Interpretaciones de la mecánica cuántica

Conjunto de afirmaciones que intentan explicar cómo la mecánica cuántica informa nuestra comprensión de la naturaleza.

Parte de una serie sobre
Mecánica cuántica
${\displaystyle i\hbar {\frac {\partial }{\partial t}}|\psi (t)\rangle ={\hat {H}}|\psi (t)\rangle }$ Ecuación de Schrödinger
Introducción Glosario Historia Libros de texto
Fondo Mecanica clasica Teoría cuántica antigua Notación bra-ket Hamiltoniano Interferencia
Fundamentos Regla nacida Longitud de onda de Compton Coherencia Decoherencia Complementariedad Nivel de energía Entrelazamiento Hamiltoniano Principio de incertidumbre Estado fundamental Amplitud de probabilidad Distribución de probabilidad Interferencia Medición Medida débil No localidad Observable Operador Cuántico Fluctuación cuántica Número cuántico Ruido cuántico Estado cuántico Sistema cuántico Teletransportación cuántica Qubit Girar Superposición Estado de vacío cuántico Simetría Ruptura de simetría (espontánea) Estado de vacío Propagación de onda Función de onda Colapso de la función de onda Dualidad onda-partícula Ola de materia Barrera de potencial rectangular Espacio fock
Efectos Efecto Zeeman Efecto Stark Efecto Aharonov-Bohm Cuantización de Landau Efecto Hall cuántico Efecto Quantum Zeno Túneles cuánticos Efecto fotoeléctrico Efecto Casimir
Experimentos La desigualdad de Bell Davisson – Germer Doble hendidura Elitzur – Vaidman Franck – Hertz Desigualdad de Leggett-Garg Mach – Zehnder Corchete Borrador cuántico  ( opción retardada ) El gato de Schrödinger Stern – Gerlach La elección retrasada de Wheeler
Formulaciones Visión de conjunto Imágenes dinámicas ( Heisenberg ; Interacción ; Schrödinger ) Matriz Espacio de fase Sumas sobre historias (integral de ruta)
Ecuaciones Dirac Hellmann – Feynman Klein – Gordon Lippmann – Schwinger Pauli Rydberg Schrödinger Integración funcional
Interpretaciones Visión de conjunto Bayesiano Historias consistentes Copenhague de Broglie – Bohm Conjunto Variable oculta Muchos-mundos Colapso objetivo Lógica cuántica Relacional Transaccional
Temas avanzados Hipótesis de termalización del estado propio Recocido cuántico Caos cuántico Computación cuántica Geometría cuántica Matriz de densidad Teoría cuántica de campos Mecánica cuántica fraccional Gravedad cuántica Ciencia de la información cuántica Aprendizaje automático cuántico Teoría de la perturbación (mecánica cuántica) Mecánica cuántica relativista Teoría de la dispersión Teoría del vacío superfluido Conversión descendente paramétrica espontánea Mecánica estadística cuántica
Científicos Aharonov campana Blackett Bloch Bohm Bohr Nació Bose de Broglie Candlin Compton Dirac Davisson Debye Ehrenfest Einstein Everett Fock Fermi Feynman Glauber Gutzwiller Heisenberg Hilbert Jordán Kramers Pauli Cordero Landó Laue Moseley Millikan Onnes Planck Rabi Raman Rydberg Schrödinger Sommerfeld von Neumann Weyl Viena Wigner Zeeman Zeilinger Goudsmit Uhlenbeck Yang
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Una interpretación de la mecánica cuántica es un intento de explicar cómo la teoría matemática de la mecánica cuántica "corresponde" a la realidad . Aunque la mecánica cuántica ha resistido pruebas rigurosas y extremadamente precisas en una gama extraordinariamente amplia de experimentos (no se ha encontrado que los experimentos contradigan ni una sola predicción de la mecánica cuántica), existen varias escuelas de pensamiento en disputa sobre su interpretación. Estos puntos de vista sobre la interpretación difieren en cuestiones tan fundamentales como si la mecánica cuántica es determinista o estocástica , qué elementos de la mecánica cuántica pueden considerarse reales y cuál es la naturaleza de la medición , entre otras cuestiones.

A pesar de casi un siglo de debate y experimentación, no se ha llegado a un consenso entre los físicos y filósofos de la física sobre qué interpretación "representa" mejor la realidad. ^{[1] [2]}

Historia

Figuras influyentes en la interpretación de la mecánica cuántica

Nació

Bohr

La definición de los términos de los teóricos cuánticos, como la función de onda y la mecánica matricial , progresó a través de muchas etapas. Por ejemplo, Erwin Schrödinger originalmente vio la función de onda del electrón como su densidad de carga distribuida en el espacio , pero Max Born reinterpretó el valor cuadrado absoluto de la función de onda como la densidad de probabilidad del electrón distribuida en el espacio.

