¿El entrelazamiento cuántico refuta el principio de localidad?

Respecto al debate entre la mecánica cuántica y el determinismo me he encontrado con un problema al que no encuentro respuesta. Tengo la impresión de que para resolver la desigualdad de Bell tendrías que sacrificar el principio de localidad o determinismo. Aquí es donde la mayoría de la gente parece sacrificar el determinismo y concluye que el mundo no es determinista.

Sin embargo, el principio de localidad parece afirmar que "un objeto solo está directamente influenciado por su entorno inmediato", y que "para que una acción en un punto tenga una influencia en otro punto, algo en el espacio entre los puntos, como un campo, debe mediar la acción. Para ejercer una influencia, algo, como una onda o una partícula, debe viajar a través del espacio entre los dos puntos, para llevar la influencia".

Entonces, mi pregunta es: ¿no está esto anulado por la teoría probada del entrelazamiento? Dado que las partículas entrelazadas pueden alterarse entre sí independientemente de la distancia o la posición, ¿no significa eso que el principio de localidad es incorrecto? Si es así, ¿significa eso que el determinismo es la única opción que queda para la desigualdad de Bell y, por lo tanto, es cierto?

Me doy cuenta de que hay muchos más factores y debates dentro de esto, pero no tengo un título educativo en física y, por lo tanto, les pregunto si alguno de ustedes puede dar más detalles sobre el asunto.

Respuestas (5)

En el sentido relevante, la respuesta es "no", la apariencia de un "sí" se crea al proyectar intuiciones clásicas sobre la localidad en objetos cuánticos. Esto es confuso porque la definición de localidad adoptada en la física clásica se vuelve engañosa cuando se trasplanta a la física cuántica. "No localidad cuántica" del entrelazamiento es un nombre inapropiado, en lugar de demostrar que el entrelazamiento no local demuestra la no clasicidad, que el lenguaje de "objetos" y "puntos" es inapropiado en la teoría cuántica debido a la indeterminación. El par cuántico entrelazado no son dos objetos separados que se "coordinan" a través de largas distancias instantáneamente, es un único "objeto cuántico" distribuido descrito por una función de onda conjunta. Puede "dividirse" en dos cuando se realizan observaciones,

Si lo imaginamos como algo así como dos objetos clásicos que interactúan, existen restricciones sobre cuánto se pueden correlacionar sus comportamientos, llamadas desigualdades de Bell . La "no localidad cuántica" se refiere al hecho de que se violan por pares entrelazados. Lo que esto refleja, sin embargo, es que los objetos cuánticos pueden fusionarse (enredarse) y separarse (descoherencia) de una manera que los objetos clásicos no pueden, no la no localidad, a pesar de la frase común en las fuentes populares. Incluso en la mecánica cuántica, que no es relativista, las violaciones de entrelazamiento de las desigualdades de Bell aún no permiten que la energía, la masa o la información viajen instantáneamente a pesar de las apariencias causadas por las anticipaciones clásicas. Este es el teorema de ausencia de señalización de Bohm .

Por otro lado, la teoría del campo cuántico (modelo estándar), que es la teoría que rige en la física moderna, es relativista, lo que significa que requiere explícitamente que todas las interacciones se propaguen a una velocidad no superior a la de la luz, o en una imagen 4D, la influencia de cualquier evento está confinado a su futuro cono de luz. El mismo artículo de Wikipidea que vinculó dice en la subsección sobre relatividad : " La localidad es uno de los axiomas de la teoría cuántica relativista de campos, como se requiere para la causalidad. La formalización de la localidad en este caso es la siguiente: si tenemos dos observables, cada uno localizado dentro de dos regiones de espacio-tiempo distintas que se encuentran a una separación similar al espacio entre sí, los observables deben conmutar". Traducción: no es posible la interacción entre regiones del espacio-tiempo que no pueden conectarse mediante la trayectoria de un fotón ("separadas como en el espacio"). Por lo tanto, el entrelazamiento no solo no contradice la noción relevante de localidad, sino que la localidad es uno de los axiomas de la teoría que lo describe.

