¿Es el universo determinista cuando se mira hacia atrás?

Dos cosas para pensar. ¿Es la física (es decir, la descripción que entendemos del universo) determinista, y luego es simétrica en el tiempo? La respuesta a la primera es sí, y la segunda es no. Esta respuesta trata a ambos porque están intrínsecamente relacionados con la pregunta de si el universo evolucionaría de nuevo a lo mismo si invirtiéramos el tiempo. Claramente, si fuera simétrico en el tiempo pero no determinista, nada volvería a ser lo mismo.

Esto lo cubre todo, aunque parte de él de forma sumaria. Pero trato de describir y responder esto usando la física, e identificar lo que puede no ser una física bien conocida o aceptada. Hay un montón de buena física para cubrir.

La respuesta básica parece ser que es determinista (de una manera extraña pero bien entendida incluso en la física cuántica), pero no simétrica en el tiempo (tanto microscópica como macroscópicamente).

Básicamente, el universo es determinista, aunque en la práctica esa es una pregunta diferente. La pregunta de si el universo es determinista se planteó y obtuvo varias respuestas en 2013, ver ¿Es el universo fundamentalmente determinista?

La respuesta que surge allí, y la respuesta respaldada por la física conocida, es que básicamente es determinista, si creemos en la física más conocida actualmente, el Modelo Estándar y la Relatividad General (GR). Eso es a nivel microscópico más relatividad. Ignora la posibilidad de que la física desconocida, como la gravedad cuántica, diga lo contrario, ya que todavía no tenemos una teoría para la gravedad cuántica. Claramente, también ignora lo que se puede encontrar a energías mucho más altas de las que hemos podido medir, en lo que se llamaría más allá del modelo estándar. Además, GR puede permitir curvas temporales cerradas (CTC), lo que también implicaría una ruptura de la causalidad (que no requiere nada más rápido que la luz, en la física que conocemos). Por razones de causalidad, la mayoría de los físicos piensan que los CRC no son posibles, excepto en regiones separadas de nosotros por horizontes de sucesos, como en el interior de los agujeros negros, para que no nos afecte. Hay algunas soluciones GR extrañas que permiten CRC, pero parece que no son físicamente posibles. Eso sigue siendo una controversia. Esto no es filosofía, es física pura, y con esa posible excepción, el universo es causal y determinista (lo sé, una excepción es una excepción, simplemente no sabemos sobre eso todavía)

Hay otro factor a tener en cuenta y dos elementos a explicar. Primero, tenga en cuenta la entropía y la termodinámica, luego el colapso de la función de onda y el problema de la medición. Ambos son todavía un poco controvertidos, pero está surgiendo cierto semi-consenso. Esos son los siguientes dos párrafos. El tercero es simplemente un malentendido por parte de los legos de que la física cuántica no es determinista clásica, es decir, el principio de incertidumbre. Eso también es explicable y los físicos están de acuerdo en que la física cuántica es determinista, por ejemplo, Schrödinger, Dirac y todas las demás físicas cuánticas (en la mecánica cuántica y en las teorías cuánticas de campos) predicen la física cuántica que vemos; la forma más sencilla de verlo es entender que en QM la función de onda es perfectamente predecible. @Bush explica a continuación que no es si la posición o el momento son predecibles, sino si la función de onda (u otros equivalentes cuánticos) son deterministas. Están. En general, la física cuántica proviene del hecho de que todas las ecuaciones de evolución que conocemos para el modelo estándar son unitarias. Ese es el término técnico para que la información se conserve. La física del Agujero Negro parece contradecirlo con el horizonte, pero incluso Hawking está de acuerdo en que la información se conserva y la gente está tratando de resolver la 'paradoja'. Vea lo último de Hawking descrito de manera simple, y la referencia a sus Cartas Phys Rev de junio en s se conserva el término técnico para información. La física del Agujero Negro parece contradecirlo con el horizonte, pero incluso Hawking está de acuerdo en que la información se conserva y la gente está tratando de resolver la 'paradoja'. Vea lo último de Hawking descrito de manera simple, y la referencia a sus Cartas Phys Rev de junio en s se conserva el término técnico para información. La física del Agujero Negro parece contradecirlo con el horizonte, pero incluso Hawking está de acuerdo en que la información se conserva y la gente está tratando de resolver la 'paradoja'. Vea lo último de Hawking descrito de manera simple, y la referencia a sus Cartas Phys Rev de junio enhttp://phys.org/news/2016-06-hawking-team-soft-hair-theory.html

Para la entropía y la termodinámica es más simple. Esas son simplemente observaciones macroscópicas estadísticas que tenemos que hacer cuando no se puede calcular la evolución detallada de todos los campos cuánticos en todas partes del universo. Es una forma práctica e inteligente de lidiar con la amplitud, pero es nuestra falta de conocimiento lo que calculamos en entropía, no el universo.