Los puntos de vista de varios pioneros de la mecánica cuántica, como Niels Bohr y Werner Heisenberg , a menudo se agrupan como la " interpretación de Copenhague ", aunque los físicos e historiadores de la física han argumentado que esta terminología oculta las diferencias entre los puntos de vista así designados. ^{[3] [4]} Las ideas al estilo de Copenhague nunca fueron aceptadas universalmente, y los desafíos a una ortodoxia de Copenhague percibida ganaron cada vez más atención en la década de 1950 con la interpretación de la onda piloto de David Bohm y la interpretación de muchos mundos de Hugh Everett III . ^{[3] [5] [6]}

Además, la posición estrictamente formalista, que evita la interpretación, ha sido desafiada por propuestas de experimentos que algún día podrían distinguir entre interpretaciones, como midiendo la conciencia de la IA ^[7] o mediante la computación cuántica . ^{[8] [se necesita fuente no primaria ]}

El físico N. David Mermin bromeó una vez: "Cada año aparecen nuevas interpretaciones. Ninguna desaparece". ^[9] Como una guía aproximada para el desarrollo de la visión dominante durante las décadas de 1990 y 2000, una "instantánea" de opiniones fue recopilada en una encuesta por Schlosshauer et al. en la conferencia "Quantum Physics and the Nature of Reality" de julio de 2011. ^[10] Los autores hacen referencia a una encuesta igualmente informal realizada por Max Tegmark en la conferencia "Fundamental Problems in Quantum Theory" en agosto de 1997. La principal conclusión de la autores es que "la interpretación de Copenhague todavía reina suprema", recibiendo la mayor cantidad de votos en su encuesta (42%), además del ascenso a la notoriedad general de lamuchos mundos interpretaciones : "La interpretación de Copenhague sigue reinando aquí, especialmente si nos agrupamos junto con descendientes intelectuales tales como interpretaciones basadas en la información y el Quantum bayesiano interpretación encuesta de En Tegmark, la interpretación de Everett recibió el 17% de los votos, lo que. es similar al número de votos (18%) en nuestra encuesta ".

Naturaleza

Más o menos, todas las interpretaciones de la mecánica cuántica comparten dos cualidades:

1. Interpretan un formalismo, un conjunto de ecuaciones y principios para generar predicciones a través de la entrada de condiciones iniciales.
2. Interpretan una fenomenología, un conjunto de observaciones, incluidas las obtenidas mediante investigación empírica y las obtenidas informalmente, como la experiencia de los seres humanos de un mundo inequívoco.

Dos cualidades varían entre las interpretaciones:

1. Ontología: afirmaciones sobre qué cosas, como categorías y entidades, existen en el mundo.
2. Epistemología: afirmaciones sobre la posibilidad, el alcance y los medios hacia el conocimiento relevante del mundo.

En filosofía de la ciencia , la distinción de conocimiento versus realidad se denomina epistémica versus óntica . Una ley general es una regularidad de resultados (epistémica), mientras que un mecanismo causal puede regular los resultados (óntico). Un fenómeno puede recibir interpretación tanto óntica como epistémica. Por ejemplo, el indeterminismo puede atribuirse a limitaciones de la observación y percepción humanas (epistémicas), o puede explicarse como un tal vez real existente.codificado en el universo (óntico). Confundir lo epistémico con lo óntico, si, por ejemplo, se supusiera que una ley general en realidad "gobierna" los resultados —y que el enunciado de una regularidad tiene el papel de un mecanismo causal— es un error de categoría .

En un sentido amplio, se puede considerar que la teoría científica ofrece realismo científico —una descripción o explicación aproximadamente verdadera del mundo natural— o se puede percibir con antirrealismo. Una postura realista busca lo epistémico y lo óntico, mientras que una postura antirrealista busca lo epistémico pero no lo óntico. En la primera mitad del siglo XX, el antirrealismo era principalmente el positivismo lógico , que buscaba excluir aspectos no observables de la realidad de la teoría científica.

Desde la década de 1950, el antirrealismo es más modesto, generalmente instrumentalismo , permitiendo hablar de aspectos inobservables, pero en última instancia descartando la cuestión misma del realismo y planteando la teoría científica como una herramienta para ayudar a los humanos a hacer predicciones, no para lograr una comprensión metafísica del mundo. El punto de vista instrumentalista es llevado por la famosa cita de David Mermin , "Cállate y calcula", a menudo atribuida erróneamente a Richard Feynman . ^[11]

Otros enfoques para resolver problemas conceptuales introducen un nuevo formalismo matemático y, por lo tanto, proponen teorías alternativas con sus interpretaciones. Un ejemplo es la mecánica de Bohm , cuya equivalencia empírica con los tres estándar formalisms- Schrödinger 's mecánica ondulatoria , Heisenberg ' s mecánica de matrices , y Feynman 's camino formalismo integral -ha sido demostrada.

