¿Qué problema está resolviendo realmente la Interpretación de los Mundos Múltiples? ¿Es un replanteamiento del problema de la medición?

Intentaré ser breve. La interpretación de Copenhague se puede reducir básicamente a dos axiomas:

1. La mayoría de las veces, los estados cuánticos evolucionan en el tiempo según la ecuación de Schrödinger.
2. Cuando ocurren las mediciones, el estado colapsa en un estado propio del operador cuántico que está asociado con la cantidad clásica que se está midiendo, con probabilidad dada por la regla de Born.

El axioma (2) ha parecido profundamente afísico desde que se propuso por primera vez. Para ser justos, hay otras cosas sobre QM (como el entrelazamiento) que probablemente fueron aún más objetables para muchos físicos durante el desarrollo de la mecánica cuántica. Pero el axioma (2) parece ridículo en el contexto de otras teorías físicas. No es determinista; involucra al observador en la definición de la realidad misma; y el concepto de medida es bastante arbitrario, entre otras cuestiones.

MWI es básicamente la idea de que simplemente abandonamos el axioma (2) y aún obtenemos la misma física observable. Cuando Everett lo propuso por primera vez, la idea era turbia y casi tan mágica como el axioma (2). Pero en el contexto moderno de la decoherencia cuántica, no hay nada sospechoso en absoluto.

Básicamente, la idea es que cuando configura algo que podríamos llamar una "medición", lo que realmente sucede es una serie de enredos. Primero, el sistema cuántico se enreda con su dispositivo de medición macroscópico. Luego, observa la lectura en el dispositivo y su cuerpo y cerebro se enredan tanto con él como con el sistema cuántico original. Luego le mencionas los resultados a tu colega, y él/ella también se enreda. Todo esto sucede solo a través de la evolución temporal de la ecuación de Schrödinger. (Busque en la decoherencia la mecánica de cómo sucede esto). Pero las diferentes partes de esta función de onda, correspondientes a diferentes mediciones y diferentes estados de su cerebro y cuerpo, se han decoherido, por lo que efectivamente(desde nuestra perspectiva humana) actúan como “universos paralelos” que no interactúan.

En esta imagen, hay una función de onda universal y su evolución temporal es completamente determinista. Para los partidarios de MWI, esto se ajusta al "carácter de la ley física" (para usar una frase no relacionada de Feynman) mucho más que el axioma (2). Y obtienes la misma física, en la medida en que cualquier experimento actual puede mostrar.

Pero tenga en cuenta que hay razones comprensibles por las que los detractores lo consideran una pseudociencia:

1. Por lo que sabemos ahora, hay otras interpretaciones que producen la misma física.
2. MWI requiere la existencia de todos los demás términos en la función de onda universal con otras copias de nosotros mismos (es decir, el "universo paralelo"). Con razón se puede afirmar que, en este sentido, Copenhague es más simple; tiene un axioma no físico adicional, pero solo una "realidad" observable.

Entonces, la pregunta de ¿Por qué una medición provoca el colapso de la función de onda? (CI) se convierte en ¿Por qué solo se puede observar una de las realidades perpendiculares? (MWI).

No es cierto que en MWI se observe una sola realidad. Todos son observados, pero no por las mismas personas.

Creo que la pregunta "¿Por qué solo se puede observar una de las realidades perpendiculares?" puede interpretarse de dos maneras. Podría tomarse como un caso especial de la pregunta filosófica "¿por qué soy yo y no otro?" Si bien no tengo una buena respuesta a esta pregunta, no es específica de MWI. Las personas en los otros mundos no eres tú (aunque algunas de ellas son muy similares a ti) y tienen el mismo estatus con respecto a esta pregunta que las personas en este mundo que no eres tú.

Una de las objeciones más comunes a MWI es que no puede explicar por qué es más probable que usted sea una persona que ve un resultado de medición más probable que una persona que ve un resultado menos probable. Nuevamente, este es un problema real, pero no específico del MWI. Hay algo podrido en todas las formas de razonamiento antrópico, donde tratas de averiguar la "probabilidad de que eres tú", incluso cuando las otras personas que podrías ser (pero no eres) son solo otras personas en la Tierra o extraterrestres inteligentes. en otra galaxia. Al igual que el problema de la conciencia en sí, nadie sabe cómo resolverlo, pero no se puede evitar (a menos que te rindas y te conviertas en un solipsista).

