Una breve historia de las alternativas cuánticas

La mecánica cuántica de "Copenhague" dice que la realidad no existe hasta que se mide, por lo que muchos continúan buscando alternativas a esta interpretación

En 1915, Albert Einstein, con la ayuda de sus amigos, desarrolló la teoría de la gravedad , que convirtió todo lo que consideramos la base misma de la realidad física. La idea de que el espacio que habitamos no puede ser completamente descrito por la geometría euclidiana era incomprensible; tanto es así que el filósofo Immanuel Kant, en muchos sentidos un pensador radical, dijo que ninguna teoría de la física podría hacerle frente.

El físico Werner Heisenberg más tarde señaló el significado del error de Kant. El gran filósofo postuló que nuestra comprensión intuitiva de la antigua geometría de Euclides significaba que era una base necesaria de la realidad física. De hecho, esto resultó ser incorrecto, cuestionando todo el sistema filosófico de Kant.

A pesar de una ruptura radical con las ideas pasadas sobre el espacio y el tiempo, las teorías de Einstein pronto se unieron a las ideas de Newton como parte de la " física clásica ". La humanidad se vio obligada a hacer esto porque la revolución del pensamiento científico resultó ser tan profunda que creó una huella brillante en la historia de la ciencia: el desarrollo de la teoría de la física cuántica.

¿Qué se puede llamar una revolución científica más profunda que la teoría general de la relatividad? ¿Qué podría crear un cambio tectónico más poderoso que la idea de que el espacio y el tiempo mismos están curvados por la materia?

Para entender esto, primero debemos tratar de entender: tal es la extrañeza inherente inherente a la mecánica cuántica. Tan pronto como empecemos a sentirnos incómodos en el mundo cuántico, comenzaremos a entender por qué, después de la aparición de KM en el escenario, los físicos intentaron crear alternativas para él, alternativas que recrean las mismas correspondencias fantásticas con los experimentos, al tiempo que preservan una parte del núcleo clásico que es consistente con nuestro profundo Una comprensión intuitiva de cómo debe comportarse la naturaleza.

Todo lo que sabes está mal

Nuestra profunda comprensión intuitiva de la naturaleza de la realidad surge de la observación y la interacción con el mundo que nos rodea, desde la infancia. Incluso antes de que podamos expresarlo, comenzamos a comprender las relaciones causa-efecto. La causa de cualquier evento que ocurra es otro evento que ha ocurrido. El mundo es predecible.

Más tarde nos volvemos más sofisticados. Reconocemos que nuestra comprensión de las causas es limitada y somos conscientes de la incertidumbre de sus consecuencias. Quizás incluso estudiemos teoría de la probabilidad y estadística y aprendamos a expresar los límites de nuestro conocimiento en forma matemática. Pero creemos que estas son solo nuestras limitaciones y que invisible para nosotros la naturaleza detrás de escena continúa usando las reglas exactas de causa y efecto. Cuando lanzamos una moneda, es solo la falta de información sobre el movimiento de la moneda y el aire lo que nos hace decir que la probabilidad de que un águila caiga es de un segundo. Suponemos que si supiéramos todos los detalles y tuviéramos una computadora lo suficientemente grande como para realizar los cálculos, no tendríamos que depender de las probabilidades.

Sin embargo, una visión tan "realista" de las cosas no puede sobrevivir (y no sobrevivió) a los datos duros obtenidos en experimentos con fotones y otras partículas subatómicas. No fueron los físicos quienes, debido a su obstinada intratabilidad, decidieron crear una teoría que contradiga nuestros sentimientos intuitivos más preciados acerca de la realidad: de hecho, estos resultados experimentales se negaron obstinadamente a corresponder a ninguna interpretación clásica. La invención del formalismo cuántico fue un acto de desesperación, el único que funcionó. Si nos limitamos a hacer preguntas permitidas por la teoría cuántica, seremos recompensados ​​con las respuestas correctas. Pero si persistimos en tratar de aclarar lo que la teoría nos dice, usando los conceptos del mundo clásico, entonces nos confundiremos.