Desafíos interpretativos

1. Naturaleza matemática abstracta de las teorías cuánticas de campos : la estructura matemática de la mecánica cuántica es abstracta sin una interpretación clara de sus cantidades.
2. Existencia de procesos aparentemente indeterministas e irreversibles: en la teoría de campo clásica , una propiedad física en un lugar dado en el campo se deriva fácilmente. En la mayoría de las formulaciones matemáticas de la mecánica cuántica, a la medición se le da un papel especial en la teoría, ya que es el único proceso que puede causar una evolución no unitaria e irreversible del estado.
3. Papel del observador en la determinación de los resultados: la Interpretación de Copenhague implica que la función de onda es una herramienta de cálculo y representa la realidad solo inmediatamente después de una medición, quizás realizada por un observador; Las interpretaciones everettianas admiten que todas las posibilidades pueden ser reales y que el proceso de interacciones de tipo medición provocan un proceso de ramificación eficaz. ^[12]
4. Correlaciones clásicamente inesperadas entre objetos remotos: los sistemas cuánticos entrelazados , como se ilustra en la paradoja EPR , obedecen a estadísticas que parecen violar los principios de causalidad local . ^[13]
5. Complementariedad de las descripciones ofrecidas: la complementariedad sostiene que ningún conjunto de conceptos físicos clásicos puede referirse simultáneamente a todas las propiedades de un sistema cuántico. Por ejemplo, la descripción de onda A y la descripción de partículas B pueden describir cada una el sistema cuántico S , pero no simultáneamente. Esto implica que la composición de las propiedades físicas de S no obedece las reglas de la lógica proposicional clásica cuando se utilizan conectivos proposicionales (ver " Lógica cuántica "). Como la contextualidad, el "origen de la complementariedad radica en la no conmutatividad de los operadores" que describen los objetos cuánticos (Omnès 1999).
6. Complejidad que aumenta rápidamente, excediendo con creces la capacidad de cálculo actual de los humanos, a medida que aumenta el tamaño de un sistema: dado que el espacio de estados de un sistema cuántico es exponencial en el número de subsistemas, es difícil derivar aproximaciones clásicas.
7. Comportamiento contextual de los sistemas a nivel local: la contextualidad cuántica demuestra que las intuiciones clásicas, en las que las propiedades de un sistema tienen valores definidos independientemente de la forma de su medición, fallan incluso para los sistemas locales. Además, los principios físicos como el Principio de identidad de los indiscernibles de Leibniz ya no se aplican en el dominio cuántico, lo que indica que la mayoría de las intuiciones clásicas pueden ser incorrectas sobre el mundo cuántico.

Interpretaciones influyentes

Otras interpretaciones

Artículo principal: Interpretaciones minoritarias de la mecánica cuántica.

Además de las interpretaciones principales que se analizan a continuación, se han propuesto otras interpretaciones que no han tenido un impacto científico significativo por alguna razón. Estos van desde propuestas de los físicos convencionales hasta las ideas más ocultas del misticismo cuántico .

La paradoja de EPR

El uso actual de realismo y completitud se originó en el artículo de 1935 en el que Einstein y otros propusieron la paradoja EPR . ^[14] En ese artículo, los autores propusieron el elemento conceptual de la realidad y la integridad de una teoría física.. Caracterizaron el elemento de la realidad como una cantidad cuyo valor puede predecirse con certeza antes de medirlo o alterarlo de alguna otra manera, y definieron una teoría física completa como aquella en la que la teoría explica cada elemento de la realidad física. En una visión semántica de la interpretación, una interpretación está completa si todos los elementos de la estructura de interpretación están presentes en las matemáticas. El realismo también es una propiedad de cada uno de los elementos de las matemáticas; un elemento es real si corresponde a algo en la estructura de interpretación. Por ejemplo, en algunas interpretaciones de la mecánica cuántica (como la interpretación de muchos mundos), se dice que el vector ket asociado al estado del sistema corresponde a un elemento de la realidad física, mientras que en otras interpretaciones no lo es.

El determinismo es una propiedad que caracteriza los cambios de estado debidos al paso del tiempo, es decir, que el estado en un instante futuro es una función del estado en el presente (ver evolución del tiempo ). Puede que no siempre quede claro si una interpretación particular es determinista o no, ya que puede no haber una elección clara de un parámetro de tiempo. Además, una teoría dada puede tener dos interpretaciones, una de las cuales es determinista y la otra no.

El realismo local tiene dos aspectos:

• El valor devuelto por una medición corresponde al valor de alguna función en el espacio de estados. En otras palabras, ese valor es un elemento de la realidad;
• Los efectos de la medición tienen una velocidad de propagación que no excede algún límite universal (por ejemplo, la velocidad de la luz). Para que esto tenga sentido, las operaciones de medición en la estructura de interpretación deben estar localizadas.

