¿Qué combinaciones de realismo, no localidad y contextualidad se descartan en la teoría cuántica?

Realismose refiere a una posición filosófica que dice que ciertos atributos del mundo de la experiencia son independientes de nuestras observaciones. Tomemos un ejemplo de física. En física clásica solíamos decir que una partícula tiene una posición definida y un momento definido en un cierto instante de tiempo. Estos están representados por números reales y tienen esos números definidos independientemente de cualquier observación. Esta parecía ser la única posición cuerda que uno puede tomar sobre el mundo objetivo. Sin embargo, el principio de incertidumbre de la mecánica cuántica nos dice que una partícula no puede tener un valor de posición bien definido y un valor de momento bien definido al mismo tiempo a lo largo de la misma dirección, independientemente de la medición. Cuanto más exactamente uno trata de medir uno, menos exactamente puede tener el conocimiento del otro. Filosóficamente significa que la posición y su momento conjugado no pueden tener realidad simultánea. Esta comprensión había llevado a los padres fundadores de la teoría cuántica a reformular la mecánica en una nueva teoría llamada mecánica cuántica. En QM, un sistema se representa mediante un vector de estado en un espacio abstracto. La longitud (norma) de este vector permanece sin cambios, pero con el tiempo cambia su dirección (por simplicidad, estoy hablando de la imagen de Schrödinger). Los diversos componentes de este vector de estado a lo largo de los ejes son varios estados propios con valor definido de ciertos observables. Obviamente, el vector de estado es la combinación lineal de estos estados propios. Cada vez que se realiza una medición, el vector de estado colapsa en uno de los estados propios con cierta probabilidad determinada por la ecuación de Schrödinger.

Los llamados realistas afirman que el sistema ya estaba en un estado definido caracterizado por algunos parámetros ocultos adicionales antes de la medición y dado que no somos conscientes de esos parámetros ocultos, tenemos un conocimiento incompleto del sistema. El resultado aleatorio refleja nuestro conocimiento incompleto del sistema. Se han desarrollado varias teorías de variables ocultas que reproducen los resultados de la mecánica cuántica ordinaria.

Entonces, sorprendentemente, Bell descubrió la famosa desigualdad de Bell y mostró que no todos los resultados son idénticos tanto para qm como para las teorías de variables ocultas locales. Experimento realizado y el veredicto fue claro. QM ganó. QM apoyado por la naturaleza. Por lo tanto, se descartaron las teorías de variables ocultas locales. Sin embargo, existen teorías de variables ocultas no locales que aún sobrevivieron como la mecánica de Bohm. (También me gustaría enfatizar que MWI es una interpretación que es hasta cierto punto realista en espíritu y de ninguna manera se descarta)

Pero, ¿qué es la localidad ? La localidad es la suposición de que un objeto puede ser influenciado solo por su entorno inmediato por los eventos que tuvieron lugar en su pasado inmediato. Todas las teorías de campos clásicas y cuánticas dependen de esta suposición de manera esencial. La no localidad implica que dos eventos que están separados entre sí por una separación similar al espacio pueden afectarse entre sí. Algunas personas exigen (en mi humilde opinión) falsamente que el entrelazamiento de tipo EPR viola la localidad. En realidad nunca lo hace. Todo lo que uno necesita abandonar es el realismo. El entrelazamiento simplemente muestra que existen correlaciones cuánticas entre partículas que en el pasado tenían un origen común. También muestra que si fuera un mundo clásico, entonces los efectos de enredos EPR no serían locales.. Pero vivimos en un mundo cuántico y no hay no localidad.

Por lo tanto, en pocas palabras, la localidad ciertamente no se descarta. El realismo está descartado en gran medida.

Esta es una pregunta realmente excelente en mi opinión. Todavía se está trabajando. Aquí hay algunas referencias profesionales que aclararán un poco el problema, o tal vez incluso lo confundan aún más:

http://arxiv.org/abs/1102.4467
http://arxiv.org/abs/1007.5518
http://arxiv.org/abs/1006.3680
Michael JW Pasillo

http://arxiv.org/abs/0808.2178Travis
Norsen

http://arxiv.org/abs/quant-ph/0209123
Laloe, Franck

http://arxiv.org/abs/0711.4650 Adam Brandenburger, Noson Yanofsky
http://arxiv.org/abs/1102.0264 Samson Abramsky, Adam Brandenburger

Lo que considero artículos significativos elementales sobre esta cuestión son anteriores a arXiv, por lo que, lamentablemente, generalmente solo están disponibles detrás de los muros de pago. Siempre he encontrado la simplicidad del argumento de Willem de Muynck en Physics Letters A 114, 65 (1986), "THE BELL INEQUALITIES AND YOUR IRRELEVANCE TO THE PROBLEM OF LOCALITY IN QUANTUM MECHANICS", algo convincente. Puedo reproducir el argumento básico aquí bajo uso justo, desde la primera página,

En su derivación original, Bell 3 asumió su teoría de variables ocultas para satisfacer una condición de localidad que consideró una "suposición vital". Presumiblemente debido a este hecho, todavía existe una creencia generalizada, también entre los especialistas, de que las desigualdades de Bell no se pueden derivar para teorías de variables ocultas no locales. Esto dejaría abierta la posibilidad de que la mecánica cuántica pueda ser reproducida por una teoría de variables ocultas no locales. Sin embargo, a partir de lo siguiente, debería quedar claro que la mera existencia de variables ocultas es suficiente para producir las desigualdades de Bell. Por lo tanto, no solo las teorías de variables ocultas locales sino también las no locales son incompatibles con la mecánica cuántica.Al estar las teorías locales y no locales en pie de igualdad, también se deduce que las desigualdades de Bell son completamente irrelevantes para el problema de la (no) localidad en las teorías de variables ocultas. (mi énfasis aquí)

