¿Universo determinista o estocástico?

Esta es una pregunta importante, y para responderla, uno debe profundizar en algunas de las sutilezas de la física.

La respuesta más común que uno encontrará es que pensábamos que nuestro universo era determinista bajo la física "clásica" newtoniana, de modo que el Demonio de LaPlace, que podía conocer la ubicación y el momento de todas las partículas, podía predecir el comportamiento del universo para siempre. Pero que el desarrollo de la mecánica cuántica a principios del siglo XX requiere que nuestro universo sea estocástico. Esta fue la opinión de los fundadores de la teoría de la mecánica cuántica, quienes abrazaron el estocismo. Sin embargo, este punto de vista no es 100% válido: hay sutilezas tanto en la física clásica como en la cuántica.

En relación con la física clásica, varios físicos en las últimas décadas han estado explorando casos "clásicos" que conducen a soluciones estocásticas. Aquí hay una de esas referencias: https://www.journals.uchicago.edu/doi/full/10.1086/594526?casa_token=jcR7Qn5Ji-cAAAAA:rxtSGXk98L_jfEBttu1Lt2LD3DGjsRXmhk6C_4AcUByNqWdELIjk_3ehV_rhVWe0TM9DbprEJkLjTenga en cuenta que el lenguaje no es particularmente claro, pero para cada caso en el que "falla la unicidad" o "hay más de una solución", eso se traduce en que la física clásica tiene múltiples resultados posibles para un evento y, por lo tanto, es estocástico en lugar de determinista. Estos son descubrimientos recientes y, por lo tanto, no han sido objeto de múltiples décadas de crítica, pero el documento vinculado tiene una década y media, por lo que ha habido una buena cantidad de tiempo para la refutación, hasta ahora sin éxito. Estos también son casos raros y exóticos, por lo que la física clásica podría describirse como "principalmente determinista" basándose solo en ellos.

Otro descubrimiento, un poco más antiguo pero también reciente, fue que incluso los modelos deterministas pueden ser impredecibles. Esto se descubrió por primera vez en los modelos meteorológicos, donde un complejo código de simulación meteorológica, que era de carácter completamente determinista, terminó dando predicciones radicalmente diferentes cuando una de sus entradas se redondeó en el cuarto decimal. Estos ahora se denominan sistemas caóticos, y el clima se considera un excelente ejemplo del caos "determinista" de la física clásica en la naturaleza.

Un buen ejemplo de comportamiento caótico en un sistema mucho más simple que un modelo meteorológico es esta ilustración de comportamiento caótico de péndulos triples: https://jakevdp.github.io/blog/2017/03/08/triple-pendulum-chaos/ Tenga en cuenta que una de las creencias que he escuchado es que, si bien la cuántica puede ser estocástica, nuestro macrouniverso no lo es. Los péndulos triples brindan un ejemplo donde ese no es el caso, porque es un sistema TAN sensible que las variaciones en el orden del principio de incertidumbre de Heisenberg en el estado inicial, conducen rápidamente al tipo de caos que ilustra este video. IE: los fenómenos de caos a macroescala conducen a la hemorragia del estocismo cuántico en el estocismo a macroescala.

Si la importancia de un ejemplo de péndulo triple no es completamente obvia para todos, básicamente todas las estructuras físicas tienen modos vibratorios, básicamente análogo a un ciclo de péndulo. Y estos modos se superponen entre sí, cambiando potencialmente la ubicación de un punto de la superficie en un momento dado, muy similar a cómo el punto de los tres péndulos depende de la fase de los tres. Estas vibraciones tienen una amplitud mucho menor que la oscilación de un péndulo, pero la ubicación de la superficie de todos los sólidos está sujeta a este tipo de caos dependiente de la vibración. Cualquier IMPACTO entre dos objetos de tamaño macro, por lo tanto, no será en un instante predecible en el tiempo, sino que será estocástico, basado en la ubicación instantánea de cada superficie. Esto conduce a una cierta variabilidad intrínseca del tiempo de impacto y también a las direcciones de impacto resultantes entre los dos objetos.