John Bell propuso una formulación precisa del realismo local en términos de una teoría local de variables ocultas .

El teorema de Bell , combinado con las pruebas experimentales, restringe los tipos de propiedades que puede tener una teoría cuántica, siendo la principal implicación que la mecánica cuántica no puede satisfacer tanto el principio de localidad como la definición contrafáctica .

Independientemente de las preocupaciones de Einstein sobre los problemas de interpretación, Dirac y otros notables cuánticos adoptaron los avances técnicos de la nueva teoría mientras dedicaban poca o ninguna atención a los aspectos interpretativos.

Interpretación de Copenhague

Artículo principal: interpretación de Copenhague

La interpretación de Copenhague es una colección de puntos de vista sobre el significado de la mecánica cuántica atribuidos principalmente a Niels Bohr y Werner Heisenberg . Es una de las más antiguas de las numerosas interpretaciones propuestas de la mecánica cuántica, ya que sus características datan del desarrollo de la mecánica cuántica durante 1925-1927, y sigue siendo una de las más enseñadas. ^{[15] [16]} No existe una declaración histórica definitiva de lo que es la interpretación de Copenhague. Hay algunos acuerdos y desacuerdos fundamentales entre las opiniones de Bohr y Heisenberg. ^{[17] [18]}

Hans Primas describe nueve tesis de la interpretación de Copenhague: la física cuántica se aplica a objetos individuales, no solo a conjuntos de objetos; su descripción es probabilística; su descripción es el resultado de experimentos descritos en términos de física clásica (no cuántica); la "frontera" que separa lo clásico de lo cuántico puede elegirse arbitrariamente; el acto de "observación" o "medición" es irreversible; el acto de "observación" o "medición" implica una acción sobre el objeto medido y reduce el paquete de ondas; las propiedades complementarias no se pueden observar simultáneamente; ninguna verdad puede atribuirse a un objeto excepto según los resultados de su medición; y que las descripciones cuánticas son objetivas, en el sentido de que son independientes de la arbitrariedad mental de los físicos. ^[19]

Heisenberg enfatizó un "corte" agudo entre el observador (o el instrumento) y el sistema que se observa, ^[20] mientras que Bohr ofreció una interpretación que es independiente de un observador subjetivo, o medición, o colapso: hay un "irreversible" o proceso efectivamente irreversible que causa la caída de la coherencia cuántica o el paquete de ondas que imparte el comportamiento clásico de "observación" o "medición". ^{[21] [22] [23] [24]}

Teorías de la información cuántica

Los enfoques de información cuántica ^[25] han recibido un apoyo cada vez mayor. ^{[26] [10]} Se subdividen en dos clases. ^[27]

• Ontologías de información, como " it from bit " de JA Wheeler . Estos enfoques se han descrito como un renacimiento del inmaterialismo . ^[28]
• Interpretaciones en las que se dice que la mecánica cuántica describe el conocimiento del mundo por parte de un observador, en lugar del mundo en sí. Este enfoque tiene cierta similitud con el pensamiento de Bohr. ^{[29] El} colapso (también conocido como reducción) a menudo se interpreta como un observador que adquiere información a partir de una medición, más que como un evento objetivo. Estos enfoques han sido evaluados como similares al instrumentalismo .

El estado no es una propiedad objetiva de un sistema individual, pero es esa información, obtenida del conocimiento de cómo se preparó un sistema, que puede usarse para hacer predicciones sobre medidas futuras. ... Un estado mecánico cuántico que es un resumen de la información del observador sobre un sistema físico individual cambia tanto por leyes dinámicas como cuando el observador adquiere nueva información sobre el sistema a través del proceso de medición. La existencia de dos leyes para la evolución del vector de estado ... se vuelve problemática solo si se cree que el vector de estado es una propiedad objetiva del sistema ... La "reducción del paquete de ondas" tiene lugar en la conciencia de el observador, no debido a ningún proceso físico único que tenga lugar allí,pero sólo porque el estado es una construcción del observador y no una propiedad objetiva del sistema físico.^[30]

Mecánica cuántica relacional

Artículo principal: Mecánica cuántica relacional

La idea esencial detrás de la mecánica cuántica relacional , siguiendo el precedente de la relatividad especial , es que diferentes observadores pueden dar diferentes explicaciones de la misma serie de eventos: por ejemplo, para un observador en un punto dado en el tiempo, un sistema puede estar en un solo , autoestado "colapsado" , mientras que para otro observador al mismo tiempo, puede estar en una superposición de dos o más estados. En consecuencia, si la mecánica cuántica ha de ser una teoría completa, la mecánica cuántica relacional sostiene que la noción de "estado" describe no el sistema observado en sí, sino la relación o correlación entre el sistema y sus observadores. El vector de estado de la mecánica cuántica convencional se convierte en una descripción de la correlación de algunosgrados de libertad en el observador, con respecto al sistema observado. Sin embargo, la mecánica cuántica relacional sostiene que esto se aplica a todos los objetos físicos, sean o no conscientes o macroscópicos. Cualquier "evento de medición" se ve simplemente como una interacción física ordinaria, un establecimiento del tipo de correlación discutido anteriormente. Por tanto, el contenido físico de la teoría no tiene que ver con los objetos en sí, sino con las relaciones entre ellos. ^{[31] [32]}

