Causalidad, según Wiki
Es la relación entre un evento (la causa) y un segundo evento (el efecto), en donde el primer evento se entiende como responsable del segundo.
Para que esta relación sea cierta, es necesario que el primer evento preceda al segundo.
La causalidad es un elemento básico de la filosofía contemporánea. Y es algo que damos por hecho; por supuesto, lo que suceda ahora afectará el futuro, ¡ pero no al revés !
Sin embargo, en el experimento de borrador cuántico de elección retardada ,
Si un fotón se manifiesta como si hubiera llegado al detector por un solo camino, entonces el "sentido común" (que Wheeler y otros desafían) dice que debe haber entrado en el dispositivo de doble rendija como una partícula. Si un fotón se manifiesta como si hubiera venido por dos caminos indistinguibles, entonces debe haber entrado en el dispositivo de doble rendija como una onda. Si se cambia el aparato experimental mientras el fotón está en pleno vuelo, entonces el fotón debería invertir su "decisión" original de ser una onda o una partícula. Wheeler señaló que cuando estas suposiciones se aplican a un dispositivo de dimensiones interestelares, una decisión de última hora tomada en la Tierra sobre cómo observar un fotón podría alterar una decisión tomada hace millones o incluso miles de millones de años .
En otras palabras, lo que sucede ahora estará determinado por lo que sucederá en el futuro, ¡en contradicción directa con el principio de causalidad que tan bien conocemos! Un principio que era casi cierto en el sentido tautológico ahora no siempre es cierto.
¿Es el borrador cuántico de elección retardada una refutación del principio de causalidad? ¿Cómo cobra sentido la filosofía contemporánea e incorpora este último hallazgo científico?
Uno de los principios fundamentales de la mecánica cuántica es el principio de superposición. Su aplicación más simple dice: si existen dos caminos para pasar del estado A al estado B, entonces la función de transición (función psi) se desarrolla hasta el estado final como la suma de las dos funciones de transición separadas.
El experimento de doble división tiene dos caminos diferentes de A a B. Por lo tanto, hay dos funciones de transición que deben considerarse. El experimento se puede ejecutar con fotones individuales, un fotón tras otro se envía a través de la doble división. Si el experimento se realiza sin perturbaciones, ambas funciones de transición de un fotón son coherentes e interfieren. En el entorno experimental, la doble división se sustituye por un divisor de haz que produce un haz izquierdo y otro derecho.
Para la propuesta teórica, el escenario experimental y la interpretación del resultado del borrador cuántico de elección retardada ver
Scully y Drühl en 1982 proponen un medio para etiquetar fotones de manera diferente después de salir del divisor de haz. El etiquetado agrega a cada función de transición una información diferente de cuál ruta. Como era de esperar, este etiquetado destruye la coherencia. El resultado no muestra ninguna interferencia.
En segundo lugar, proponen un borrador cuántico que elimina el etiquetado justo antes de la detección final del fotón. Como era de esperar, interfieren las dos funciones de transición con información de ruta borrada.
Como tercer paso, Scully y Drühl proponen un borrador cuántico de elección retardada. Detrás del divisor de haz, cada fotón se convierte en un par de fotones entrelazados de frecuencia media. Un fotón del par se denomina fotón señal, el otro fotón inactivo. El fotón inactivo está etiquetado con información de ruta.
Ahora, las funciones de transición de los fotones de señal se tratan como antes. Pero los fotones inactivos, cada uno de los cuales lleva la información de qué camino de él y su compañero de señal, se observan por separado y se lee su información de qué camino. O coinciden y pierden la información de cuál ruta.
El sorprendente resultado del experimento surge cuando se separan los caminos de los fotones de señal de los caminos de los fotones inactivos por una gran distancia, por ejemplo, 10 años luz. Suponga que hoy los fotones de la señal terminan su camino. Se observa la no interferencia de los fotones de la señal, porque su información de qué camino todavía existe, es decir, contenida en la función de transición de sus socios inactivos.