Alternativamente, puede preguntarse por qué las personas solo experimentan ciertos resultados, correspondientes a vectores propios de algún operador hermitiano, y nadie (en ningún mundo) experimenta resultados distintos a esos. Tampoco puedo responder a eso sin un modelo físico de experiencia consciente, pero quiero señalar que no hay razón para esperar que no sea así. La gente a menudo parece esperar que la distributividad o la linealidad se apliquen donde no es así. En la lógica clásica,$B(P\vee Q)$no es equivalente a$BP\vee BQ$, dónde$B$significa creencia. (Creo que el número de pelos en mi cabeza es par o impar, pero no creo que sea impar y no creo que sea par). En las discusiones sobre el gato de Schrödinger, a menudo escucho la palabra "fantasmal", como aunque una foto de$\left( α \left|\text{live cat}\right\rangle + β \left|\text{dead cat}\right\rangle \right)$debe verse como una combinación de píxeles de una foto de un gato vivo y un gato muerto. Simplemente no funciona de esa manera. Sea cual sea el estado físico equivalente a la experiencia consciente, evidentemente tampoco funciona de esa manera.

¿Y qué es fundamentalmente diferente entre CI y MWI con respecto a la medición, la realidad observada o incluso la experiencia consciente?

Lo que MWI hace que la imagen colapsada* no hace es intentarser un modelo completo de la realidad. La imagen del colapso describe lo que le sucede a la función de onda cuando ocurre una medición correspondiente a un operador hermitiano en particular, pero no dice nada sobre cuándo se debe aplicar ese proceso o qué operador hermitiano se debe usar. No está claro en la imagen del colapso si las mediciones son "activadas" por algo sobre el estado del mundo justo antes de la medición, o incluso cuál es el estado del mundo (no es la función de onda). MWI, por el contrario, dice que la función de onda es el estado completo del mundo, que los tiempos y la naturaleza de las mediciones están codificados en ella, y que las mediciones ocurren "automáticamente" en el curso de la evolución hamiltoniana. Independientemente de lo que piense sobre la viabilidad de ese modelo, al menos es un modelo.

* Esto es lo que llamaste la interpretación de Copenhague, pero creo que es un mal nombre para ella: mira esta respuesta .

Las respuestas publicadas anteriormente explican la motivación para considerar la Interpretación de muchos mundos (MWI). La motivación se puede resumir así: la interpretación del colapso es horrible y MWI no tiene colapso, por lo que MWI es mejor.

Sin embargo, rechazar el colapso no es lo mismo que respaldar MWI, y rechazar MWI no es lo mismo que respaldar el colapso. No es lo mismo rechazar una interpretación que respaldar otra. La teoría cuántica se puede formular y usar sin comprometerse con ninguna "interpretación" en absoluto, al tiempo que conserva por completo su capacidad para dar cuenta de los hechos experimentales conocidos.

En esta respuesta, interpretación significa cualquier idea que pueda clasificarse como$\psi$-óntica o$\psi$-epistémica. Vea esta respuesta para las definiciones. Brevemente:$\psi$-óntico significa que una realidad dada sólo puede ser consistente con un estado puro, y$\psi$-epistémico significa que una determinada realidad puede ser compatible con dos o más estados puros.

Tanto el colapso como el MWI son$\psi$-ontic, pero eso no viene al caso. El punto es que podemos formular y usar la teoría cuántica sin comprometernos con ninguna interpretación. Por supuesto, si no nos comprometemos con ninguna interpretación, entonces la teoría es manifiestamente incompleta. Pero está incompleto de una manera que los experimentos actualmente no pueden explorar, y vivir con ese tipo de incompletitud es simplemente lo habitual en la ciencia. La gente puede temer que no adoptar una interpretación específica pueda hacer que sus presuntuosos compañeros piensen que están secretamente favoreciendo alguna otra interpretación específica, pero eso es solo un problema sociológico. Si un compañero presuntuoso no puede entender la enorme diferencia entre "la teoría cuántica está incompleta" y "me encanta la teoría de la onda piloto", se lo pierde.