Bayesianismo cuántico

Artículo principal: Bayesianismo cuántico

El bayesianismo cuántico (también llamado QBismo) es una interpretación de la mecánica cuántica que toma las acciones y experiencias de un agente como las preocupaciones centrales de la teoría. Esta interpretación se distingue por el uso de una explicación bayesiana subjetiva de probabilidades para comprender la regla de Born de la mecánica cuántica como una adición normativa a la buena toma de decisiones. QBism se basa en los campos de la información cuántica y la probabilidad bayesiana y tiene como objetivo eliminar los acertijos interpretativos que han acosado a la teoría cuántica.

QBism se ocupa de cuestiones comunes en la interpretación de la teoría cuántica sobre la naturaleza de la superposición de funciones de onda , la medición cuántica y el entrelazamiento . ^{[33] [34]} Según QBism, muchos, pero no todos, los aspectos del formalismo cuántico son de naturaleza subjetiva. Por ejemplo, en esta interpretación, un estado cuántico no es un elemento de la realidad, sino que representa los grados de creencia que tiene un agente sobre los posibles resultados de las mediciones. Por esta razón, algunos filósofos de la ciencia han considerado al QBism como una forma de antirrealismo . ^{[35] [36]}Los creadores de la interpretación no están de acuerdo con esta caracterización, proponiendo en cambio que la teoría se alinea más apropiadamente con un tipo de realismo que ellos llaman "realismo participativo", en el que la realidad consiste en más de lo que puede ser capturado por cualquier supuesto relato en tercera persona. ^{[37] [38]}

Muchos mundos

Artículo principal: interpretación de muchos mundos

La interpretación de los muchos mundos es una interpretación de la mecánica cuántica en la que una función de onda universal obedece las mismas leyes deterministas y reversibles en todo momento; en particular, no hay colapso de la función de onda (indeterminista e irreversible ) asociado con la medición. Se afirma que los fenómenos asociados con la medición se explican por la decoherencia , que ocurre cuando los estados interactúan con el entorno produciendo entrelazamientos , "dividiendo" repetidamente el universo en historias alternativas mutuamente inobservables, universos efectivamente distintos dentro de un multiverso mayor .

Historias consistentes

Artículo principal: Historias consistentes

La interpretación coherente de las historias generaliza la interpretación convencional de Copenhague e intenta proporcionar una interpretación natural de la cosmología cuántica . La teoría se basa en un criterio de consistencia que permite describir la historia de un sistema para que las probabilidades de cada historia obedezcan las reglas aditivas de la probabilidad clásica. Se afirma que es coherente con la ecuación de Schrödinger .

Según esta interpretación, el propósito de una teoría de la mecánica cuántica es predecir las probabilidades relativas de varias historias alternativas (por ejemplo, de una partícula).

Interpretación de conjunto

Artículo principal: interpretación de conjunto

La interpretación de conjunto , también llamada interpretación estadística, puede verse como una interpretación minimalista. Es decir, afirma hacer la menor cantidad de suposiciones asociadas con las matemáticas estándar. Se necesita la interpretación estadística de Born al máximo. La interpretación establece que la función de onda no se aplica a un sistema individual, por ejemplo, una sola partícula, sino que es una cantidad estadística abstracta que solo se aplica a un conjunto (una gran multitud) de sistemas o partículas preparados de manera similar. En palabras de Einstein:

El intento de concebir la descripción teórico-cuántica como la descripción completa de los sistemas individuales conduce a interpretaciones teóricas antinaturales, que se vuelven inmediatamente innecesarias si se acepta la interpretación de que la descripción se refiere a conjuntos de sistemas y no a sistemas individuales.

-  Einstein en Albert Einstein: Filósofo-Científico , ed. PA Schilpp (Harper & Row, Nueva York)

La defensora actual más destacada de la interpretación de conjunto es Leslie E. Ballentine, profesora de la Universidad Simon Fraser , autora del libro de texto Quantum Mechanics, A Modern Development .