En cuanto a que el colapso de la función de onda no es unitario o rompe las leyes de la física cuántica, la respuesta bien entendida (no por los profanos) es que si incluye la evolución del aparato de medición, es unitario y no hay colapso, solo interacciones que hacen la función de onda original decohere. Parece colapsar si lo causamos, pero simplemente interactuó con nosotros unitariamente.

Entonces, la simetría que retrocede en el tiempo puede ignorar todo eso, y simplemente responderse si la física cuántica es simétrica en el tiempo, además de la cuestión adicional de las condiciones iniciales en general. Sobre la simetría del tiempo, se sabe que la física no lo es. La fuerza débil rompe la simetría temporal y la simetría CP. Se ha conocido la ruptura de la simetría CP, por lo que solo existen neutrinos zurdos. (La simetría CP también puede romperse, muy, muy débilmente, por la fuerza fuerte, hay observaciones físicas que lo insinúan, pero no está claro, y nunca se ha medido que lo sea). Nunca se ha encontrado que la simetría CPT (T es simetría temporal) se rompa, por lo que cuando se rompe CP también se rompe T. Es complicado pero parece ser así, y se espera que la ruptura de CP explique por qué hay más partículas. que las antipartículas en el universo, todavía un tema sin resolver.https://en.m.wikipedia.org/wiki/T-symmetry y muchas referencias allí y en otros lugares. La fuerza débil no es simétrica en el tiempo.

El argumento final es la pregunta de ¿por qué estamos evolucionando hacia adelante? Macroscópicamente se piensa ahora que tiene que ver con las condiciones iniciales del universo y la entropía. Que fue creado en un estado de baja entropía, y la evolución microscópica a un estado de entropía cada vez más alta es la razón de la dirección de la flecha del tiempo. Bueno, macroscópicamente parece razonable, pero ¿es eso inherente al universo oa nuestra percepción? Físicamente todavía hay argumentos que van y vienen ya veces se describe como filosofía. La flecha del tiempo existe en la física microscópica en la fuerza débil, pero no está del todo claro cómo se manifiesta en la física macroscópica y la entropía.

Pero teniendo eso en cuenta, la respuesta es que si haces retroceder el universo desde donde está ahora, algo sería diferente. Microscópicamente, la asimetría temporal de la fuerza débil cambiaría parte de la evolución, y macroscópicamente, las condiciones iniciales harían que se dirigiera hacia una entropía más alta en lugar de volver a una entropía pequeña.

Mucha física en eso (que tiene efectos físicos, reales) pero algunas incógnitas que la gente llama filosofía, y que pueden o no tener efectos físicos.

Considere un estado de superposición arbitraria con n autoestados. En nuestra percepción del tiempo, llamemos a esto 'tiempo de avance', cuando se mide ese estado de superposición, colapsa a un estado propio. El estado propio elegido puede o no estar determinado por el proceso de medición. Pero considere esto: la superposición le dijo mucho sobre el sistema en el que se encontraba porque era una combinación lineal de n estados propios, pero después de la medición, el estado cuántico consta de un solo estado propio, que podría ser el estado propio de cualquier número de sistemas.

Ahora consideremos este proceso a través del 'tiempo atrás'. Comienzas con un estado cuántico que consta de un estado propio. ¿Hay suficiente información para que este estado cuántico se transforme en el estado cuántico arbitrario mencionado anteriormente? Toda la literatura que he leído sugiere que no, que no hay suficiente información. Una medida cuántica es asimétrica en el tiempo por esta razón.

Este problema es bastante profundo y no se entiende completamente en este momento. No recuerdo que Hawking abordara este problema en su libro, y este es un tema serio que cualquier defensor del determinismo debe abordar. Mirando la conclusión de Una breve historia del tiempo, Hawking dice:

El elemento impredecible y aleatorio aparece solo cuando tratamos de interpretar la onda en términos de las posiciones y velocidades de las partículas. Pero tal vez ese es nuestro error...

Aquí aborda el efecto del Principio de Incertidumbre sobre el determinismo. Diría que ciertamente deja el determinismo en debate, incluso sin abordar el problema de la medición cuántica.

Para aclarar el punto de mi respuesta: usted basó su pregunta en la suposición de que el universo es determinista y avanza 'hacia adelante' en el tiempo, pero esa no es una suposición que se pueda hacer. Teniendo en cuenta que existen procesos asimétricos en el tiempo a nivel de partículas elementales, si el universo en el tiempo "hacia atrás" es determinista será una pregunta aún más difícil de responder.

No, el universo no es determinista cuando se mira hacia atrás. La determinación de la posición y la velocidad de una partícula NUNCA (según el principio de incertidumbre de Heisenberg) puede conocerse en ningún momento, por lo que ni las "predicciones" de tiempo hacia adelante ni hacia atrás de la trayectoria de una partícula son absolutas.

Si no puede predecir absolutamente una partícula, un universo está fuera de discusión.