Una de las formas en que los pensadores han tratado de reconciliar el caos con la causalidad es aceptar que una forma de causalidad puede ser una envolvente limitada, como el rango de movimiento de un sólido que vibra o un péndulo triple, más una probabilidad estadística dentro de eso. sobre. Este enfoque también funciona para QM.

Si bien los fundadores de la teoría cuántica adoptaron el estocismo, no todos sus pares lo han hecho. Y aunque el estocismo ha sido uno de los principales motivadores detrás de los intentos de reinterpretar la teoría cuántica, no ha sido la única preocupación filosófica que ha motivado a sus pares a tratar de reformular la Mecánica Cuántica. Los esfuerzos por reformular la teoría cuántica han dado lugar a una proliferación de "interpretaciones". La comprensión puramente estocástica original de la mecánica cuántica sigue siendo la dominante (ahora se llama Interpretación de Coopenhagen), pero el estocismo de QM al menos ha sido debatido entre los físicos.

Las dos patas clave del estocismo han sido el Principio de Incertidumbre de Heisenberg, que señala que en realidad no se puede descubrir el producto de pares de términos con menos de un cierto contenido de incertidumbre. El producto más claro para ilustrar esto es el tiempo y el impulso. https://chem.libretexts.org/Bookshelves/Physical_and_Theoretical_Chemistry_Textbook_Maps/Supplemental_Modules_(Physical_and_Theoretical_Chemistry)/Quantum_Mechanics/02._Fundamental_Concepts_of_Quantum_Mechanics/Heisenberg%27s_Uncertainty_Principle _ , pero Heisenberg pensó que todo el concepto de causalidad ahora era sospechoso.

La otra pata ha sido la mecánica cuántica: que el comportamiento de las partículas elementales es como ondas, que se descomponen en partículas con fines de interacción en ubicaciones estocásticas dentro del campo de ondas. Uno de los aspectos más claros de la mecánica cuántica es que la descomposición de un solo átomo radiactivo no ocurrirá en un momento predecible, sino que ocurrirá al azar en función de su "vida media". Los desarrolladores de QM reconocieron que esto es una violación no solo del determinismo, sino también de la comprensión normal de la causalidad.

Una de las otras características de QM es que también parece violar la relatividad o el realismo independiente de la mente de nuestro mundo. Desigualdad de Bell explicó un caso de prueba entre el realismo local y las predicciones de QM y las pruebas hasta la fecha han demostrado que las violaciones del realismo local de QM se confirman como funciona nuestro mundo: https://www.quantiki.org/wiki/bells-theorem

Einstein fue uno de los principales líderes en el esfuerzo por desafiar la naturaleza estocástica de QM, pero no solo eso, también sus aspectos locales e irreales. Postuló un conjunto de interpretaciones alternativas de las observaciones de QM, que fallaron prueba tras prueba. Su esfuerzo final fue el concepto de variables intrínsecamente ocultas, incapaces de ser observadas jamás. Se entristeció por esto, ya que parecía estar violando uno de los aspectos clave de la ciencia: la refutación de las teorías. Pero Einstein, como buen científico, buscó formas de probar sus "interpretaciones" frente a Copenhague. Tenga en cuenta que si las pruebas pueden distinguir entre ellas, las "interpretaciones" alternativas son en realidad teorías alternativas. Las pruebas de desigualdad de Bell se inspiraron en un esfuerzo por hacer comprobable esta última teoría de la variable intrínsecamente oculta, y también falló esas pruebas.