Teoría de De Broglie-Bohm

Artículo principal: teoría de De Broglie-Bohm

La teoría de la mecánica cuántica de Broglie-Bohm (también conocida como la teoría de la onda piloto) es una teoría de Louis de Broglie y más tarde ampliada por David Bohm para incluir mediciones. Las partículas, que siempre tienen posiciones, son guiadas por la función de onda. La función de onda evoluciona de acuerdo con la ecuación de onda de Schrödinger y la función de onda nunca colapsa. La teoría tiene lugar en un solo espacio-tiempo, no es local y es determinista. La determinación simultánea de la posición y la velocidad de una partícula está sujeta a la restricción habitual del principio de incertidumbre . La teoría se considera una teoría de variables ocultas.y, al adoptar la no localidad, satisface la desigualdad de Bell. El problema de la medición está resuelto, ya que las partículas tienen posiciones definidas en todo momento. ^{[39] El} colapso se explica como fenomenológico . ^[40]

Darwinismo cuántico

Artículo principal: Darwinismo cuántico

Quantum darwinismo es una teoría destinada a explicar la aparición del mundo clásico desde el mundo cuántico como debido a un proceso de darwiniana selección natural inducida por el entorno de la interacción con el sistema cuántico; donde los muchos estados cuánticos posibles se seleccionan en contra a favor de un estado de puntero estable . Fue propuesto en 2003 por Wojciech Zurek y un grupo de colaboradores entre los que se encuentran Ollivier, Poulin, Paz y Blume-Kohout. El desarrollo de la teoría se debe a la integración de una serie de temas de investigación de Zurek perseguidos a lo largo de veinticinco años, que incluyen: estados punteros , einselección ydecoherencia .

Interpretación transaccional

Artículo principal: interpretación transaccional

La interpretación transaccional de la mecánica cuántica (TIQM) de John G. Cramer es una interpretación de la mecánica cuántica inspirada en la teoría del absorbedor de Wheeler-Feynman . ^[41] Describe el colapso de la función de onda como resultado de una transacción simétrica en el tiempo entre una onda de posibilidad de la fuente al receptor (la función de onda) y una onda de posibilidad del receptor a la fuente (el complejo conjugado de la onda función). Esta interpretación de la mecánica cuántica es única porque no solo ve la función de onda como una entidad real, sino también el complejo conjugado de la función de onda, que aparece en la regla de Born para calcular el valor esperado de un observable, como también real.

Teorías del colapso objetivo

Artículo principal: teoría del colapso objetivo

Las teorías del colapso objetivo difieren de la interpretación de Copenhague al considerar tanto la función de onda como el proceso de colapso como ontológicamente objetivos (lo que significa que existen y ocurren independientemente del observador). En las teorías objetivas, el colapso se produce de forma aleatoria ("localización espontánea") o cuando se alcanza algún umbral físico, sin que los observadores tengan un papel especial. Por lo tanto, las teorías del colapso objetivo son teorías realistas, indeterministas, sin variables ocultas. La mecánica cuántica estándar no especifica ningún mecanismo de colapso; QM debería ampliarse si el colapso objetivo es correcto. El requisito de una extensión de QM significa que el colapso objetivo es más una teoría que una interpretación. Ejemplos incluyen

• la teoría de Ghirardi-Rimini-Weber ^[42]
• la interpretación de Penrose . ^[43]
• la variante determinista de una teoría objetiva del colapso ^[44]

La conciencia causa colapso (interpretación de von Neumann-Wigner)

Artículo principal: la conciencia provoca colapso

En su tratado Los fundamentos matemáticos de la mecánica cuántica , John von Neumann analizó en profundidad el llamado problema de medición . Concluyó que todo el universo físico podría someterse a la ecuación de Schrödinger (la función de onda universal). También describió cómo la medición podría causar un colapso de la función de onda. ^[45] Este punto de vista fue ampliado de manera destacada por Eugene Wigner , quien argumentó que la conciencia del experimentador humano (o tal vez incluso la conciencia del perro) fue fundamental para el colapso, pero luego abandonó esta interpretación. ^{[46] [47]}

Las variaciones de la interpretación de las causas del colapso de la conciencia incluyen:

Investigación de reducción subjetiva

Este principio, que la conciencia provoca el colapso, es el punto de intersección entre la mecánica cuántica y el problema mente / cuerpo; y los investigadores están trabajando para detectar eventos conscientes correlacionados con eventos físicos que, según la teoría cuántica, deberían implicar un colapso de la función de onda; pero, hasta ahora, los resultados no son concluyentes. ^{[48] [49]}

Principio antrópico participativo

Artículo principal: Principio antrópico

El principio antrópico participativo de John Archibald Wheeler dice que la conciencia juega algún papel en la creación del universo. ^[50]

Otros físicos han elaborado sus propias variaciones de la interpretación de las causas del colapso de la conciencia; incluso:

• Henry P. Stapp ( Universo consciente: mecánica cuántica y el observador participante )
• Bruce Rosenblum y Fred Kuttner ( Quantum Enigma: Physics Encounters Consciousness )
• Amit Goswami ( El universo consciente de sí mismo )

Lógica cuántica

Artículo principal: lógica cuántica

La lógica cuántica puede considerarse como una especie de lógica proposicional adecuada para comprender las aparentes anomalías con respecto a la medición cuántica, sobre todo las relacionadas con la composición de las operaciones de medición de las variables complementarias. Esta área de investigación y su nombre se originaron en el artículo de 1936 de Garrett Birkhoff y John von Neumann , quienes intentaron reconciliar algunas de las aparentes inconsistencias de la lógica booleana clásica con los hechos relacionados con la medición y la observación en la mecánica cuántica.