10 años después, también los fotones inactivos terminan su camino mucho más largo. Se detectan después de emparejar o se detectan en la separación. Ahora uno puede seleccionar aquellos fotones de señal cuyos socios más inactivos han coincidido y, por lo tanto, han borrado su información de ruta. El subconjunto de los fotones de señal correspondientes proporciona un patrón de interferencia.
Greene llega a la siguiente conclusión:
Nuevamente, permítanme enfatizar que las mediciones futuras no cambian nada en absoluto sobre las cosas que tuvieron lugar en su experimento hoy; las mediciones futuras no cambian de ninguna manera los datos que recopiló hoy.
Por lo tanto, la respuesta a su pregunta original es: el borrador cuántico de elección retrasada no es una refutación del principio de causalidad. El evento futuro no cambia el evento pasado.
Verde continúa:
Pero las mediciones futuras sí influyen en los tipos de detalles que puede invocar cuando describe lo que sucedió hoy. Antes de que tenga los resultados de las mediciones de fotones inactivos, realmente no puede decir nada sobre el historial de ruta de cualquier fotón de señal dado. Sin embargo, una vez que tiene los resultados, concluye que los fotones de señal cuya pareja ociosa se utilizó con éxito para determinar qué ruta de información se puede describir como si, años después, viajara hacia la izquierda o hacia la derecha. También concluye que los fotones de señales a cuyos socios inactivos se les borró la información de qué ruta no se pueden describir como si, años antes, se hubieran ido definitivamente en un sentido u otro […]. Vemos así que el futuro ayuda a dar forma a la historia que cuentas del pasado.
Las elecciones tardías socavan la causalidad del pasado a la futura solo si se supone que el estado inicial de un sistema debe determinar directamente los resultados de la medición, y que las funciones de onda representan nuestra ignorancia de un estado subyacente que ya está determinado y solo revelado por las mediciones, pero hay otras interpretaciones. .
En resumen, la situación es la siguiente: después de una medición, en retrospectiva, podemos llegar a una bonita historia clásica de lo que sucedió, pero la historia habría sido diferente (incluso para el estado inicial) si hubiéramos decidido medir otra cosa. . Pero antes de la medición, no podemos conocer los aspectos relevantes del estado inicial que nos dirían qué tipo de "historia clásica" ocurrirá. Todas las "historias clásicas" siguen siendo posibles, por lo que no es como si la medición cambiara algo que sabíamos con certeza sobre el sistema, que de repente se volvió falso. La medición solo afecta algo que sabríamossi hubiéramos medido el sistema de otra manera, entonces es un problema solo si se asume que ese "algo que sabríamos" ya debe estar determinado de alguna manera desde el comienzo del experimento o en otras palabras, si insistimos en tener historias clásicas de experimentos
Aquí hay algunos detalles más. La mecánica cuántica impone algunas restricciones a la causalidad, pero las cosas son un poco complicadas. Todo depende de la noción de causalidad.
Algunos autores, por ejemplo, Lewis, intentan reducir el discurso causal a contrafactuales, correlaciones y similares (A causa B si A no hubiera ocurrido, B no habría ocurrido, o si A aumenta la probabilidad de B...). Se puede invocar el principio de Reichenbach a tal efecto (si dos eventos están correlacionados, uno causa al otro o los dos tienen una causa común). La causalidad sería reducible a hablar de correlación + relaciones temporales.
Tener relaciones causales de este tipo en un experimento es lo que llamé anteriormente tener una "historia clásica" del experimento (el término técnico es definición contrafáctica).
Con tal explicación, tendría que admitir que hay influencias causales no locales en la mecánica cuántica porque encontramos correlaciones no locales. Dado que las correlaciones que se muestran dependen de la forma en que se mide un sistema, la forma en que se mide un sistema tiene una influencia retrocausal en el estado inicial o tiene una influencia no local instantánea. En este último caso, dado que según la relatividad no existe una ordenación absoluta en el tiempo de los acontecimientos distantes, parece que ya no se puede decir si la causa precede o no al efecto (a menos que se introduzca un marco de referencia privilegiado, lo que está en contradicción con relatividad). Entonces, en cualquier caso, bajo esta concepción de causalidad, tenemos un problema con la ordenación temporal de causas y efectos.