Otras "interpretaciones" intentan preservar la localidad, abrazando la "irrealidad", es decir, que el observador es inseparable de los eventos cuánticos. Una lista de muchas de estas interpretaciones está aquí; https://en.wikipedia.org/wiki/Interpretations_of_quantum_mechanics La mayoría de los defensores de estas interpretaciones alternativas no han sido tan agresivos como lo fue Einstein al tratar de derivar casos de prueba entre ellos y Copenhague, por lo tanto, la mayoría no ha sido tan claramente reconocido como en realidad. teorías en competencia.

Las únicas dos alternativas de esta lista con un apoyo significativo de los físicos de hoy son Bohm-DeBroglie y Many Worlds de Everett. El de Bohm es un modelo de variables ocultas, con variables ocultas globales en lugar de locales. Lo que eso significa es que cada evento está influenciado por todos los demás objetos en el universo, independientemente de la distancia y de los límites de velocidad de la luz. Bohm sacrificó la compatibilidad con la Relatividad General, por la comodidad de un modelo determinista. Ahora se ha reconocido bastante ampliamente que la teoría de Bohm es diferente de QM, y ahora a menudo se describe como Mecánica de Bohm. Los resultados de los casos de prueba hasta la fecha han tenido una fuerte tendencia en contra de Bohm ya favor de Copenhague; http://settheory.net/Bohm https://www.physicsforums.com/threads/back-pedaling-on-bohm.905194/. Bohm, aún no se ha considerado ampliamente refutado, pero estas observaciones y casos de prueba han disminuido drásticamente el entusiasmo por la teoría de Bohm.

Many Worlds postula que para cada evento cuántico, ocurren todos los resultados posibles, y el universo se divide para crear universos alternativos que no interactúan para cada resultado posible. Se afirma que Many Worlds es una teoría "determinista" según la página Wiki, y muchos defensores. Pero este no parece ser el caso. Para cualquier observador, solo habrá un resultado para cualquier evento, y ese resultado no es determinista, sino estocástico. Postular que existen otros observadores, y que todos los resultados posibles se observan entre la colección teórica de todos ellos, aún deja a cada uno de ellos como un solo observador, experimentando un evento estocástico. según el estándar de determinismo establecido para la física clásica: el Demonio de LaPlace no podría conocer el estado actual del universo (todavía estaría limitado por el Principio de Incertidumbre de Heisenberg), ni podría predecir el resultado de ninguna medición (haciéndose eco del lenguaje de Earman relativo a la física clásica, "no hay una solución singular"). "Todo lo anterior" no es realmente determinismo. Además, postular un exceso de universos que son indetectables en principio, es una violación de los conceptos básicos de la ciencia, por lo que Einstein recibió un dolor justificado.

Además, Many Worlds, desde un punto de vista causal pragmático, abandona explícitamente la causalidad y ni siquiera puede adoptar el enfoque de envolvente/probabilidad que plausiblemente puede abarcar eventos de caos. Esto se debe a que la probabilidad entre los mundos se convierte en un concepto sin sentido: todos ellos existen, y no hay una característica de "ancho de banda" para estos diferentes universos en la teoría que pueda distinguir la "frecuencia". Poniéndolo en términos personales, podría en los próximos 20 minutos, completar esta entrada y publicarla, abandonar el proyecto y jugar videojuegos en su lugar, o caminar al lado y asesinar a la familia vecina. Todos son posibles, ninguno es más "causado que el otro, y cada uno ocurre en ALGÚN mundo por "interpretación" de MW. Una eliminación tan radical del concepto de causalidad no es lo que la mayoría de los deterministas están buscando.

En cualquier caso, Bohm parece estar yendo por el mismo camino de refutación que siguieron las teorías de variables ocultas de Einstein, y MW no es realmente un modelo determinista. La mecánica cuántica se entiende razonablemente como una refutación del determinismo en la física. Esto, combinado con el indeterminismo en la física clásica y la imprevisibilidad intrínseca del fenómeno del caos (y el indeterminismo real una vez que se incluye la incertidumbre de Heisenberg), conduce a una respuesta definitiva: la física no está determinada.