Aún así, creo que MWI ayuda con un problema práctico. Es posible formular la teoría cuántica de una manera que no se comprometa con ninguna interpretación (como se definió anteriormente), pero expresar las cosas de esa manera puede hacer que parezcan desconocidas y eso puede disuadir a las personas de leerlo. Como compromiso, a menudo uso el lenguaje MWI. Es una forma relativamente familiar, concisa y memorable de expresar algunas de las matemáticas. Se podría argumentar que usar el lenguaje de colapso logra el mismo objetivo, pero hay una diferencia: las preguntas generadas al usar el lenguaje MWI tienden a ser más productivas que las preguntas generadas al usar el lenguaje de colapso. ¿Por qué? Probablemente porque la ambigüedad en la idea del colapso es flagrante (por eso se siente horrible), mientras que la ambigüedad en MWI está más profundamente enterrada (por eso se siente más elegante). En el momento en que hayamos pensado en las cosas lo suficientemente cuidadosamente como para encontrar la ambigüedad equivalente en MWI, habremos Estamos mucho más cerca de darnos cuenta de que los experimentos aún no nos han dado ninguna razón convincente para adoptar una interpretación específica. Tal vez algún día lo hagan, pero no estoy conteniendo la respiración.

La interpretación de muchos mundos elimina el postulado del colapso de CI. Esto es bueno porque CI no especifica cuantitativamente cuándo ocurre exactamente el colapso. Esto significa que, bajo CI, la mecánica cuántica es una teoría física INCOMPLETA. Debido a que CI nos deja con una teoría física incompleta, no resuelve el problema de la medición.

MWI abandona el postulado del colapso y nos deja con la evolución unitaria de la función de onda. Esto nos deja con una teoría física completa.

Sin embargo, MWI tampoco resuelve el problema de la medición. Esto se debe a que MWI no explica la relación entre el estado físico del universo (descrito por la función de onda) y nuestra experiencia subjetiva. "¿Por qué solo experimentamos una situación cuando nuestro cerebro físico está en una superposición de haber experimentado ambas?".

Como contrapunto ilustrativo que explicará mejor mi párrafo anterior y también motivará todo el problema de la medición. CI *, bajo ciertos supuestos filosóficos, explica la relación entre el estado físico del universo y nuestra experiencia subjetiva. Lo hace asegurando que los cerebros humanos nunca estén en superposiciones. Esto significa que esos cerebros están en estados bien definidos. Si asumimos que los estados mentales son 1:1 con los estados físicos entonces, bam, tenemos una correspondencia entre la teoría física y nuestra experiencia. Este es el objetivo de cualquier teoría científica.

De hecho, esta es toda la motivación de CI. Antes de CI, de hecho, solo teníamos mecánica cuántica básica, evolución unitaria. ¡Esto es exactamente lo que es MWI! Los primeros físicos que pensaron en la mecánica cuántica entendieron que, bajo la evolución unitaria, podríamos tener situaciones en las que los objetos macroscópicos (como gatos o cerebros humanos) podrían estar en superposiciones. Si el cerebro está en una superposición de estados físicos, ¿cómo explicamos el hecho de que solo experimentemos subjetivamente resultados únicos? Esto requeriría un mapeo de muchos a uno entre los estados mentales y los estados físicos. Esto es filosóficamente incómodo, por lo que el IC literalmente, de manera ad hoc, simplemente dice "no, esto no es aceptable" y exige que la función de onda colapse antes de que este mapeo de muchos a uno sea necesario.