Como estudiante de física, vi una demostración de entrenamiento de lo que me permitió echar un vistazo a la extrañeza invisible del mundo que nos rodea. Puede repetir este experimento en casa, usando solo una linterna o un puntero láser, así como tres filtros polarizadores (también puede usar lentes de gafas de sol rotas con polarización). Coloque los dos filtros en una fila, dejando un espacio entre ellos. Pase la luz a través de este par y gire un filtro hasta que la luz deje de pasar; sus ejes de polarización se volvieron perpendiculares. Ahora inserte el tercer filtro entre los dos primeros. Verá que la luz comienza a pasar a través de esta estructura: de alguna manera, agregar un filtro adicional permite que la luz pase.

Esta demostración fue parte de la parte introductoria del curso sobre mecánica cuántica. Durante varias semanas estuvimos inmersos en el formalismo de la teoría cuántica, de la cual este comportamiento aparentemente paradójico surge como una consecuencia trivial.

Hay personas que afirman que no hay paradoja y que tal comportamiento puede explicarse con el enfoque clásico. Y en cierto sentido, tienen toda la razón. Pero los resultados de la demostración de escritorio, que sorprenden a los estudiantes que ya están familiarizados con la física clásica, obviamente surgen del formalismo cuántico. Y eso significa algo.


Experimento de dos huecos con electrones.

Los científicos de las primeras décadas del siglo pasado se enfrentaron a resultados experimentales mucho más sorprendentes e inexplicables. A menudo mencione el experimento anterior con dos ranuras. Al realizar este experimento con electrones o fotones, obtenemos los mismos resultados: una imagen de interferencia, como si surgieran dos ondas interferentes de dos rendijas. Esto muestra que la luz es una onda y que incluso las partículas con masa, como los electrones, parecen comportarse en condiciones como las ondas.

Pero el experimento se puede cambiar de dos formas curiosas. Primero, si disminuye la frecuencia de emisión de partículas (fotones, electrones o incluso moléculas enteras) de modo que solo una partícula pase a través de las rendijas a la vez, el resultado no cambiará. ¡Esto debería significar que la partícula se divide de alguna manera en dos, pasa a través de ambas ranuras e interactúa consigo misma! En segundo lugar, si realiza algún cambio en la configuración para que solucione a través de qué espacio pasa la partícula, el patrón de interferencia desaparece y se reemplaza por un patrón que podría esperarse si las partículas fueran partículas ordinarias sin propiedades de onda: solo dos distribuciones simétricas, centrado en relación con cada una de las ranuras.

Fue difícil encontrar una teoría que explicara los resultados y se adaptara a todos. Parecía que los fotones o electrones a veces decidían comportarse como ondas, y a veces como partículas, dependiendo de lo que el experimentador quisiera mirar.

Entonces todo se volvió aún más extraño. Las tecnologías se han desarrollado hasta tal punto que podemos elegir qué tipo de medición hacer después de que la partícula ha comenzado su viaje. Los resultados de tales experimentos de "elección retrasada" siguieron siendo los mismos. Si miramos para ver qué dirección ha elegido la partícula, entonces la interferencia se destruye. Si nos alejamos, por así decirlo, entonces regresa el patrón de interferencia familiar. Sin embargo, la partícula tuvo que "decidir" si se comportaría como una partícula o como una onda antes de pasar por las grietas y antes de crear la configuración final del experimento.

Los resultados de los experimentos con selección diferida llevaron a más de un físico a suponer que la información sobre la elección del comportamiento de una partícula u onda se transmite en el tiempo, desde el momento de la elección en algún momento antes de que la partícula pase a través del dispositivo. El hecho de que este supuesto se haya discutido con total seriedad debería darle una idea de lo difícil que fue explicar los resultados de los experimentos en el micromundo utilizando un conjunto de conceptos (como la causalidad ), tomados de nuestras visiones realistas del mundo. La explicación de retroceder en el tiempo duró hasta un momento reciente cuando realizamos un experimento con átomos de helio lentos y fríos en un esquema similar. Los átomos pasaron a través del aparato bajo la influencia de la gravedad, por lo tanto, transcurrió un tiempo considerable entre el momento del paso y la elección del método para observarlos. Aunque los físicos a veces describen algunos procesos subatómicos muy rápidos como el uso de una forma limitada de viajar en el tiempo, la larga duración de los experimentos con helio hizo imposible tal explicación.

