¿Cómo explican los teóricos de "muchos mundos" los patrones de interferencia de doble rendija de partículas?

"Muchos mundos" es solo un nombre, y no muy bueno, ya que la teoría a la que se refiere no dice nada sobre mundos o división.

Lo más parecido a una regla explícita sobre la división de historias en la mecánica cuántica es la regla de Born (colapso de la función de onda) que dice que en un momento específico el universo elige un resultado de medición y se compromete con él de forma permanente. Los resultados que no eligió son historias alternativas del universo (en el sentido de "novela de historia alternativa"), y aunque la mayoría de la gente probablemente piense que esas historias alternativas no suceden, esa es solo una posición filosófica y no algo que podríamos saber con certeza.

Cuando escribes

Si cada decisión cuántica divide la función de onda en historias ramificadas, y lanzamos 1000 electrones uno a la vez en una doble rendija, entonces la función de onda debería dividirse en 2^1000 "mundos" correspondientes a cada combinación de los cuales cada rendija pasó un electrón.

esencialmente está describiendo la situación cuando se aplica la regla de Born cuando cada partícula pasa por las rendijas.

La imagen de muchos mundos/estado relativo no tiene la regla de Born, solo tiene una evolución continua de acuerdo con la ecuación de Schrödinger. La predicción de la ecuación de Schrödinger es que obtienes un patrón de interferencia en el experimento básico de doble rendija (el que no tiene aparato de detección en las rendijas). Esto es completamente indiscutible, por lo que no es necesario que los defensores de MWI convenzan a nadie más de que es verdad.

esas historias de ramificación deben volver a unirse e incluso podar algunas ramas del "árbol". Cuando disparas un electrón a través de las rendijas y golpea una banda "brillante" del patrón de doble rendija, sus historias izquierda y derecha se vuelven a juntar en una sola. Si un electrón golpea una banda "oscura", las dos historias que lo llevaron allí son incompatibles, por lo que se eliminan mutuamente del árbol, por lo que no sobrevivirá ninguna historia que conduzca a un electrón en la banda oscura.

Esta es una descripción bastante precisa de la formulación de la suma sobre historias de la mecánica cuántica, y es una forma válida de entender la interferencia de doble rendija, pero no es lo que la gente suele querer decir cuando habla de "mundos" en el MWI.

David Deutsch y algunos otros en su campo dicen que las computadoras cuánticas explotan la interferencia entre diferentes mundos MWI, y que una computadora cuántica en funcionamiento demostraría que MWI es correcto. Pero con una noción de "mundo" tan amplia, su "MWI" es solo mecánica cuántica ordinaria y ya está fuertemente confirmado por experimentos. Todos los demás definen un mundo como una parte de la función de onda a la que la irreversibilidad termodinámica impide permanentemente que interfiera con otras partes. Estos mundos son indetectables (e inútiles para la computación cuántica) esencialmente por definición.

La interpretación de muchos mundos (MWI) y la interpretación de Copenhague (CI) no son teorías físicas diferentes, porque en todos los experimentos del mundo real ideados hasta ahora, hacen las mismas predicciones. La teoría es la mecánica cuántica. MWI y CI son interpretaciones. Por lo tanto, los físicos no tienen que elegir uno u otro para creer. En estos días, la atención se ha alejado de MWI/CI y se ha centrado en la decoherencia.

Si cada decisión cuántica divide la función de onda en historias ramificadas, y lanzamos 1000 electrones uno a la vez en una doble rendija, entonces la función de onda debería dividirse en 2^1000 "mundos" correspondientes a cada combinación de los cuales cada rendija pasó un electrón.

A pesar del nombre MWI, la interpretación de muchos mundos no tiene por qué implicar la ramificación de universos. El nombre original de la interpretación era "interpretación de estado relativo". Las versiones más austeras de MWI no tienen ninguna ramificación.

Parece que estás imaginando que el electrón elige al azar una rendija u otra para viajar. Eso no es correcto. El electrón pasa por ambas rendijas. Todavía hay interferencia cuando el electrón llega al detector.

Incluso en las versiones de MWI que hablan de ramificación, la gente imaginaría que la ramificación ocurre en el detector.

Muchas explicaciones del MWI son malas. Las mejores explicaciones para leer son las dadas por David Deutsch en "The Fabric of Reality" capítulo 2 y "The Beginning of Infinity" capítulo 11 y

https://www.daviddeutsch.org.uk/muchas-mentes-interpretaciones-de-la-mecánica-cuántica/

https://arxiv.org/abs/quant-ph/0104033

En el MWI, cada sistema existe en múltiples versiones y, en algunas circunstancias, esas diferentes versiones pueden interferir entre sí. Durante esos experimentos de interferencia, no es una buena aproximación decir que las diferentes versiones están en universos paralelos porque no se puede explicar el resultado sin tener en cuenta ambas versiones. Si la información sobre el estado de un sistema se copia del sistema durante la interferencia, entonces la interferencia se suprime y puede ser una buena aproximación tratar las dos versiones como si estuvieran en universos diferentes, consulte:

https://arxiv.org/abs/1212.3245

Entonces, cuando se mide un sistema al final de un experimento de interferencia, es una buena aproximación considerar las diferentes versiones como universos paralelos.