Para conocer la relación de las desigualdades de Bell con el realismo local y el determinismo, consulte ¿El realismo local de Einstein en la mecánica cuántica implica superdeterminismo? Ya sea que llamemos no localidad a las violaciones de las desigualdades de Bell o no, permiten algunos fenómenos notables como enviar mensajes densos a través de un canal que aparentemente carece de capacidad para transportarlos ("codificación superdensa"), o crear "copias remotas" de sistemas cuánticos, mientras que destruyendo los originales ("teletransportación cuántica"). Una discusión filosófica esclarecedora de cuestiones relacionadas con el entrelazamiento, como el realismo, la localidad, la causalidad, la relatividad, etc., en varias interpretaciones de la mecánica cuántica es Entanglement and Relativity de Timpson y Brown .

No estoy de acuerdo. ¿Qué pasa con los experimentos en los que se entrelazaron pares de fotones que estaban literalmente a kilómetros de distancia? ¿En qué se diferencia eso de la no localidad "clásica"?
@Alexander Pueden estar a años luz de distancia, lo que hace que la diferencia sea más marcada: viole las desigualdades de Bell todo lo que quiera, aún no puede enviar una señal superlumínica. Y la violación de las desigualdades de Bell es toda la medida de los experimentos. No puede implicar no localidad en el sentido habitual de la palabra simplemente porque QFT, cuyas predicciones confirman los experimentos, es una teoría local. La "no localidad cuántica" es un artefacto de traducir lo que sucede en un lenguaje inadecuado de "objetos" e "interacciones", pero esa es la única forma de explicarlo de manera no técnica.
Consulte ¿Cómo ayuda QFT con el enredo? en Física SE physics.stackexchange.com/questions/76036/…
"que el lenguaje de "objetos" y "puntos" es inapropiado en la teoría cuántica debido a la indeterminación". ¿Tienes referencias sobre esto?
También lo es el lenguaje de los campos clásicos, véase, por ejemplo, Baker philsci-archive.pitt.edu/4350/1/AgainstFields.pdf . Creo que es demasiado duro, Wallace argumenta que las nociones clásicas se pueden salvar aproximadamente siempre que renunciemos a las líneas brillantes. , y aceptar que en algunas situaciones las intuiciones detrás de los significados clásicos son engañosas arxiv.org/pdf/quant-ph/0107144.pdf
Usted se vinculó a la respuesta de Motl sobre física SE donde dice que es el realismo lo que falla, no la localidad. ¿Puede explicar esto? ¿Cómo ayuda este no realismo local con el enredo? y no me refiero a cómo ayuda con las matemáticas. el hecho de que Motl u otra persona pueda calcular los resultados de un experimento es un asunto aparte.
@nir Se está refiriendo al "realismo local" de Einstein, no al realismo en sentido amplio. Es posible que desee ver el artículo de Timpson-Brown que agregué, una de sus interpretaciones es que QM tiene interacciones locales pero estados no locales. El bayesianismo cuántico es una interpretación realista que evita cualquier no localidad arxiv.org/abs/0804.2047 .
Parece haber aquí una confusión entre localidad y causalidad. El entrelazamiento no es local, pero tampoco permite la señalización superlumínica.

El entrelazamiento no refuta el principio de localidad. Un esbozo del tipo de experimento que comúnmente se dice para refutar la localidad es el siguiente. Suponga que tiene dos electrones con espín entrelazado. Para cada electrón, puede medir el giro a lo largo de la dirección X, Y o Z. Si mide X en ambos electrones, obtiene valores opuestos, al igual que para medir Y o Z en ambos electrones. Si mide X en un electrón e Y o Z en el otro, entonces tiene un 50% de probabilidad de coincidencia. Y si mide Y en uno y Z en el otro, la probabilidad de coincidencia es del 50%. La cuestión crucial es que si encuentra una correlación cuando hace la comparación depende de si mide la misma cantidad en cada electrón.

El teorema de Bell simplemente explica que el alcance de esta correlación es mayor de lo que permitiría una teoría local si las cantidades medidas estuvieran representadas por variables estocásticas (es decir, números sacados de un sombrero).

Este hecho a menudo se tergiversa como si implicara que la mecánica cuántica no es local. Pero en mecánica cuántica, los sistemas no se caracterizan por variables estocásticas, sino por operadores hermitianos. Hay una explicación completamente local de cómo surgen las correlaciones en términos de propiedades de los sistemas representados por tales operadores. Para una explicación de cómo surgen las correlaciones, véase

http://arxiv.org/abs/quant-ph/9906007

y

http://arxiv.org/abs/1109.6223 .