Tenga en cuenta que arriba estoy describiendo un marco para la mente que asume un marco dualista y que asume el epifenomenalismo , que es la idea de que los estados mentales son "causados" por estados físicos, pero no al revés. Los físicos y los científicos en general encuentran tabú hablar de estas cosas filosóficas, lo cual me parece triste porque creo que esta correspondencia entre la mente y el cuerpo es realmente central para el problema de la medición y tanto la física como la filosofía de la mente podrían beneficiarse enormemente de tener una mirada cercana. Además, creo que la mayoría de los físicos probablemente asumen implícitamente una visión epifenomanalista de la mente.

Para resumir: MWI corrige la incompletud física de CI. CI fija la correspondencia entre los estados físicos y mentales que no es abordada por MWI. Ninguno proporciona una teoría física completamente satisfactoria.

Echa un vistazo a " Tres problemas de medición " de Tim Maudlin. No estoy seguro si hay una versión de acceso abierto. También echa un vistazo a un montón de material de Jeffry Barrett . The Quantum Mechanics of Minds and Worlds es bueno, junto con el video en su página web.

(Las respuestas hasta ahora son un poco diferentes de lo que creo que técnicamente es la respuesta correcta a la pregunta. Históricamente, no creo que la reducción de un axioma de CI no haya sido la razón por la que se ideó MWI, aunque supongo que este es el principal atractivo de mucha gente que cree en ello.)

P: "¿Qué problema está resolviendo realmente la Interpretación de muchos mundos?"

R: La paradoja del amigo de Wigner.

Everett fue alumno de Wigner, y a Everett se le ocurrió MWI (llamado estado relativo en ese momento) como una solución a la paradoja del amigo de Wigner. En la paradoja del amigo de Wigner, se puede demostrar que existe un desacuerdo entre las observaciones del observador que realiza una medición y un segundo observador que está aislado del primer observador. La solución de Wigner fue que el colapso debe ocurrir dentro de la mente del observador, mientras que la solución de Everett fue el MWI.

QM se presenta estándar en dos conjuntos de axiomas. El primer conjunto da una descripción del estado cuántico que evoluciona de forma determinista. El segundo conjunto describe lo que ocurre en la medición del estado cuántico. Se colapsa a un estado propio de lo observable. Esta también es una evolución, pero a diferencia del primer caso, esta evolución no es determinista, es no determinista.

A algunos físicos no les gusta esta división en una especie de evolución puntuada donde un estado evoluciona de manera determinista, solo para colapsar de forma indeterminista en la medición. Vale la pena señalar que en el QM relacional de Rovelli, todas las interacciones se ven como medidas. Personalmente, estoy de acuerdo con esto.

Muchos Mundos tratan de resolver esto simplemente negando el postulado del colapso. Personalmente, creo que están tratando de resolver un no-problema. No hay ninguna razón filosófica por la que la naturaleza deba ser determinista en todos sus aspectos. De hecho, esta pregunta se planteó desde el principio cuando Aristóteles recordó en su Metafísica que algunos filósofos 'declaran que el azar es una causa'. Además, no creo que se haya enfatizado lo suficiente que el postulado del colapso también nos da una dirección del tiempo. Es notorio que la física clásica, en pequeña medida, es agnóstica sobre la dirección del tiempo. Por ejemplo, Rudolf Haag escribe en su libro Local Quantum Physics :

Reemplazando la palabra 'resultado de medición' por 'evento', es claro con un alto nivel de confianza, un destello en una pantalla de centelleo, el ennegrecimiento de un grano en una placa fotográfica, la muerte de un gato... puede ser considerados como hechos independientemente de la presencia de un observador. Pero, ¿se pueden aislar eventos con absoluta precisión? ¿Se puede describir el universo como un conjunto de eventos que aumentan en el tiempo? Esto requeriría la introducción de la irreversibilidad en una escala fundamental y una revisión de los conceptos de espacio y tiempo...