Después de extraer lo anterior, encontré un PDF del artículo en la página web de Muynck , me complace decirlo (son matemáticas elementales y solo 4 páginas). Una construcción similar pero bastante más algebraica, que creo que es matemáticamente un poco mejor, se puede encontrar en Lawrence J. Landau, Physics Letters A 120, 54, 1987, "ON THE VIOLATION OF BELL'S INEQUALITY IN QUANTUM THEORY", sin, sin embargo, haciendo algo parecido a la afirmación de Muynck por su importancia (no lo creo, pero lo encontré aquí ). En mi opinión, esta álgebra simple subyace a la cuestión de localidad/no localidad hasta el día de hoy: uno toma este argumento en serio, o no.

En última instancia, la localidad está estrechamente ligada a la compatibilidad de las medidas porque la compatibilidad de las medidas es necesaria para las medidas que se encuentran en una separación similar al espacio en la teoría cuántica de campos. Sin embargo, la implicación no se aplica a la inversa, por lo que la separación de medidas similar al espacio no es equivalente a la compatibilidad de medidas.

La llave inglesa en los trabajos, una grande, es que la compatibilidad de las medidas (y por lo tanto, por implicación, la separación similar al espacio) no implica la no correlación. Hay correlaciones en la separación similar al espacio en la teoría cuántica (de campo), pero uno puede probar (aquí me doy cuenta de que no sé con precisión qué suposiciones adicionales se necesitan, pero los marcos de QM convencionales son suficientes) que uno no puede usar esos correlaciones para enviar mensajes.

Debo señalar que no debe dar demasiado por sentado su comentario entre paréntesis "(Supongo que entiendo este)". Si observa las otras respuestas aquí, verá que la localidad está lejos de ser simple. En particular, llamo su atención sobre la introducción de "influencia" de sb1 como parte de la discusión de su último párrafo, que sugiero que no es nada simple.

Es importante, en mi opinión, comprender que este argumento ha ido cambiando gradualmente en los últimos 50 años. No está claro cuándo o si aparecerá un argumento novedoso que haga que valga la pena pensar en términos fuera de la teoría cuántica (de campo) para fines prácticos, pero surgen constantemente argumentos novedosos. El hecho de que Michael JW Hall (citado por Jim Graber arriba) haya logrado publicar su novedoso argumento en Physics Review Letters es enormemente impresionante, particularmente cuando uno ve el tono contundente que adopta, porque PRL pone el listón muy alto para artículos de fundaciones, pero el tiempo dirá si el argumento puede usarse constructivamente en un contexto de teoría cuántica de campos.

Finalmente, al leer mi Respuesta, me doy cuenta de que no aborda directamente el "realismo" y la "contextualidad". Eso es porque asocio la compatibilidad de medición mutua de todos los observables directamente con el realismo clásico, todas las mediciones conmutan y la presencia en algún momento de la incompatibilidad de medición con la contextualidad. Las medidas pueden tener una "influencia" (¡je!) en algunas otras medidas y no en otras. Podría ampliar esta respuesta que ya es demasiado larga más adelante. Los mejores deseos,

Puede encontrar útiles estas conferencias detalladas. En particular, la conferencia 3 responderá a su pregunta. Sin embargo, si no tiene los antecedentes, es posible que desee revisar los tres. http://qi10.ca/summerschool/speakers.html#FQM

No tengo nada original que decir sobre esto. Desafortunadamente, el resultado de Bell es el más incomprendido de toda la física. Os dejo con citas del propio Bell lo que significa el teorema.

Es notablemente difícil hacer entender este punto, que el determinismo no es una presuposición del análisis. (Bell 1987, pág. 143)

A pesar de mi insistencia en que el determinismo se infirió más que se supuso, aún podría sospechar de alguna manera que es una preocupación por el determinismo lo que crea el problema. Nótese bien entonces que el siguiente argumento no hace ninguna mención al determinismo. … Finalmente, podría sospechar que la noción misma de partícula y órbita de partícula … de alguna manera nos ha llevado por mal camino. … Entonces, el siguiente argumento no mencionará partículas, ni campos, ni ninguna otra imagen particular de lo que sucede a nivel microscópico. Tampoco implicará el uso de las palabras "sistema mecánico cuántico", que pueden tener un efecto desafortunado en la discusión. La dificultad no es creada por tal imagen o tal terminología. Es creado por las predicciones sobre las correlaciones en los resultados visibles de ciertas configuraciones experimentales concebibles. (Bell 1987, pags. 150)

Permítanme resumir una vez más la lógica que conduce al callejón sin salida. Las correlaciones EPRB son tales que el resultado del experimento de un lado predice inmediatamente el del otro, siempre que los analizadores estén en paralelo. Si no aceptamos la intervención de un lado como una influencia causal en el otro, parecemos obligados a admitir que los resultados de ambos lados están determinados de antemano, independientemente de la intervención del otro lado, por señales de la fuente y por la configuración del imán local. Pero esto tiene implicaciones para escenarios no paralelos que entran en conflicto con los de la mecánica cuántica. Así que no podemos descartar la intervención de un lado como una influencia causal en el otro. (Bell 1987, pág. 149)