Mecánica cuántica: el fin de la guerra de interpretaciones

La mecánica cuántica está rodeada por un halo de misterio. A menudo, este halo surge debido al hecho de que las fuentes populares presentan el material sin adherirse a ninguna interpretación específica, y a veces intentan exprimir los hechos modernos en el lecho procrustense de la vieja interpretación de Copenhague.


Una lista de más de 17 interpretaciones se puede encontrar aquí . Toda esta larga lista surgió del hecho de que las fórmulas de la mecánica cuántica se adivinaron bastante rápido, pero durante mucho tiempo no entendieron lo que significan .

Ingredientes de la Interpretación de Copenhague

La interpretación de Copenhague ocupa un lugar especial: es uno de los primeros, si tomamos la cronología de ocurrencia. Pero, lo más importante, es el estándar para las explicaciones populares de facto de la mecánica cuántica. Aquí es donde van todos los problemas.

¿En qué partes está compuesta la QM moderna? La mecánica cuántica (relativista) es un cierto marco de fórmulas llenas de detalles sobre qué son las partículas elementales (la llamada colección de animales ) más los parámetros del Modelo Estándar . Estos son 19 números mágicos adimensionales, que la teoría no explica de ninguna manera. Pero este es un tema para otra discusión. Todo lo que se describe arriba, es una parte con fórmulas puras que es apreciada por los teóricos. Ahora dos ingredientes mágicos adicionales. Tocamos uno de ellos por ahora.

Colapso de la función de onda

Es una consecuencia de la medición. La medición es un proceso cuando los sistemas de mecánica cuántica casi sin peso entran en contacto con instrumentos de medición clásicos, aproximadamente lo mismo que durante la época de Niels Bohr:



A pesar del hecho de que para una gran cantidad de experimentos, la interpretación funcionó como un reloj, ninguno de sus partidarios pudo explicar claramente qué es una medición . Como regla, la recursión ocurre sepule sepule sepulcari medición / observación / observador ... que mide.

La presencia de un observador, junto con el hecho de que el colapso es parcial (en presencia de un observador razonable que puede sacar conclusiones) incluso dio lugar a la interpretación de Von Neumann-Wiener , que se llama un sueño de la razón, crea monstruos. El colapso creado por la conciencia . No tengo nada en contra de Neumann y Wiener, esto es solo una ilustración de lo mal que estaba todo. Incluso la conversación sobre interpretaciones alternativas se convirtió, si no en tabú, en una charla inútil:

Situación actual

Recientemente, especialmente gracias a la investigación en el campo de la computación cuántica, los sistemas de medición de instrumentos enormes con flechas se han reducido a sistemas pequeños, a veces midiendo en el orden de varios átomos. Y la frontera entre el sistema mecánico cuántico y los sistemas clásicos, que antes se habían desdibujado, se había borrado por completo.

¿Por qué este sistema de un par de átomos es un dispositivo de medición, pero este no lo es? ¿Dónde los grupos de átomos tienen las banderas "Estoy midiendo el dispositivo"? La interpretación de Copenhague ha alcanzado un punto muerto filosófico (que no disminuye su papel histórico y pedagógico).
Sin embargo, los físicos que trabajan en el campo de la computación cuántica no han sufrido estos problemas durante mucho tiempo, y por eso

Nueva esperanza

No hablaré sobre la interpretación de muchos mundos aquí . Hay mucha información sobre esta teoría (y a menudo incorrecta). De hechos interesantes, debe notarse que el primero en encontrarla no fue Everett sino Schrödinger .

Sin embargo, nos interesará, y ¿por qué la nueva teoría no ganó las mentes de inmediato (además del rechazo debido al hecho de que está "drogada")? Principalmente porque contradecía los hechos observados. Al observar el experimento con el gato Schrödinger, la teoría predijo que deberíamos haber visto esto:



Pero nunca verás objetos reales en superposición. Por lo tanto, por el momento, MWI era solo una hipótesis loca, hasta que se descubrió

Decoherencia cuántica

La decoherencia se detectó en la punta de la pluma a principios de los años 70. En los años 80 hubo un estudio activo de esta área. Ahora sin ella, la mecánica cuántica moderna y, especialmente, las computadoras cuánticas no se pueden imaginar. En la mitad de los artículos sobre computación cuántica, la palabra decoherencia está en el título, y en casi todos, en el cuerpo del artículo.

La decoherencia muestra que en la interacción de un sistema complejo (observador) con un cuántico (u otro sistema) se produce una diagonalización. Es decir, en lugar de dos siluetas borrosas de un gato vivo y un gato muerto, el sistema se convierte en dos casi independientes: un observador triste que ve un gato muerto y uno alegre que ve un gato vivo.