Interpretaciones modales de la teoría cuántica

Las interpretaciones modales de la mecánica cuántica fueron concebidas por primera vez en 1972 por Bas van Fraassen , en su artículo "Un enfoque formal de la filosofía de la ciencia". Sin embargo, este término ahora se usa para describir un conjunto más amplio de modelos que surgieron de este enfoque. La Enciclopedia de Filosofía de Stanford describe varias versiones: ^[51]

• La variante de Copenhague
• Kochen - Dieks - Healey interpretaciones
• Motivar las primeras interpretaciones modales, basadas en el trabajo de R. Clifton, M. Dickson y J. Bub.

Teorías simétricas en el tiempo

Se han propuesto varias teorías que modifican las ecuaciones de la mecánica cuántica para que sean simétricas con respecto a la inversión del tiempo. ^{[52] [53] [54] [55] [56] [57]} (Ver la teoría simétrica en el tiempo de Wheeler-Feynman ). Esto crea retrocausalidad : los eventos en el futuro pueden afectar a los del pasado, exactamente como los eventos en el pasado. puede afectar a unos en el futuro. En estas teorías, una sola medición no puede determinar completamente el estado de un sistema (lo que las convierte en un tipo de teoría de variables ocultas), pero dadas dos mediciones realizadas en momentos diferentes, es posible calcular el estado exacto del sistema en todos los momentos intermedios. Por lo tanto, el colapso de la función de onda no es un cambio físico en el sistema, solo un cambio en nuestro conocimiento del mismo debido a la segunda medición. De manera similar, explican que el entrelazamiento no es un verdadero estado físico, sino simplemente una ilusión creada al ignorar la retrocausalidad. El punto donde dos partículas parecen "enredarse" es simplemente un punto donde cada partícula está siendo influenciada por eventos que le ocurren a la otra partícula en el futuro.

No todos los defensores de la causalidad simétrica en el tiempo favorecen la modificación de la dinámica unitaria de la mecánica cuántica estándar. Por lo tanto el principal exponente del formalismo vectorial de dos estados, Lev Vaidman, estados que el vector formalismo de dos estados bien con colas de milano Hugh Everett 's interpretación de muchos mundos . ^[58]

Comparaciones

Las interpretaciones más comunes se resumen en la siguiente tabla. Los valores que se muestran en las celdas de la tabla no están exentos de controversia, ya que los significados precisos de algunos de los conceptos involucrados no están claros y, de hecho, están en el centro de la controversia en torno a la interpretación dada. Para ver otra tabla que compara las interpretaciones de la teoría cuántica, consulte la referencia. ^[59]

No existe evidencia experimental que distinga entre estas interpretaciones. En esa medida, la teoría física se mantiene y es coherente consigo misma y con la realidad; las dificultades surgen sólo cuando se intenta "interpretar" la teoría. No obstante, el diseño de experimentos que pongan a prueba las diversas interpretaciones es objeto de una investigación activa.

La mayoría de estas interpretaciones tienen variantes. Por ejemplo, es difícil obtener una definición precisa de la interpretación de Copenhague, ya que fue desarrollada y discutida por muchas personas.

Interpretación	Año publicado	Autor (es)	Determ-inistic ?	Óntico función de onda ?	¿Historia única ?	Variables ocultas ?	El colapso de funciones de onda ?	¿Papel de observador ?	Locales Dyna-micrófonos ?	¿Contrafácticamente definido ?	Extant universal de la función de onda ?
Interpretación de conjunto	1926	Max nacido	Agnóstico	No	sí	Agnóstico	No	No	No	No	No
Interpretación de Copenhague	1927–	Niels Bohr , Werner Heisenberg	No	Algunos [60]	sí	No	Algunos [61]	No [62] [63]	sí	No	No
de Broglie - teoría de Bohm	1927- 1952	Louis de Broglie , David Bohm	sí	Sí [a]	Si [b]	sí	Fenomenológico	No	No	sí	sí
Lógica cuántica	1936	Garrett Birkhoff	Agnóstico	Agnóstico	Sí [c]	No	No	Interpre-tational [d]	Agnóstico	No	No
Tiempo- teorías simétricas	1955	Satosi Watanabe	sí	No	sí	sí	No	No	No [64]	No	sí
Interpretación de muchos mundos	1957	Hugh Everett	sí	sí	No	No	No	No	sí	Mal planteado	sí
La conciencia causa colapso	1961- de 1993	John von Neumann , Eugene Wigner y Henry Stapp	No	sí	sí	No	sí	Causal	No	No	sí
Interpretación de muchas mentes	1970	H. Dieter Zeh	sí	sí	No	No	No	Interpre-tational [e]	sí	Mal planteado	sí
Historias consistentes	1984	Robert B. Griffiths	No	No	No	No	No [f]	No	sí	No	sí
Interpretación transaccional	1986	John G. Cramer	No	sí	sí	No	Sí [g]	No	No [h]	sí	No
Teorías del colapso objetivo	1986- de 1989	Ghirardi – Rimini – Weber , interpretación de Penrose	No	sí	sí	No	sí	No	No	No	No
Interpretación relacional	1994	Carlo Rovelli	No [65]	No	Agnóstico [i]	No	Sí [j]	Intrínseco [k]	Sí [66]	No	No
QBism	2010	Christopher Fuchs, Ruediger Schack	No	No [l]	Agnóstico [m]	No	Sí [n]	Intrínseco [o]	sí	No	No