Sin embargo, hay otras explicaciones de la causalidad: la causalidad como producción (A causa B si y solo si es posible producir A para que B ocurra) o transferencia de energía o información. Según estas cuentas, nunca hay una influencia no local porque no hay forma de que un agente pueda influir en una medición remota como desee solo decidiendo medir el sistema de una forma u otra en su posición. Esto se debe a que, en cualquier caso, el resultado de la medición será aleatorio. Entonces, la correlación a distancia podría explicarse no por una influencia causal de un lugar a otro, o por una causa común, sino por ejemplo porque las propiedades que medimos pertenecen a un sistema holístico no local.
Entonces, aunque algunos aspectos seguirán siendo desconcertantes, hay formas de entender la causalidad de tal manera que la mecánica cuántica no implique una influencia retrocausal.
APÉNDICE
Su pregunta es sobre el experimento del borrador específicamente. En este caso tienes un experimento de doble rendija, donde las partículas se entrelazan con otras que se utilizan en un momento posterior para extraer un patrón de interferencia del primer experimento. Esta extracción implica "borrar" la información sobre la rendija por la que pasaron las partículas.
Tenga en cuenta, sin embargo, que el patrón medido inicialmente no cambia con acciones futuras: no muestra interferencia, solo extraemos un patrón de interferencia seleccionando algunas partículas (las que pasan por el borrador). Qué partículas atravesarán el borrador es impredecible. Entonces, aunque parece natural ver que el borrador causa el patrón de interferencia retrospectivamente, también se podría decir que el patrón de interferencia ya estaba allí e influyó en qué partículas atravesarían el borrador o no.
Lo que esto significa es que adoptando una visión de causalidad como correlación, el experimento del borrador puede explicarse por influencias causales no locales sin recurrir a influencias retrocausales porque el patrón en realidad se extrae (no se crea) en el futuro.
El experimento del borrador cuántico es particularmente desafiante solo si tiene una imagen clásica en mente (exacerba cómo la mecánica cuántica viola nuestras intuiciones), pero en efecto, es solo un experimento cuántico normal donde una función de onda se mide de varias maneras y se observan correlaciones. En cualquier caso, ningún resultado de medición anterior cambia nunca y solo puede haber un problema si se supone que debe haber algo que determina estos resultados de acuerdo con una historia "clásica".
Si el OP hubiera querido leer un poco más abajo en el artículo wiki vinculado, habría descubierto:
si el fotón se interpreta en vuelo como una superposición de estados, es decir, como si tuviera la potencialidad de manifestarse como onda o partícula, pero en vuelo no lo es, entonces no hay paradoja temporal.
Agregan:
Esta es la vista estándar y los experimentos recientes la han respaldado.
A lo que citan el artículo sobre un experimento de borrado cuántico de Ma, Zeilenger et al:
Nuestros resultados demuestran que el punto de vista de que el fotón del sistema se comporta definitivamente como un fotón o como una onda requeriría una comunicación más rápida que la luz. Dado que esto estaría en tensión de cuerda con la Relatividad Especial, creemos que este punto de vista debe abandonarse por completo.
Curiosamente, recuerdo haber leído en uno de sus libros populares que Feynman trabajó en la teoría de la reacción inversa de Wheeler, pero la abandonó porque no pudo hacer que funcionara.
La causalidad es una fuerte restricción al pensamiento físico; y el pensamiento contrafáctico o especulativo sobre esto generalmente es solo para entenderlo mejor: por ejemplo, la SEP distingue entre temporalidad y causalidad.
Como comentario adicional sobre esto, la teoría de conjuntos causales es un enfoque alternativo a QG que toma esta estructura como básica y está motivada por un teorema que muestra que la geometría de GR se deriva de su estructura causal.
No existe una conexión causal entre las mediciones en los experimentos DCQE. Solo están correlacionados y, a diferencia de los experimentos de tipo EPR/Bell, ni siquiera es una correlación no clásica: el resultado de los experimentos DCQE puede reproducirse mediante una teoría de variable oculta local.