¿Qué nos queda? Los resultados de estos y muchos otros experimentos son simplemente imposibles de describir utilizando conceptos tradicionales basados ​​en la realidad: que los objetos existen con un cierto conjunto de propiedades; que si decidimos no medir una propiedad individual, todavía tiene algún significado. Los físicos tenían experiencia trabajando con incertidumbre mucho antes de la revolución cuántica, pero esta incertidumbre era de un tipo completamente diferente. Era una incertidumbre del conocimiento , lo que implicaba un nivel desconocido, pero existente, de realidad determinada bajo lo que percibimos directamente.

Si descartamos todos estos conceptos que son tan fundamentales para nuestra comprensión del mundo, ¿por qué deberíamos reemplazarlos? Después de todo, no solo se convirtieron en una parte intuitiva de nuestra experiencia cotidiana, sino que también sirven como la base de otras áreas de la ciencia.

Lo que no vemos

En el siglo XIX, el determinismo a nivel microscópico condujo al primer gran éxito del razonamiento probabilístico en física: la teoría cinética de los gases . Se basó en la vieja idea de que la materia consiste en una gran cantidad de átomos simples que se repelen entre sí como pelotas de ping-pong submicroscópicas. Gracias a algunas suposiciones simples, así como a una buena parte de las matemáticas que crearon la teoría cinética, los científicos pudieron derivar las leyes de la termodinámica que conocemos como valores promedio del comportamiento de los átomos ideales. La teoría cinética ha demostrado cómo los fenómenos que observamos pueden surgir del comportamiento promedio de muchos procesos que no podemos observar directamente. Sin embargo, estos comportamientos promediados actuaron de acuerdo con las bien conocidas leyes deterministas de la mecánica clásica: toda la teoría se basó en ellas.


Partículas que muestran movimiento browniano.

Incluso en el siglo XX, muchos científicos no creían en la realidad de los átomos. El punto de inflexión fue el artículo de Einstein sobre la moción browniana, publicado en 1905. Se utilizó el razonamiento estadístico, que mostró que el movimiento aleatorio de las partículas de polen suspendidas en el agua puede explicarse por el bombardeo de un conjunto invisible de partículas.

Einstein recibió su Premio Nobel no por este trabajo, y no por otro artículo en 1905, en el que introdujo el concepto de relatividad E = mc ² . El premio le fue otorgado por otro trabajo publicado en el mismo año y dedicado al efecto fotoeléctrico. Esta publicación lanzó involuntariamente un proceso que condujo al colapso de nuestra realidad clásica.

El galardonado artículo de Einstein explicó muchos de los misteriosos resultados de los experimentos sobre la interacción de la luz y la materia. Se postula que la luz es absorbida y emitida por la materia por cantidades discretas de energía llamadas cuantos . Este trabajo marcó el nacimiento de la física cuántica, y este hijo de Einstein comenzó a desarrollarse en una dirección que irritó incluso a su propio padre.

Las siguientes dos décadas fueron testigos de una explosión de investigación experimental en un nuevo campo de la física y la química atómicas. El electrón se liberó de los grilletes del átomo y comenzó a experimentar directamente con él. Comenzaron a aparecer fenómenos más extraños en los resultados de los experimentos, aparecieron varias teorías y modelos incompletos, aparecieron interpretaciones matemáticas para describir el micromundo. Todo comenzó a juntarse gradualmente y los físicos finalmente pudieron predecir los resultados experimentales. Pero esto requería una estructura matemática abstracta inusual y un conjunto de reglas que lo conectaran con los aspectos medidos de la naturaleza, a saber, la mecánica cuántica. (Esta historia se cuenta en un libro muy bien escrito de David Lindley).

En la tercera década del siglo XX, casi todos los científicos aceptaron la realidad de los átomos e incluso de partículas más pequeñas. Pero los representaban como pequeñas versiones invisibles de objetos familiares: se usaron planetas, bolas de billar y granos de arena para comparar. La mayoría de los científicos que no pertenecían al pequeño círculo que creó o entendió la nueva teoría asumieron que era otra versión de algo así como una teoría cinética de los gases. Y hoy, la mayoría de las personas probablemente piensan de manera similar: los átomos y otros componentes del micromundo pueden tener propiedades exóticas y seguir reglas matemáticas extrañas, pero al menos participan en la realidad que conocemos. Sin embargo, la mecánica cuántica afirma lo contrario.