Dada la información completa sobre un sistema de dos partículas entrelazadas antes de la medición, ¿se puede calcular con certeza el resultado de la medición? ¿Existe tal cálculo en principio?
Eso depende de lo que entiendas por resultado. Si quiere decir "¿hay una descripción completa de lo que sucederá después de la medición?" entonces la respuesta es sí. Si la pregunta es "¿qué resultado veré después de la medición?" la respuesta es no. Antes de la medición, el sistema existe en múltiples versiones que son idénticas en todos sus atributos medibles. Después de la medición, existen múltiples versiones del sistema que no interactúan entre sí. Y no hay ningún hecho sobre qué versión antes de la medición corresponde a una versión particular después de la medición.
Ver "El comienzo del infinito" de David Deutsch, Capítulo 11.
He ampliado mi comentario a una pregunta. Espero que puedas echarle un vistazo: philosofía.stackexchange.com /questions/33819/…
'Pero en QM los sistemas no se caracterizan por variables estocásticas, sino por operadores hermitianos'; Lamento discrepar, en la interpretación estándar de Copenhague, sobre la medición de un observable, el observable toma un valor estocásticamente del espectro del operador que lo representa.
@MoziburUllah Aún no he encontrado una discusión clara de lo que dice la IC sobre lo que existe en la realidad objetiva. Por lo que puedo decir, el CI consiste en negar que la teoría cuántica es una descripción precisa de la realidad mientras sigue usando la ecuación de movimiento relevante y un conjunto de reglas generales ad hoc, como elegir un valor único estocásticamente. ¿Qué implica esto sobre la realidad? ¿Quién sabe? Y en cualquier caso, si hay una explicación local de lo que sucede con el entrelazamiento, entonces tiene sentido decir que QM es local.
@alanf: el postulado de medición es parte de la presentación estándar de QM: consulte cualquier libro de pregrado de QM. Cualquier interpretación de QM habrá recreado esto ya sea axiomáticamente o como un teorema, como se ha justificado experimentalmente.
@MoziburUllah El postulado de medición (MP) es parte de cómo se suele presentar QM, pero es ambiguo. ¿Significa que sólo tiene lugar un resultado? ¿O solo pretende ser una regla general? Ves un solo resultado porque la decoherencia evita las interacciones entre los diferentes resultados que tienen lugar en la realidad. Eso no es lo mismo en absoluto que solo se produzca un único resultado. Si el MP es una afirmación sobre la realidad, entonces es una sugerencia de explicación extremadamente mal elaborada y, en el mejor de los casos, es innecesaria. Si el MP es una regla empírica, entonces no es comprobable.
@alanf: sí, solo hay un resultado, y se ha probado, en la medida en que se ha probado QM como teoría científica; el postulado de la medida es tan ambiguo como la gravedad newtoniana, en el sentido de que una teoría más general -la relatividad general- lo resuelve en un cierto límite; incluso las teorías de no colapso como la de Deutchian Many Worlds todavía tienen que explicar cómo encontrar esto en algún límite; QM tiene un cierto reclamo sobre la realidad, pero no es una imagen completa, razón por la cual hay tantas ontologías que toman esto como un punto de partida.
@MoziburUllah No. No hay un solo resultado. Primero, la teoría cuántica explica por qué cada versión de ti ve solo un resultado a pesar de la existencia de los otros resultados. En segundo lugar, también explica por qué no puede tener en cuenta las correlaciones EPR, la interferencia de una sola partícula, etc. sin invocar múltiples resultados. La razón por la que muchas personas adoptan el punto de vista del resultado único es en gran medida una mala filosofía, por ejemplo, el instrumentalismo.
@alanf: No te entiendo, ¿quizás deberías intentar estudiar QM para entender lo que dije y tal vez para entender QM en sí? QM, formulado axiomáticamente como en el libro de texto de Diracs o Shankar sostiene que hay un solo resultado para una medición, esto es lo que popularmente se conoce como colapso; una interpretación de QM podría suponer que el colapso se debe a la decoherencia con el entorno; pero esto es parte de la interpretación de todas las ontologías y no es parte del formalismo.