En un universo determinista nada sucede nunca al azar ni a voluntad. Un universo determinista no podría crearse intencionalmente ni podría haber evolucionado involuntariamente a través de fluctuaciones aleatorias o indeterminación probabilística.

Un universo determinista es una imposibilidad lógica. El determinismo excluye ambos métodos para determinar el contenido de un universo.

Entonces, hay tres modelos de mecánica cuántica que mantienen el determinismo: variables ocultas no locales; superdeterminismo; y determinismo a través de muchos mundos. Estos están restringidos por la violación de la Desigualdad de Bell .

Esto se debe a que, la sensibilidad a las condiciones unitarias, la característica subyacente de los sistemas caóticos (como cuando interactúan más de dos osciladores), significa que, en principio, cualquier medición cuántica podría ser suficiente para un resultado diferente de las mismas condiciones iniciales.

Entonces. Las variables ocultas no locales son problemáticas porque violan la prohibición de Occam de multiplicar entidades, se requiere una capa de orden invisible oculta que parece no ser falsificable. El superdeterminismo es problemático porque desde dentro del sistema sería impredecible, y la implicación tiene que ser, para que sea verificable, que podrías salir del sistema para ver cómo es determinista, violando ese determinismo, por lo que nuevamente es infalsable. La interpretación de muchos mundos (también llamada interpretación de estado relativo) es probablemente la interpretación más popular de la mecánica cuántica entre los físicos, asigna la aleatoriedad a la rama del sistema en la que nos encontramos, y el sistema evoluciona por todas las ramas posibles en un espacio de Hilbert de mayor dimensión. . Parece posible que exista un límite fundamental a la información por unidad de espacio-tiempo, vinculado a la longitud y el tiempo de Planck, que ayudaría a explicar el comportamiento de los agujeros negros. Esto parecería imponer una restricción en el número total de caminos por los que podría pasar un sistema, pero es un número extremadamente alto.

Hay otra opción. Las interpretaciones de la mecánica cuántica dependen del observador y lo observado, muchos mundos describen los estados como relativos, un sistema cuántico observando a otro. La doctrina It From Bit sugiere que la materia no es fundamental, sino la información. Las propiedades emergentes son sistemas autoestabilizadores, como la vida y la mente. Veo estas piezas como apuntando hacia un panpsiquismo materialista-fisicalista, que el universo es en un nivel profundo el resultado de su propia indagación en sí mismo, explotando su propia falta de conocimiento sobre sí mismo para determinar cómo ser, amplificando esos indeterminismos en una forma que se autoestabiliza, como una mente. Como la Red de Indra . Sólo una corazonada, aunque en realidad.

Hace poco estuve hablando sobre el libre albedrío, y esto puede aclarar la idea: el libre albedrío desde la perspectiva de un ser consciente de sí mismo; voluntad no libre desde la perspectiva del universo. Sólo que el universo no tiene perspectiva, de hecho sólo hay intersubjetividad, no hay perspectiva trascendental universal, sólo relativa local. La mente entonces sería el estrato fundamental del ser, y el mundo y la fisicalidad surgen de eso, pero se evita que sean arbitrarios y puramente subjetivos al surgir con y en un espacio mental intersubjetivo compartido. Surgiendo en la 'puerta' (puerta de los sentidos) entre la mente y el mundo. Es una continuación lógica de la intersubjetividad del argumento del lenguaje privado. Para resumirlo, tenemos libre albedrío por la misma razón que tenemos identidad, 'yo'idad, o que existe la moneda fiduciaria: tenemos una convención y actuamos como si fuera real, creando un mundo en el que lo es. Puedes decir que el dinero no es real, y señalo los observables en el mundo que dicen que lo es, pero la forma en que es real no es como los átomos, es como la categoría 'cosas en las que te puedes sentar'. Relativo, pero social. Ver tambiénhipótesis de simulación peer-to-peer