Las correlaciones son atemporales por su naturaleza. Por ejemplo, pon dos bolas rojas y dos bolas negras en una bolsa, mézclalas, saca una y déjala a un lado sin mirarla, luego espera millones o miles de millones de años, luego saca una segunda y mírala. Si la segunda bola es roja, entonces hay 1/3 de posibilidades de que la primera bola sea roja y 2/3 de que sea negra, mientras que si la segunda bola es negra, las probabilidades se invierten.
Los experimentos DCQE no ilustran nada interesante sobre la mecánica cuántica, o al menos nada que no haya sido ilustrado mejor por el experimento de Bell, que tiene una estructura similar pero no puede explicarse mediante variables ocultas locales. DCQE realmente debería clasificarse con el problema de Monty Hall y otros acertijos que ilustran que las personas son malas para razonar sobre la probabilidad.
Escribí sobre esto con más detalle (con MathJax) en una respuesta en Physics SE .
En términos simples, eso solo violaría la Relatividad. Saliendo del llamado Cono de Luz. Lo que quiero decir es que uno podría considerarlo fácilmente como una falla en la forma de representar matemáticamente el llamado espacio-tiempo. En otras palabras, "tiempo" se entiende aquí en relación con un experimento mental que ha sido formalizado y en muchos casos es funcional, es decir, rellena/predice cosas.
anexo explicativo:
La noción de "espacio curvo", por ejemplo, no es suficiente para la discusión filosófica, diológica. Ya que implica un espacio "rectilíneo", como estado límite, a partir del cual se define la llamada curva. Simplemente cuelga como un axioma en el aire y pregunta, ¿doy resultados? No se conecta a la base del sentido humano. Entonces, es más bien como un juego complejo, y no como un verdadero lugar desde el cual se puede decir, aquí está el tiempo como tal.
Gracias a todos los carteles por sus opiniones sobre el experimento del borrador cuántico de elección retrasada. Al final, parece que solo tenemos dos explicaciones para los resultados observados. O bien el fotón inactivo que se observa más tarde que el fotón de señal está afectando el patrón del fotón de señal en un momento anterior, retrocausalidad, o el patrón del fotón de señal está afectando el camino que está tomando el fotón inactivo, lo que podría explicarse con no localidad en un momento posterior, tal vez incluso años más tarde en el caso del experimento de escala cósmica. Supongo que la mayoría de la gente preferiría aceptar la no localidad en un momento posterior, incluso hasta el punto de cambiar la trayectoria de un fotón en vuelo o efectuar lo que debería ser un evento puramente aleatorio como el reflejo o la transmisión de un fotón a través de un medio plateado. espejo, que aceptar la retrocausalidad. Supongo que se puede hacer que cualquiera de las explicaciones encaje, pero la no localidad en un momento posterior al menos preserva la causalidad. Personalmente, no creo que debamos hacer esfuerzos heroicos para preservar nuestras nociones clásicas de causalidad, pero estoy de acuerdo en que la acción no local en un momento posterior (que influye en las acciones del fotón inactivo para que se borre o no) es la explicación que es más consistente con la física conocida. Por supuesto, si aceptamos la explicación de que esto es simplemente el resultado de una acción no local retrasada, tendremos que asumir algún tipo de axioma o ley de la naturaleza que perfora hasta el fondo el reflejo o la transmisión de ese individuo ocioso. fotón en ese momento particular para mantener todas las observaciones consistentes, incluso cuando están separadas por una cantidad arbitraria de tiempo o espacio. Fascinante. Gracias de nuevo a todos. pero la no localidad en un tiempo posterior al menos conserva la causalidad. Personalmente, no creo que debamos hacer esfuerzos heroicos para preservar nuestras nociones clásicas de causalidad, pero estoy de acuerdo en que la acción no local en un momento posterior (que influye en las acciones del fotón inactivo para que se borre o no) es la explicación que es más consistente con la física conocida. Por supuesto, si aceptamos la explicación de que esto es simplemente el resultado de una acción no local retrasada, tendremos que asumir algún tipo de axioma o ley de la naturaleza que perfora hasta el fondo el reflejo o la transmisión de ese individuo ocioso. fotón en ese momento particular para mantener todas las observaciones consistentes, incluso cuando están separadas por una cantidad arbitraria de tiempo o espacio. Fascinante. Gracias de nuevo a todos. pero la no localidad en un tiempo posterior al menos conserva la causalidad. 