Una de las figuras clave en su desarrollo es Niels Bohr (con una influencia significativa de Max Born y Werner Heisenberg), quien también fue una de las figuras más extrañas en la historia de la física. Bohr era un filósofo físico, aburría a sus colegas al pronunciar oraciones largas, detalladas, a veces incomprensibles. Aunque indudablemente conocía perfectamente la teoría y era conocido por resolver varios acertijos en la etapa inicial de la investigación atómica, a menudo prefería conversaciones ociosas e inútiles a manipular ecuaciones. Insistió en la necesidad de comprender el significado de todo. (Su búsqueda del significado no fue compartida por algunos de los otros pioneros de la física cuántica, porque ya habían comenzado a investigar con el enfoque de Cállate y Calcule ).


Escudo de armas de la familia de Niels Bohr.

En parte inspirado por la teoría de la física, que ayudó a crear, Bohr gradualmente comenzó a desarrollar su lado místico e incluso agregó el símbolo "yin-yang" a su escudo de armas.

Esta primera comprensión o interpretación de la mecánica cuántica más tarde se conoció como la "interpretación de Copenhague" en honor de la Universidad de Bohr. Sigue siendo la visión estándar de la mecánica cuántica, a pesar de que no existe una definición formal. Más bien, es un conjunto de reglas prácticas universalmente respaldadas relacionadas con aquellas partes de la teoría que se pueden observar en el laboratorio. Se pueden formular de varias maneras; Aquí hay una versión que refleja una comprensión moderna de los aspectos principales:

• El estado (posición, momento, etc.) del sistema está completamente determinado por su "función de onda", un objeto matemático que se transforma determinísticamente de acuerdo con las ecuaciones de la mecánica cuántica. La función de onda no se puede observar directamente; sin embargo, nos da la probabilidad de que, en el momento de la medición, encontremos el sistema en un estado específico. Tales "sistemas" pueden ser partículas elementales, por ejemplo, electrones y protones, átomos o incluso moléculas grandes. En el proceso de medición, la función de onda y sus probabilidades se "contraen" con el valor medido.
• No hay "realidad" aparte del cálculo de probabilidades. No hay una capa subyacente de determinismo; No hay mecanismos ocultos que registren lo que se medirá antes de tomar medidas. Estas probabilidades no reflejan la falta de nuestro conocimiento, como en la física estadística clásica, porque no hay nada que saber. Solo hay probabilidad.
• Existen limitaciones fundamentales de lo que se puede medir, descrito por relaciones de incertidumbre: ciertos pares de cantidades se pueden medir simultáneamente con un cierto grado de precisión (posición-momento y tiempo-energía son ejemplos). Esto no tiene nada que ver con la tecnología o los métodos experimentales; Estas limitaciones son parte de la naturaleza y no se pueden evitar.

La interpretación de Copenhague se adapta bien a todas las complejidades que rodean los fenómenos, como los experimentos con selección diferida descritos anteriormente. No es necesario enviar señales misteriosas que viajen en el tiempo, o crear teorías complejas diseñadas para preservar nuestras ideas sobre la realidad. Solo necesitamos abandonar estas ideas y aceptar el hecho de que las propiedades no existen independientemente de su medida. Los valores se vuelven reales solo cuando se miden, y la mecánica cuántica nos dice que son solo las probabilidades de varias realidades.

¿No hay salida?

Las consecuencias de la mecánica cuántica, junto con la interpretación de Copenhague, son poco intuitivas, extrañas y metafóricamente inaceptables. Fue la primacía de las probabilidades y la destrucción de la causalidad determinada lo que hizo que Einstein objetara que Dios "no juega a los dados con el mundo". Entonces, ¿por qué los físicos están felices de aceptar esta teoría? ¿Por qué no podemos decir que puede haber "parámetros ocultos" deterministas que se han convertido en las causas de las probabilidades del mundo cuántico?

La razón más importante e inmediata es el teorema de Bell.Este teorema, probado por John Stuart Bell en 1964, muestra que si hay una capa de parámetros ocultos que no podemos medir, entonces ciertos experimentos deberían dar ciertos resultados. Hasta la fecha, hay mucha evidencia de experimentos extremadamente precisos de que las mediciones no producen tales resultados. La lógica requiere el reconocimiento de que en el micromundo no hay una capa determinista desconocida.

