronul să fie găsit într-o regiune sau alta atunci când se efectuează un experiment pentru a-l localiza. Acesta este cel mai bun lucru pe care teoria îl poate face; nu poate spune cu siguranță unde va fi găsit electronul. Aceeași stare cuantică poate fi folosită și pentru a face o predicție a modului în care se va mișca electronul, dacă se efectuează un experiment pentru a măsura impulsul său în loc de poziția sa. Principiul incertitudinii implică faptul că, indiferent de starea cuantică, intervalul de predicții pentru poziția electronului și intervalul de predicții pentru impulsul său nu pot fi ambele înguste. Unele stări cuantice implică o predicție aproape sigură a rezultatului unei măsurători de poziție, dar rezultatul unei măsurători de impuls va fi extrem de imprevizibil și invers. Mai mult, faptul că natura încalcă condițiile statistice cunoscute sub numele de inegalități Bell indică faptul că imprevizibilitatea rezultatelor măsurătorilor cuantice nu poate fi explicată ca fiind datorată ignoranței cu privire la variabilele ascunse locale din cadrul sistemelor cuantice.

Măsurarea unui sistem cuantic modifică, în general, starea cuantică care descrie acel sistem. Aceasta este o caracteristică centrală a mecanicii cuantice, una care este atât complexă din punct de vedere matematic, cât și subtilă din punct de vedere conceptual. Instrumentele matematice pentru a face predicții despre ce rezultate ale măsurătorilor pot apărea și cum se pot schimba stările cuantice au fost dezvoltate în timpul secolului al XX-lea și utilizează algebra liniară și analiza funcțională. Fizica cuantică s-a dovedit a fi un succes empiric și a avea o aplicabilitate largă.

La un nivel mai filosofic, dezbaterile continuă cu privire la semnificația conceptului de măsurare. Diferitele interpretări ale mecanicii cuantice, preocuparea de a rezolva ceea ce este cunoscut sub numele de problema măsurării.

(Include texte traduse și adaptate din Wikipedia de Nicolae Sfetcu)