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Personalmente, no creo que debamos hacer esfuerzos heroicos para preservar nuestras nociones clásicas de causalidad, pero estoy de acuerdo en que la acción no local en un momento posterior (que influye en las acciones del fotón inactivo para que se borre o no) es la explicación que es más consistente con la física conocida. Por supuesto, si aceptamos la explicación de que esto es simplemente el resultado de una acción no local retrasada, tendremos que asumir algún tipo de axioma o ley de la naturaleza que perfora hasta el fondo el reflejo o la transmisión de ese individuo ocioso. fotón en ese momento particular para mantener todas las observaciones consistentes, incluso cuando están separadas por una cantidad arbitraria de tiempo o espacio. Fascinante. Gracias de nuevo a todos. Personalmente, no creo que debamos hacer esfuerzos heroicos para preservar nuestras nociones clásicas de causalidad, pero estoy de acuerdo en que la acción no local en un momento posterior (que influye en las acciones del fotón inactivo para que se borre o no) es la explicación que es más consistente con la física conocida. Por supuesto, si aceptamos la explicación de que esto es simplemente el resultado de una acción no local retrasada, tendremos que asumir algún tipo de axioma o ley de la naturaleza que perfora hasta el fondo el reflejo o la transmisión de ese individuo ocioso. fotón en ese momento particular para mantener todas las observaciones consistentes, incluso cuando están separadas por una cantidad arbitraria de tiempo o espacio. Fascinante. Gracias de nuevo a todos. pero estoy de acuerdo en que la acción no local en un momento posterior (que influye en que las acciones del fotón inactivo se borren o no) es la explicación más consistente con la física conocida. Por supuesto, si aceptamos la explicación de que esto es simplemente el resultado de una acción no local retrasada, tendremos que asumir algún tipo de axioma o ley de la naturaleza que perfora hasta el fondo el reflejo o la transmisión de ese individuo ocioso. fotón en ese momento particular para mantener todas las observaciones consistentes, incluso cuando están separadas por una cantidad arbitraria de tiempo o espacio. Fascinante. Gracias de nuevo a todos. pero estoy de acuerdo en que la acción no local en un momento posterior (que influye en que las acciones del fotón inactivo se borren o no) es la explicación más consistente con la física conocida. Por supuesto, si aceptamos la explicación de que esto es simplemente el resultado de una acción no local retrasada, tendremos que asumir algún tipo de axioma o ley de la naturaleza que perfora hasta el fondo el reflejo o la transmisión de ese individuo ocioso. fotón en ese momento particular para mantener todas las observaciones consistentes, incluso cuando están separadas por una cantidad arbitraria de tiempo o espacio. Fascinante. Gracias de nuevo a todos. tendremos que suponer algún tipo de axioma o ley de la naturaleza que profundice hasta el fondo el reflejo o la transmisión de ese fotón inactivo individual en ese momento particular para mantener todas las observaciones consistentes, incluso cuando están separadas por un arbitrario cantidad de tiempo o espacio. Fascinante. Gracias de nuevo a todos. tendremos que suponer algún tipo de axioma o ley de la naturaleza que profundice hasta el fondo el reflejo o la transmisión de ese fotón inactivo individual en ese momento particular para mantener todas las observaciones consistentes, incluso cuando están separadas por un arbitrario cantidad de tiempo o espacio. Fascinante. Gracias de nuevo a todos.
¿La “acción no local en un momento posterior” no implica un fuerte determinismo? Supongamos que un fotón viaja durante un millón de años. Al final de su viaje, golpea un detector que le dice a un experimentador en qué dirección (alrededor de una lente gravitacional, digamos) se fue. El aparato experimental sólo llegó a existir durante la última parte del viaje del fotón. ¿Debemos suponer que el aparato, el experimentador, la civilización, la tierra, estaban todos predeterminados un millón de años antes de que se emitiera el fotón? Para mí, la retrocausalidad es más fácil de digerir.
CriglCragl