El teorema de Bell puede permitir que nuestros resultados experimentales y parámetros ocultistas deterministas coexistan solo bajo una condición: la influencia de estos parámetros debe propagarse más rápido que la velocidad de la luz. Sin embargo, tal influencia no puede ser una transferencia de información verdadera y clásica, porque la posibilidad de esto está excluida por la teoría especial de la relatividad. Como señaló Einstein, mover la información más rápido que la velocidad de la luz violará aún más nuestras ideas sobre las causas y los efectos: permitirá que los efectos precedan a las causas, incluso a nivel de macrocosmos.

Otra posibilidad es permitir que los parámetros ocultos transmitan el efecto efímero de la mecánica cuántica, que se propaga instantáneamente, pero no transfiere información en el sentido clásico. Einstein, burlonamente, llamó a estas misteriosas influencias "acción terrible de largo alcance", pero es con ellas que explicamos los resultados de las mediciones de partículas enredadas. Para ellos, medir el estado de una partícula puede decirnos cuál será el resultado de medir otra partícula ubicada a una distancia arbitraria. Las teorías que evitan la influencia del teorema de Bell, permitiendo la existencia de variables ocultas que transmiten algún efecto instantáneo a distancia, se denominan "teorías no locales de parámetros ocultos". Pero son la única forma de hacer que la mecánica cuántica sea más cómoda para nosotros.


Experimento menos conocido con la tubería Schrödinger.

La libertad tiene un precio

No debe sorprenderse que los físicos hayan estado buscando una salida a la situación desde los primeros días de la mecánica cuántica. Pero, ¿cómo podría ser posible otra cosa si el teorema de Bell no nos deja ninguna salida?

Cualquier teorema siempre se basa en suposiciones, explícitas e implícitas. La prueba de Bell utiliza matemáticas bastante simples, y parece que no se aplican suposiciones que no aceptaríamos como verdaderas. Pero los problemas desesperadamente complejos inspiran a las personas a tomar medidas desesperadas. teóricos cuánticos han buscado alternativas a la interpretación de Copenhague, la exploración de algunos de los bastidores de los supuestos - los que rara vez se cuestionan, porque nadie puede imaginar que no son verdad.

Lógica cuántica

Una de estas suposiciones inexploradas afecta las reglas de la lógica en las que se basa cualquier tipo de razonamiento, incluidas las matemáticas. Las interpretaciones de la mecánica cuántica que cambian la lógica misma, tratando de reemplazar algo, se llaman lógica cuántica . Este campo de conocimiento tiene un pedigrí respetable y proviene de John von Neumann, un excelente estudioso que escribió la formulación matemática temprana de la teoría cuántica. En la década de 1930, demostró que la estructura matemática de la teoría está vinculada a la lógica que es diferente de la física subyacente de la lógica aristotélica. La investigación en esta área continúa siendo un campo de estudio exótico (y encantador); Hasta ahora, nadie ha creado una alternativa satisfactoria y totalmente funcional a la interpretación de Copenhague.

Aunque esta área es muy profunda y bastante misteriosa, hay ejemplos simples de cómo la lógica familiar no encaja bien en el mundo cuántico y cómo crear una alternativa a ella. Uno de los primeros en la literatura es una idea cuántica única de superposición de estados. En el mundo cuántico, nuestras nociones habituales de realidad son reemplazadas por una función de onda, que nos da las probabilidades de detectar un sistema en varios estados. Si el sistema solo puede estar en uno de los dos estados, antes de que se realicen las mediciones, se encuentra en un estado que no es ninguno de ellos, o ambos, en superposición. Un ejemplo popular de esto es un experimento mental con el gato Schrödinger, que se considera vivo y muerto hasta que se abre la caja en la que se sienta. Un experimento es un conflicto dramático con la mecánica clásica y nuestras ideas cotidianas sobre la realidad: un "gato" requiere que el sistema esté en uno de los dos estados posibles, y solo el acto de medición nos revela cuál ha sido el estado todo este tiempo.