Es una pena que no se mencionen las variables ocultas . Esta no es una interpretación de la mecánica cuántica, sino una teoría completamente nueva de algunas cosas deterministas extrañas detrás de la dinámica de las probabilidades presentes en la teoría cuántica. Obviamente, la rareza de las cosas deterministas es el inconveniente. No puedes observarlo aunque los efectos están ahí. No puedes observarlo, pero puedes describirlo matemáticamente. De alguna manera es más satisfactorio que la probabilidad inherente. Al menos, para mí (y, por supuesto, para los defensores de las cosas). Así que vamos a escribir algunas palabras sobre esta teoría.
Louis-Victor-Pierre-Raymond de Broglie propuso inicialmente la onda piloto, que es una onda física correspondiente a la función de onda, y David Bohm, más tarde, dedicó gran parte de su trabajo a la construcción de una teoría consistente (lo que sea que eso signifique). incluyendo tal ola. Creo que a Einstein le hubiera gustado la teoría, ya que no soportaba la idea de que dios juega y muere. Si se prestara más atención a esta dirección de pensamiento al comienzo de la historia de la mecánica cuántica, tal vez esa sería la imagen predominante en la actualidad. En lugar de la interpretación de Copenhague .
¿Qué implica? En la interpretación HV, la función de onda no es solo una entidad matemática (construcción, objeto, dispositivo) para describir observaciones físicas y calcular las probabilidades de encontrarlas. La función de onda se construye a partir de variables ocultas de una manera que recuerda la forma en que un gas o líquido influye en el movimiento de una pequeña partícula ( movimiento browniano ) suspendida en él. El gas o el líquido representa la función de onda que "rodea" una partícula (la teoría del campo cuántico también hace uso del movimiento browniano: mire aquí ).
Esta función de onda física afecta a la partícula continuamente. La partícula correspondiente a la función de onda corresponde en un sentido literal. La posición y la velocidad de la partícula están bien definidas en cualquier momento. Sin embargo, están cambiando continuamente, de acuerdo con la ola.
¿Cuáles son exactamente estas variables? ¿Quién sabe? ¡Están escondidos! No están hechos del mismo material del que está hecho el medio que rodea a la partícula browniana. No estoy seguro de lo que Bohm (o van 't Hooft, un físico holandés muy conocido en el ámbito de la teoría cuántica de campos y defensor de las variables ocultas) tiene (tuvo) en mente si uno puede imaginar esto.
La existencia de variables ocultas locales fue descartada por el experimento de Bell , que es un experimento que involucraentrelazamiento cuántico. ¡No es sorprendente! Después de todo, el entrelazamiento cuántico es un fenómeno no local. Cuando se realiza una medición, el correlato físico de la función de onda influye instantáneamente en una partícula lejana (entrelazada con una partícula en la que se realiza una observación o medición). Esto solo muestra cuán extrañas se comportan estas variables ocultas (¿partículas?). Tenga en cuenta que la influencia instantánea en una partícula lejana no significa que se supere la velocidad de la luz. Ninguna información se transmite más rápido que esta velocidad, aunque se podría pensar que la información sobre una partícula es recibida por la otra partícula instantáneamente. Recuerdo que me costó mucho explicarle esto a un profesor de filosofía de las ciencias, que incluso había estudiado física. Llevé varias copias de un artículo popular a la universidad sobre el experimento de 1982 realizado porAspecto de Alain , otro experimento en el campo del entrelazamiento (¡obviamente, el entrelazamiento cuántico es muy sexy!). Es tentador ver las dos partículas especialmente separadas como un todo (el libro más notable de Bohm se parece un poco a la nueva era llamado Wholeness and Implicate Order .
Las variables ocultas constituyen la función de onda. Las colecciones de variables ocultas (funciones de onda) colapsan si interactúan (por uno de los campos de spin-1) con otras colecciones de variables ocultas. Aquí la comparación con las partículas brownianas no se puede hacer, obviamente. Todo el material determinista puede colapsar simultáneamente. Incluso se puede argumentar que el espacio-tiempo en sí mismo constituye variables ocultas que rodean partículas, aunque el concepto siempre será problemático debido a la cualidad oculta.
Una última cosa. Alguna vez se dijo que el mismo acto de observar hace colapsar la función de onda. Si este fuera el caso, entonces la vida nunca podría haber evolucionado. Todo lo que existía (antes de la llegada de los humanos) habría estado en una superposición evolutiva, lo que significa que sería imposible que algo evolucionara.