Incluso allí, la interpretación es estadística, se da cuenta de las innumerables interacciones que tendrá con un sistema; del mismo modo la gravedad newtoniana supone que la influencia de la gravedad se transmite instantáneamente a pesar de que Einstein demostró que no podía ser así. Pero mientras que Einstein mostró cómo su teoría en un cierto límite produjo la gravedad newtoniana, ¿hay alguna que muestre que la decoherencia produce colapso? Esta es, de alguna manera, la pregunta que estaba haciendo; no me queda claro que lo haya.
El instrumentalismo, hasta donde yo sé, es una variedad de positivismo; en ocasiones ha resultado útil como en el análisis de Poincarés de la contracción de Lorentz; también es inmanente en la ontología de QM, como en los observables. Es una mala filosofía tomar esto como el único punto de vista, no me queda claro que incluso los fundadores de QM lo hicieran, a diferencia de sus muchos excitables discípulos; Supongo que es humano llevar un método exitoso al límite, lo que, con una pequeña reflexión, muestra que puede transgredir las condiciones de su éxito.
por eso Gadamer se opuso al método en su Truth & Method , y también Feyerabend y probablemente Kuhn.
@MoziburUllah entiendo QM. Y he leído muchos relatos "axiomáticos" del tipo que mencionas. Simplemente no tienen sentido. Tienen dos reglas completamente diferentes sobre cómo evolucionan los estados y cambian entre ellos de manera ad hoc. Esto es inútil para cualquier investigación seria de QM. Es por eso que los documentos de decoherencia generalmente funcionan solo con la ecuación de Schrödinger y ecuaciones de movimiento similares.
@MoziburUllah El instrumentalismo no es útil. Es anticientífico y antirracional. Véase, por ejemplo, "The Fabric of Reality" de David Deutsch, capítulos 1 y 2, y "Conjectures and Refutations" de Popper, capítulo 3. El instrumentalismo equivale en sustancia a tomar medidas como primitivos no criticables. Negar que cualquier cosa que no sean los resultados importa implica ignorar las explicaciones de esos resultados que implican la existencia de entidades no observadas. Esto solo se puede hacer sobre una base ad hoc, por lo que el instrumentalismo es solo una excusa para la negación ad hoc de explicaciones.
@alanf: el formalismo de Dirac es estándar dentro de QM, y es lo que se usa más allá de una primera introducción; y supongo que por 'dos ​​reglas completamente diferentes sobre cómo evolucionan los estados' te estás refiriendo a las representaciones de Schrödinger y Heisenberg, que von Neumann demostró que eran equivalentes; para ser precisos, es solo en la imagen de Schrödinger que los estados evolucionan, los observables no; en la imagen de Heisenberg es todo lo contrario, también es la imagen que se usa en QFT, que es esencialmente QM relativista ya que no se puede hacer que la imagen de Schrodinger funcione
No conserva la invariancia de Lorentz, también conocida como causalidad; dada la importancia de QFT en la física moderna, esto tiene bastante "buen sentido"; ¿Puede explicar un poco más por qué cree que no ?
Claro, el instrumentalismo no es toda la ciencia, por eso dije 'parcial'; fue históricamente importante tanto en QM como en relatividad, y es por eso que es un punto de partida en la filosofía que toma el método de la ciencia como base: el positivismo; Le sugiero que eche un vistazo más de cerca a los artículos originales de Einstein sobre la relatividad y Poincaré para ver cómo se veía en acción.
No. Las dos reglas diferentes son la ecuación de movimiento, por ejemplo, la ecuación de Schrödinger y el postulado del colapso, que se contradicen entre sí y no pueden ser ambas verdaderas. En cuanto a por qué el colapso no preserva la invariancia de Lorentz, Lucien Hardy lo demostró en su artículo de 1992 "Mecánica cuántica, teorías realistas locales y teorías realistas invariantes de Lorentz". El resultado de ese documento se aplica igualmente a todas las variantes de colapso de QM, ya que el punto clave es que hay un solo resultado para cada medición.
Una persona puede afirmar que utiliza una filosofía y estar equivocada al respecto. En el caso de Einstein, obviamente no se tomó completamente en serio el positivismo o el instrumentalismo porque su teoría usa explicaciones y ninguna explicación puede derivarse de ningún conjunto de resultados experimentales. En 1935, Einstein reconoció que el positivismo era basura en una carta a Popper, véase "Lógica del descubrimiento científico" Apéndice xii, el párrafo que comienza "Totalmente yo..." La relatividad describió la medición como un proceso físico, que es anti-positivista ya que obtiene la medida de la explicación, no al revés.