Erwin Schrödinger

Una de las formas posibles de dar significado a la superposición es aplicar otras reglas de la lógica. En nuestra lógica habitual, si el enunciado p (por ejemplo, "el electrón está en el estado con el espín orientado hacia arriba") es falso, y el enunciado q ("el electrón está en el estado con el espín orientado hacia abajo") es falso, entonces p ∨ q (donde ∨ significa " o ") también debe ser falso. Esto es exactamente lo que sucede con las mediciones clásicas. En mecánica cuántica, p no puede ser verdadero a menos que se mida. Si debe considerarse "falso" en el sentido clásico, o algo más, es otra cuestión. Del mismo modo, q tampoco puede ser verdad. Sin embargo, la combinación p ∨ q debe ser verdadera, porque esta es la definición de la superposición en la que se encuentra el electrón antes de la medición. Por lo tanto, nuestra lógica cuántica debería permitir que p ∨ q sea verdadera cuando ni p ni q son verdaderas, a diferencia de la lógica de Aristóteles.

Puede parecer extraño confiar en un cambio en las reglas de la lógica misma. Pero de esta manera podemos reducir la extrañeza de la mecánica cuántica a uno o dos niveles, desde el nivel de la física hasta el nivel de las reglas, que podemos usar para razonar.

Mecánica estocástica

Esta interpretación, o explicación de la mecánica cuántica, deja la lógica intacta, pero agrega un nuevo proceso físico. La rama moderna y prometedora de la mecánica estocástica comenzó con un artículo de 1966 de Edward Nelson, quien audazmente declaró:

"En este artículo debemos demostrar que una desviación radical de la física clásica causada por el surgimiento de la mecánica cuántica hace cuarenta años".

El principal resultado del artículo es impresionante: el autor deriva la ecuación de Schrödinger, la ecuación central de la mecánica cuántica, suponiendo que las partículas están expuestas a fuerzas aleatorias que oscilan rápidamente. En consecuencia, las partículas microscópicas, como los electrones, exhiben algo similar al movimiento browniano.. Derivando la ecuación, Nelson usa activamente las matemáticas de la física estadística.

Desde el artículo de Nelson, esta área se ha desarrollado constantemente y ha atraído a una gran comunidad de investigadores. Algunos de sus éxitos intrigantes incluyen la explicación del momento angular cuantificado ("atrás"), las estadísticas cuánticas y el famoso experimento de dos piezas . Sin embargo, la mecánica estocástica aún está lejos de reemplazar la interpretación de Copenhague o la mecánica cuántica tradicional. Utiliza lo que parece una acción instantánea no física a distancia y proporciona predicciones incorrectas en algunos tipos de mediciones. Sin embargo, sus apologistas no se rinden. Como Nelson dice al analizar de este tema, "¿cómo puede una teoría ser tan correcta y al mismo tiempo tan errónea?"

Teoría de la onda piloto

Esta versión de la mecánica cuántica vuelve a los inicios del campo. Si Einstein colocó la primera pieza del rompecabezas cuántico en 1905, cuando explicó cómo la luz es absorbida y emitida por la materia en cantidades discretas, Louis de Broglie puso el segundo fragmento en 1924. De Broglie afirmó que si bien las ondas de luz pueden comportarse como partículas, las partículas como los electrones pueden comportarse como ondas.

Al año siguiente, de Broglie describió su teoría de la onda piloto , en la cual las ondas de materia observadas en objetos físicos reales son generadas por el movimiento de partículas. En cierto modo, esta fue la interpretación inicial de la mecánica cuántica, pero pronto fue derrotada por la interpretación de Copenhague. Las ideas de De Broglie fueron redescubiertas en la década de 1950 por David Bohm, quien les dioun mayor desarrollo . En esta formulación, la función de onda también está controlada por la ecuación de Schrödinger, pero la teoría del piloto de onda agrega una ecuación derivada que afecta directamente el movimiento de las partículas. Se considera que las partículas tienen trayectorias reales que existen independientemente de las mediciones; Los efectos cuánticos característicos, como la interferencia en un experimento con dos rendijas, surgen de trayectorias complejas a lo largo de las cuales los electrones o fotones siguen durante el experimento. Esta interpretación recrea una gran proporción del comportamiento del mundo cuántico, manteniendo el realismo. Devuelve la probabilidad a nuestro lugar habitual, es decir, la probabilidad vuelve a ser un indicador de nuestro conocimiento incompleto, y no una parte integral de la naturaleza.


