Cuando un experimento científico se realiza correctamente, produce resultados medibles. En una descripción simplificada, el sistema experimental puede ocupar distintos estados posibles en distintos momentos, y al final del proceso se obtiene un estado final verificable. En cualquier instante es posible intentar medir el estado del sistema; en la práctica, la medición es la acción que confronta la descripción teórica con un resultado observable.

Concepto

En la mecánica cuántica la descripción de un sistema difiere de la de la mecánica clásica porque la función de onda (o vector de estado) puede ser una superposición de varios componentes simultáneos. Cada componente corresponde a un estado propio de un observable, y la observación de ese observable da como resultado un valor propio asociado a alguno de esos estados. En la práctica, al realizar una medición se obtiene un único resultado y, según la formulación tradicional, la función de onda se reduce instantáneamente al estado correspondiente a ese resultado: a esto se denomina, en la interpretación de Copenhague, el colapso de la función de onda.

Evolución cuántica y el colapso

La evolución de un sistema aislado entre mediciones está descrita por la ecuación de Schrödinger, que es lineal y determinista. El colapso, tal como se plantea en la interpretación de Copenhague, es un proceso no unitario y aparentemente discontinuo que contrasta con la evolución continua de la ecuación de Schrödinger. Por esa razón se habla del problema de la medida: la teoría da reglas muy precisas para calcular probabilidades (por ejemplo, mediante la regla de Born) pero no ofrece una descripción unánime y completa del mecanismo que produce un único resultado concreto en una medición de entre las posibilidades superpuestas.

Enfoques y explicaciones

  • Interpretaciones que postulan un colapso efectivo: algunas interpretaciones instrumentales o la interpretación de Copenhague aceptan el colapso como parte del postulado matemático que conecta la teoría con los resultados experimentales.
  • Explicaciones mediante decoherencia: la interacción con el entorno puede causar que las fases relativas entre componentes de la superposición se vuelvan inobservables, lo que explica por qué aparecen resultados clásicos sin invocar un colapso físico objetivo; sin embargo, la decoherencia por sí sola no explica por qué se obtiene un único resultado en cada ensayo.
  • Interpretaciones sin colapso: teorías como la interpretación de los muchos mundos eliminan el colapso postulando que todos los resultados coexisten en ramas no comunicantes del universo, de modo que la aparente reducción es una selección subjetiva de la rama en la que se encuentra el observador.
  • Teorías de colapso objetivo: propuestas como las teorías de colapso espontáneo (por ejemplo, modelos tipo GRW) modifican la dinámica cuántica introduciendo procesos reales y aleatorios que localizan la función de onda y producen resultados singulares.

Historia y debates

La cuestión del colapso y de la interpretación de las predicciones cuánticas fue tratada desde los primeros años de la teoría. Werner Heisenberg fue uno de los primeros en exponer la descripción de la medida en trabajos de 1927 y posteriores; desde entonces, el tema ha sido controvertido entre físicos y filósofos de la ciencia. Erwin Schrödinger formuló el experimento mental conocido como del gato de Schrödinger para ilustrar la tensión entre la superposición cuántica y la experiencia macroscópica definitiva de un único resultado.

Hoy en día no existe un consenso absoluto sobre la naturaleza del colapso: el tema sigue siendo objeto de investigación teórica y experimental, y las distintas interpretaciones ofrecen marcos alternativos para entender cómo la teoría cuántica se conecta con los fenómenos observables.