¿El entrelazamiento refuta el principio de localidad?

Respuesta corta: Sí. Consulte No localidad cuántica .

Si es así, ¿eso significa que el determinismo es la única opción que queda para la desigualdad de Bell y, por lo tanto, es ... cierto?

No. Incluso si se prueba el entrelazamiento, todavía podemos tener la no localidad y el no determinismo al mismo tiempo. Ver este artículo "Una prueba experimental de realismo no local" . Del resumen del artículo:

"Aquí mostramos mediante teoría y experimento que una clase amplia y bastante razonable de tales teorías realistas no locales es incompatible con las correlaciones cuánticas observables experimentalmente. En el experimento, medimos correlaciones no probadas previamente entre dos fotones entrelazados y mostramos que estas correlaciones violan una desigualdad propuesta por Leggett para teorías realistas no locales. Nuestro resultado sugiere que renunciar al concepto de localidad no es suficiente para ser consistente con los experimentos cuánticos, a menos que se abandonen ciertas características intuitivas del realismo".

La relación entre realismo y determinismo se puede aclarar con la definición de Wikipedia:

"El realismo local es la combinación del principio de localidad con la suposición "realista" de que todos los objetos deben tener objetivamente un valor preexistente para cualquier medición posible antes de que se realice la medición".

El punto de los pares entrelazados en la paradoja EPR es demostrar que QM estándar no podía ser completo porque permitía que se propagaran influencias instantáneas, que habían sido eliminadas de la gravedad y EM al introducir el concepto de campo.

Sin embargo, existe un programa de investigación activo en una interpretación diferente de QM - Bohmian Mechanics que permite que una influencia local pero superlumínica se propague a través de la onda piloto; de hecho, la idea se remonta a De Broglie.

Por lo tanto, el enredo no refuta la no localidad.

La respuesta corta es "Sí, a menos que te vuelvas realmente obsesivo". Se ha probado formalmente que puedes tener determinación en un modelo de dinámica cuántica, o puedes tener localidad, y no puedes tener ambas. (Aunque podría tener ninguno, respondiendo a su pregunta de seguimiento).

Si renuncias a la determinación de la teoría de varias maneras, puedes imaginar todo tipo de 'casualidades planificadas' como la noción de que los experimentos que demuestran el enredo filtran información y predeterminan el entorno para hacer que el comportamiento coordinado parezca real... Por ejemplo, la mitad de esto: http://www.nytimes.com/2014/11/16/opinion/sunday/is-quantum-entanglement-real.html?_r=0

Dado que este tipo de formación de información a través de la incertidumbre distribuida sigue siendo una posibilidad, la gente puede aferrarse a la localidad hasta que alguien realmente logre algo como lo que intentan esos autores, o nos resulte imposible.

Si renuncia a la localidad, el entrelazamiento no presenta un problema, la teoría de la relatividad sí. Porque la noción de marco de referencia es local. Los experimentos sobre túneles cuánticos que violan las restricciones de la velocidad de la luz se han explicado con la idea de que la información parcial probabilística puede "conducir" la información real más rápido que la luz empujando el vacío debajo a través del "Efecto Casimir". http://www.liquisearch.com/faster-than-light/justifications/faster_light_casimir_vacuum_and_quantum_tunnelling . Si es así, es solo 'información completa' que solo se puede obtener a una velocidad determinada.

Si ambos tienen sentido, entonces la información transportada por el enredo cuando se rompe sería limitada a medida que las partículas se separan más; los enredos tendrían que romperse espontáneamente con el tiempo o la distancia de separación para que las probabilidades se alineen. Este es un mal augurio para nuestra capacidad de encontrar partículas entrelazadas del Big Bang, que parece ser la única perspectiva en progreso para desacreditar el enfoque excesivamente local.

¿El entrelazamiento cuántico refuta el principio de localidad?
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