Louis de Broglie

Un serio obstáculo para la teoría del piloto de olas es que las trayectorias de partículas que crea son complejas y a menudo extrañas; Otro obstáculo es que requiere una extrema no localidad, que en principio describe el movimiento de una partícula como dependiente del estado de todas las demás partículas en el universo. Sin embargo, esta teoría es considerada por muchos físicos como la alternativa más prometedora a la interpretación de Copenhague y está siendo estudiada activamente .

Una característica intrigante de la teoría de la onda piloto es la posibilidad de observar análogos de algunos de los comportamientos predichos característicos del micronivel a escala macroscópica. Video Experimental las gotas repelentes de aceite exhiben un comportamiento sorprendente en el que las gotas juegan el papel de partículas subatómicas, y el baño de aceite sobre el que están suspendidas realiza algunas de las funciones de una onda piloto.

Mundos múltiples

La interpretación de "muchos mundos" de la mecánica cuántica hizo mucho ruido en la prensa popular. Por lo tanto, muchas personas, incluidos algunos físicos, han adquirido puntos de vista incorrectos sobre esta teoría.

Esta interpretación no insiste en crear un nuevo universo para cada dimensión, como generalmente se cree. Simplemente toma en serio la mecánica cuántica tradicional como una descripción de nuestro universo y todo lo que hay en él. La mecánica cuántica describe una partícula, por ejemplo, un electrón, como existente en una superposición de todos los estados posibles; al medir, la superposición se reemplaza por el estado medido. El punto de vista de múltiples mundos amplía la idea de superposición para controlar todo, incluida la instalación de medición y sus operadores. Defiende la opinión de que, para garantizar la integridad, el mundo entero debe existir en una superposición.

El concepto de "muchos mundos" se refiere a una superposición de estados aplicados a todo el mundo; cada estado potencial, o el Universo, ya existe en el sentido mecánico-cuántico, en el que cada estado posible de una partícula subatómica tiene una existencia potencial. Medir el estado de una partícula selecciona un posible resultado y lo hace real. Al mismo tiempo, la medición elige un posible resultado para el Universo: el que el experimentador obtuvo con esta medición en particular.

Los mundos múltiples se consideran deterministas y eliminan la necesidad de contracción de la función de onda. Sus críticos afirman que todavía no puede deshacerse del papel central de la probabilidad y no puede contener la gravedad.

Hay muchos otros enfoques alternativos que simplemente no tenemos suficiente espacio para describir. A menudo están más cerca de la metafísica que de la física. Una de estas ideas, ubicada entre la ciencia y la filosofía, es el superdeterminismo . Aunque esta idea aún no ha sido capaz de recrear los resultados de la mecánica cuántica, ha atraído una atención constante, quizás debido a la reputación de su principal apologista, el premio Nobel de física, Gerard 't Hooft. Se suponía que el superdeterminismo era una laguna en el teorema de Bell y en realidad fue descrito como posible por el propio Bell. La teoría evita los supuestos básicos del teorema de Bell al considerar todo en el universo, incluida la elección de medidas del experimentador, tal como se define desde el principio de los tiempos. Naturalmente, niega cualquier posibilidad de libre albedrío. Un desarrollo interesante de la teoría en esta área es el intento de Hooft de implementar sus ideas mediante la creación de un modelo de mecánica cuántica en un autómata celular.

Ansiedad Metafísica Metafísica

Einstein tenía un buen dominio de la palabra y entendía profundamente la naturaleza. Nos dejó dos frases coloridas que seguimos citando para expresar nuestra insatisfacción con los aspectos relevantes de la mecánica cuántica: "acción terrible de largo alcance" y "Dios no juega a los dados con el mundo".

Aunque la interpretación de Copenhague sigue siendo dominante y acepta con calma ambas frases, la insatisfacción insoportable generada por ellas seguirá motivando a las nuevas generaciones de físicos a buscar alternativas. Esta alternativa puede ser un desarrollo adicional de uno de los modelos descritos aquí, uno de esos proyectos que no pudimos considerar, o una idea completamente nueva. Pero nadie puede decir con certeza si uno de ellos ganará el reconocimiento universal en el futuro.

Sobre el autor: Lee Phillips es físico y colaborador habitual de Ars Technica. Anteriormente escribió sobre temas como el legado del lenguaje de programación Fortran y la física cambiante de Emmy Noether .