¿Es el universo fundamentalmente determinista?

Estás bien; la ecuación de Schrödinger induce una evolución temporal unitaria y es determinista. El indeterminismo en Mecánica Cuántica viene dado por otra "evolución" que puede experimentar la función de onda: el colapso de la función de onda. Esta es la fuente del indeterminismo en la Mecánica Cuántica, y es un mecanismo que aún no se comprende bien en un nivel fundamental (esto a menudo se denomina "Problema de medición").

Si quieres un libro que hable sobre este tipo de problemas, te sugiero "Decoherence and the Appearance of a Classical World in Quantum Theory" de Joos, Zeh et al; es un buen libro sobre este y otros temas modernos en Mecánica Cuántica. Es comprensible con algo de esfuerzo, suponiendo que sepa cosas básicas sobre los espacios de Hilbert y las herramientas matemáticas básicas de QM.

La respuesta fácil es "nadie sabe". La ecuación de Schrödinger es solo una ecuación que el viejo Erwin juntó y que se ajustaba a los datos experimentales. Ni siquiera es consistente con la teoría de la relatividad (segunda derivada del espacio pero solo primera del tiempo), por lo que claramente algo anda mal con ella. Resulta que funciona muy bien para la ingeniería.

Nunca he oído hablar de una teoría no determinista en física, la física clásica es, la teoría cuántica es (si tomo la función de onda del universo, su evolución es determinista), la relatividad general es ...

Y sobre el colapso de la función de onda, significa que sucede algo que no se entiende bien cuando un sistema interactúa con otro que posee mucho más grado de libertad, no significa que sucede algo no determinista.

De lo contrario, la mecánica cuántica sería autocontradictoria: si tomo la función de onda del sistema {sistema que quiero medir + resto del universo} y uso Schrödinger, la evolución será determinista, si solo tomo el subsistema {sistema que quiero medir } y usar el colapso de la función de onda, la evolución parecería no determinista.

"¿Puedes predecir con certeza el resultado de, digamos, una medición de energía de un sistema de dos niveles?"

Si tuviera el conocimiento de la función de onda inicial del universo y pudiera calcular su evolución gracias a Schrödinger, lo haría.

"Por último, ¿puede elaborar la última parte de su respuesta? No veo cómo QM sería contradictorio".

Si digo "El colapso de la función de onda significa que la teoría cuántica no es determinista", sería contradictorio con el hecho de que puedo usar Schrödinger en todo el sistema en lugar de usar el axioma del colapso y encontrar una evolución determinista.

Para agregar a las otras respuestas y conducir a un mayor autoestudio, le señalo documentos sobre las desigualdades de Bell y el teorema del libre albedrío .

Estos dos apuntan al hecho de que las observaciones de los experimentos que ya hemos hecho de los sistemas cuánticos son incompatibles con una serie de cosas que le gustaría creer, cada una de las cuales está conectada con los vagos significados del determinismo.

En resumen, las Desigualdades de Bell nos obligan a abandonar al menos una de las siguientes concepciones del mundo:

• Realismo, lo que significa que a las partículas se les puede asignar un estado definido en un momento dado (también llamadas variables ocultas).
• Localidad, lo que significa que la información se propaga a una velocidad máxima (causalidad relativista).

Por lo tanto, si desea que el universo tenga un estado definido en cada momento, debe aceptar los efectos superlumínicos ("acción espeluznante a distancia"), si desea una causalidad relativista, debe aceptar que el estado del universo es incierto en algunos momentos. No puedes tener ambos.

El teorema del libre albedrío dice algo bastante similar y, aunque es un poco más abstracto, creo que proporciona una base lógica más fuerte para lo que acabo de discutir.

Y ahora las preguntas:

Si el estado del universo no está definido, ¿qué significa que sea determinista?
Si los efectos precedieran a las causas, ¿sería determinista el universo?

Definitivamente, lea el primer artículo que vinculé , ya que contiene resultados sólidos que necesitan algo de tiempo y habilidad para ser explicados, ¡pero son accesibles y lo ayudarán en gran medida en su búsqueda!

En una nota al margen, si vivimos en un multiverso lo suficientemente grande, puede ser que existan todos los estados posibles. El resultado es un superdeterminismo que parece no determinismo dentro de áreas locales.

La física no es competente para dar una respuesta a esta pregunta, pero podemos abordarla de manera razonable y señalar pruebas de una forma u otra.

La física que llamamos 'fundamental' es, por el momento, la relatividad general y la teoría cuántica de campos, y sus combinaciones. La ecuación del movimiento en tales teorías es determinista. Es difícil proponer ecuaciones de movimiento no deterministas sin proponer cosas improbables como la señalización más rápida que la luz. Así que esta parte de la evidencia apunta al determinismo.

El no determinismo está indicado por la teoría del caos en la física clásica, por las cuestiones no resueltas que rodean el problema de la medición cuántica y por una tercera propiedad a la que llegaré en un momento.