A diferencia del colapso de la función de onda, la decoherencia no necesita la magia de la "medición"; esto sucede con cualquier sistema que tenga muchos grados de libertad (lo cual es cierto para el cerebro y los dispositivos de observación macroscópicos). El proceso de decoherencia en sí es físico, es decir, debido al intercambio de un observador y un objeto por fotones (por ejemplo), no ocurre instantáneamente, y el fenómeno en sí no se propaga más rápido que la velocidad de la luz.

¿Pero qué pasa con el colapso de la función de onda?

La posición de los partidarios de la interpretación de Copenhague es muy débil. Después de todo, ahora no tienen uno, sino dos agentes completos, que proporcionan de qué colapso era responsable anteriormente. Obviamente, esto no puede ser así. Agarrando una pajita, intentan declarar a la decoherencia una explicación del colapso e incluso lo expresan como una victoria (dicen que antes el colapso fue mágico, pero ahora se explica)

El problema fatal con este enfoque es que la decoherencia es más débil que el colapso: explica por qué no vemos una mezcla vaga de diferentes estados de gatos, ¡pero no dice que solo quede un estado del gato! Es decir, el adherente de este enfoque debe adherirse de facto al MWI o aún arrastrar la sierra a la teoría, que cortará las ramas "innecesarias".

La regla de Bourne

La regla de Bourne es el último ingrediente que falta para MWI. En términos generales, esta es una muleta que explica cómo el grosor de las ramas afecta la realidad. Vas a trabajar En una de las ramas del multiverso, tu cerebro se retorció, te detuviste y te apresuraste a robar un banco, y en lugar de trabajar, terminaste en una cárcel. Afortunadamente, la intensidad de esta rama es muy baja. La regla explica que apenas observamos ramas tan delgadas. Hay una regla en otras interpretaciones, en particular, en Copenhague. Y en febrero de este año, se retiró la muleta .

Como la decoherencia derivada del formalismo de la mecánica cuántica suplantó el colapso, la regla de Bourne se dedujo (¡por fin!) De una manera puramente matemática. El último clavo en la tapa del ataúd de la interpretación de Copenhague fue martillado hace un mes. La historia ha terminado. Hora de hacer balance.

Resumen

Comparemos el estado actual del MWI y la interpretación de Copenhague y, como siempre, disipemos los mitos. Entonces

Copenhague = Fórmulas + Colapso de la función de onda + Regla de Bourne
MWI = Fórmulas + ... y no se necesita nada más

Por lo tanto, MWI es una teoría absolutamente minimalista (a veces incluso llamada interpretación NULL ). No implica ningún principio adicional que no sea el formalismo que se conoce desde hace mucho tiempo. Muchos creen que la navaja de afeitar de Occam corta el MWI porque el MWI " postula la existencia de otras ramas de la realidad no observables ". MWI simplemente no postula nada. La existencia de estas ramas se deriva inevitablemente de las fórmulas de la mecánica cuántica, como la estructura del espacio dentro de un agujero negro se sigue de las fórmulas de Einstein. Por el contrario, para que no haya ramas adicionales, solo tiene que postular la presencia de una "sierra", que corta continuamente estas ramas. Bueno, o langoliers:



De repente, en MWI, la mecánica cuántica es determinista, objetiva y local , bueno, solo una teoría de tubo caliente. Por supuesto, se determina globalmente (si observa el desarrollo de todas las ramas), esto se llama vista de pájaros y, desde el punto de vista del observador interno, la "vista de ranas", los eventos en el universo son aleatorios (pero estadísticamente obedecen la regla de Bourne).


(nuevamente de un artículo de Max Tegmark)

Algunos creen que MWI es un intento desesperado por devolver el determinismo a la ciencia.


Spoiler: ¡el viejo tenía razón!

No y no otra vez. En los foros de física, de alguna manera me preguntaba acerca de la motivación de los realistas acérrimos que lucharon una guerra desesperada con el teorema de Bell (en ese momento, no todas las lagunas en los experimentos estaban cerradas). El teorema de Bell prohíbe la existencia de teorías realistas locales en el marco de la mecánica cuántica; sin embargo, este teorema no se aplica al MWI. En consecuencia, para los amantes del realismo, cambiar a las banderas MWI resolvería todos los problemas (como me pareció). Pero no, los truenos y los rayos me golpearon: el precio de reconocer el multiverso para los realistas era absolutamente inaceptable , más inaceptable que incluso romper con su amado realismo. Esto lleva a la conclusión:

MWI: tienes que pagar por todo solo una vez. Aceptar la locura en una cosa, y todo lo demás será más fácil. O toda mi vida he estado girando en quimeras como el colapso , la confusión, el cambio instantáneo del estado de las partículas enredadas, sin importar cuán lejos puedan estar , o el dualismo de onda de partículas . Por cierto, el conocido Hawking era para MWI (la prueba de Martin Gardner informa que Hawking dice que MWI es "trivialmente cierto").

PS

Solicitar a la audiencia que lee mi artículo anterior que participe en una breve encuesta sobre el tema de la conciencia y Qualia AQUÍ en Google Forms

Gracias