Tu escribiste:

Algunos comentaristas dijeron que incluso en el MWI, el electrón pasa a través de ambas rendijas y crea un patrón de interferencia. Soy escéptico de esta afirmación sobre MWI, porque aún requeriría que la función de onda del electrón colapsara, al estilo de Copenhague, en un solo punto en el objetivo, y deshacerse del colapso de Copenhague fue un motivador importante de MWI.

La explicación del hecho de que vea un patrón de interferencia particular después del experimento es que hay varias versiones de los resultados de la medición y solo ve una porque hay una versión de usted para cada resultado y la interferencia entre las diferentes versiones es suprimido por la copia de la información.

En este experimento, 1000 electrones aterrizan en un sensor que crea una imagen de su distribución de posición. La probabilidad de que un electrón caiga en un lugar determinado viene dada por el cuadrado de la función de onda. Esta función de onda cuadrada es el famoso patrón de interferencia. Suponiendo que el detector tiene N píxeles, se necesita en principio$2^N$mundos para describir el resultado. Por supuesto, dentro de cada píxel puede volver a tomar$2^M$, con M algo del orden del número de Avogadro. Dejo al lector que forme su propia opinión sobre cuán significativo es MWI en este contexto. Estoy seguro de que puede ser útil considerar la interpretación de conjunto en su lugar.

La decoherencia solo ocurre en el detector, si está presente. Si el detector está ausente, la decoherencia solo puede tener lugar en la pared. Pero si dispararas el electrón uno a la vez, solo verías un punto en la pared. Solo cuando comienzas a enviar múltiples electrones surge el patrón de interferencia (si no hay un detector inicial). Esto es consistente tanto con MWI como con las interpretaciones de Copenhague. Por ejemplo, estos son los resultados de un experimento de doble rendija realizado por el Dr. Tonomura que muestra la acumulación de un patrón de interferencia de electrones individuales. Los números de electrones son 11 (a), 200 (b), 6000 (c), 40000 (d), 140000 (e):

Una comprensión del experimento ayuda a comprender mejor lo que implica y lo que no implica: https://en.wikipedia.org/wiki/Double-slit_experiment#Interference_of_individual_particles

Para obtener más detalles sobre el experimento específico del Dr. Tonomura, consulte este enlace: https://web.archive.org/web/20110114170600/http://www.hitachi.com/rd/research/em/doubleslit.html

Es difícil dar una explicación definitiva del MWI, ya que parece haber tantas variaciones del mismo. Sin embargo, un denominador común lógico es la suposición de que la ramificación ocurre en aquellos puntos en los que la interpretación de Copenhague supondría que la función de onda se ha derrumbado, que en el experimento de las dos rendijas sería cuando la partícula que pasa a través de las rendijas se encuentra con la pantalla del detector más allá. él. Si la ramificación se produce en la pantalla, incorporará los efectos de interferencia.

Primero, para abordar su comentario final, sí, sé que los defensores serios de MWI no creen literalmente en la "división" de "mundos". En realidad, los defensores de MWI creen literalmente en la división de mundos, que se puede definir en términos de liberación de entropía y decoherencia.

En segundo lugar, ¿cómo se describe el experimento de doble rendija en MWI? El punto crucial es que en la Interpretación de Copenhague la función de onda colapsa cuando golpea el detector final donde se forman las bandas de interferencia. En MWI es lo mismo, excepto que no hay colapso en el detector final, por lo que cada resultado posible, para cada electrón (o fotón), provoca una división de mundos. Después de haber pasado múltiples electrones a través del sistema, el patrón de interferencia habitual se ha acumulado en la mayoría de los mundos. En una minoría de mundos, el patrón no se forma "correctamente", y probablemente sería descartado en esos mundos como una anomalía estadística o un valor atípico.

La interferencia es el concepto menos explicado en física, a menudo se basa en un pensamiento clásico más antiguo que está bien para muchos problemas. El método moderno es la onda de probabilidad, pero es complejo aplicar las condiciones de contorno correctas para la doble rendija. Una forma de entenderlo es ver que la función de onda requiere que el fotón o electrón viaje n múltiplos de su longitud de onda, cualquier camino que sea demasiado largo o demasiado corto no es muy probable.

¡Las áreas oscuras después de la doble rendija son donde casi no aterrizan fotones! Las áreas brillantes obtienen casi todos los fotones.

El electrón no pasa por las dos rendijas, solo por una, pero tiene posibilidades de pasar por cualquiera de las dos.