En la teoría del caos, las trayectorias divergen exponencialmente, pero los números en ciencia nunca son precisos. Esto hace que sea discutible si la física clásica es realmente determinista o no, porque la idea de un número real exacto en el mundo físico es una especie de fantasía. Tan pronto como hay un límite para la precisión, esta sensibilidad exponencial puede magnificarla y pronto llegar a influir en los fenómenos macroscópicos. Entonces, dentro del dominio de la física clásica, el determinismo se basa en un grado de precisión en las cantidades físicas que puede ser un requisito no físico para todo lo que sabemos.

Así, aunque la teoría del caos puede calcularse teóricamente sobre un modelo determinista, lo que muestra es que el comportamiento a gran escala también puede ser consistente con un modelo no determinista en el que la característica no determinista es diminuta. De ello se deduce que toda la evidencia empírica es consistente con cualquiera de los dos puntos de vista. Así que no es cierto decir que la evidencia apunta al determinismo. La evidencia aquí es neutral.

En la teoría cuántica, el problema de la medición no está resuelto. No existe un consenso entre los expertos que sea lo suficientemente aceptado como para justificar la afirmación de que el problema está resuelto. Entre las formas de resolverlo se puede proponer que la dinámica básica tenga un ingrediente estocástico. Algunos aspectos del estudio de los agujeros negros apuntan a esto, pero es una pregunta abierta.

Hasta ahora he escrito lo suficiente para demostrar que no sabemos si el comportamiento físico es determinista. Ahora presentaré lo que creo que es una fuerte evidencia de que no lo es. Este es el comportamiento de nuestros cuerpos y cerebros humanos que nos permite ser razonables, es decir, participar en argumentos razonados y llegar a comprender las matemáticas y otras cosas sobre la base de su razonabilidad. Si nuestros cerebros fueran totalmente deterministas, pensaríamos las cosas que hacemos porque así lo dictan los movimientos de nuestros átomos. Es difícil ver qué tendría que ver la razonabilidad con esto. Esto no es ningún tipo de prueba, pero es una sugerencia de que nuestros procesos de pensamiento pueden verse influenciados por algo más que una combinación de mero determinismo y aleatoriedad. Si es así, entonces la física básica del mundo es de un tipo que apoyaría esto. Esto sugiere que el mundo no es determinista. Esto, para mí, es una conclusión razonable y es la que saco.

Tenga en cuenta que no se trata de agregar una dimensión o campo adicional misterioso ni nada por el estilo. Es simplemente admitir que no hemos entendido el mundo en su totalidad y una comprensión más completa probablemente nos mostrará que cosas tan familiares como los electrones y los quarks siguen patrones tan sutilmente pero profundamente diferentes de la teoría cuántica como la teoría cuántica lo es de la teoría clásica.

Debo agregar que la conexión entre el libre albedrío y la capacidad de comprender no es algo que acepten todos los filósofos, pero es una posición filosóficamente respetable. Roger Penrose, entre otros, lo ha sustentado mediante una cuidada presentación que puede encontrarse, si no recuerdo mal, en su libro Shadows of the Mind (esto es independiente de lo que él o cualquier otra persona pueda pensar sobre el colapso de la función de onda).

Bueno, estaría de acuerdo con algunos que dicen "nadie sabe realmente" .

Toda la cuestión de un universo totalmente determinista tiene otras connotaciones.

Sin embargo, arrojaré otra respuesta aquí.

Usaré el razonamiento termodinámico y una nueva mirada a la aleatoriedad y la falta de sentido (hace un tiempo tuve una publicación en el blog sobre exactamente este tema, el blog está cerrado pero daré un resumen aquí).

Para cualquiera que desee ver la publicación original, también la he publicado en un comentario en aleadeum.com

Resumen:

Si cada efecto está totalmente condicionado por su causa (sin variación ni mutación alguna) entonces el tiempo podría retroceder. Encuentra esto difícil de entender? Solo piensa en un espejo roto. Si el acto de arrojar el espejo al suelo pudiera explicar todo el efecto del espejo roto, entonces tendría la MISMA probabilidad de que las piezas se recogieran (en algún otro caso) y volvieran a juntarse en la mano. Esto no sucede de esta manera. Esto significa que tuvo lugar alguna variación que está fuera del alcance de la causa (o causas) que la llevaron a ella. En otras palabras, por supuesto que hay causas y efectos que son generados por ellos, pero no totalmente condicionados. Como tal, se genera nueva información que adquiere significado (al estar conectada con el resto del sistema, a-posteriori). Así que esto sintetiza la objeción del determinista ingenuo junto con la verdadera aleatoriedad. La respuesta es que la aleatoriedad es otra faceta de la unicidad y este es el significado de la verdadera aleatoriedad. Entonces, para resumir, tenemos esto:

ALEATORIO = INFORMACIÓN NUEVA = SINGULARIDAD

Un análisis de los conceptos de tiempo en física desde Galileo a Newton a Clausius, Thompson y Prigogine junto con las implicaciones filosóficas en filosofía y física, que se relaciona con el argumento anterior se puede encontrar aquí "La temporalización del tiempo, tendencias básicas en el debate moderno sobre El tiempo en la filosofía y la ciencia”, Mike Sandbothe .