1. Tanto partículas Y función de onda de guiado son reales.
2. Historia de partículas única, pero historias de ondas múltiples.
3. Pero la lógica cuántica tiene una aplicabilidad más limitada que las historias coherentes.
4. La mecánica cuántica se considera una forma de predecir observaciones o una teoría de la medición.
5. observadores separan la función de onda universal en conjuntos ortogonales de experiencias.
6. En la interpretación de historias consistentes, el colapso es un procedimiento de cálculo legítimo cuando se describe la preparación de un sistema cuántico, pero no es más que una forma conveniente de calcular probabilidades condicionales.
7. En el TI, el colapso del vector de estado se interpreta como la finalización de la transacción entre emisor y absorbedor.
8. La interpretación transaccional es explícitamente no local.
9. comparación de historias entre sistemas en esta interpretación no tiene un significado bien definido.
10. Cualquier interacción física se trata como un evento de colapso relativo a los sistemas involucrados, no solo a los observadores macroscópicos o conscientes.
11. El estado del sistema depende del observador, es decir, el estado es específico del marco de referencia del observador.
12. Una función de onda simplemente codifica las expectativas de un agente para experiencias futuras. No es más real de lo que es una distribución de probabilidad en el bayesianismo subjetivo .
13. La teoría cuántica es una herramienta que cualquier agente puede utilizar para ayudar a gestionar sus expectativas. El pasado entra en juego solo en la medida en que las experiencias individuales y el temperamento de un agente influyen en sus antecedentes.
14. Aunque QBism evitaría esta terminología. Un cambio en la función de onda que un agente atribuye a un sistema como resultado de tener una experiencia representa un cambio en sus creencias sobre otras experiencias que pueda tener. Ver lógica Doxástica .
15. observadores, o más propiamente, los participantes, son tan esenciales para el formalismo como los sistemas con los que interactúan.

El enfoque silencioso

Aunque hoy en día las opiniones interpretativas se debaten abierta y ampliamente, no siempre fue así. Un exponente notable de una tendencia al silencio fue Paul Dirac, quien una vez escribió: "La interpretación de la mecánica cuántica ha sido tratada por muchos autores, y no quiero discutirla aquí. Quiero tratar cosas más fundamentales". ^[67] Esta posición no es infrecuente entre los practicantes de la mecánica cuántica. ^[68] Otros, como Nico van Kampen y Willis Lamb , han criticado abiertamente las interpretaciones no ortodoxas de la mecánica cuántica. ^{[69] [70]}

Ver también

• Experimento afshar
• Debates de Bohr-Einstein
• Los experimentos mentales de Einstein
• Glosario de filosofía cuántica
• Fenómenos cuánticos macroscópicos
• Formulación integral de ruta
• Interpretación filosófica de la física clásica
• El experimento de Popper
• Fundaciones cuánticas
• Gravedad cuántica
• Efecto Quantum Zeno

Referencias

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60. John L. Heilbron (1988), "Los primeros misioneros del espíritu de Copenhague", en E. Ullmann-Margalit (ed.), Science in Reflection , págs. 201-233,Esta resolución de EPR, que Rosen luego caracterizó como una estipulación de que "la realidad [física] es cualquier cosa que la mecánica cuántica sea capaz de describir", fue aplaudida por su claridad por los colaboradores cercanos de Bohr. A Heisenberg, Klein y Kramers les gustó especialmente la reducción del experimento mental EPR al problema familiar del diafragma con agujeros. Quizás las respuestas más interesantes vinieron del viejo amigo de Bohr, el físico CW Oseen, y de su nuevo aliado, el físico-filósofo Philipp Frank. Oseen había entendido por fin lo que ahora reconocía que Bohr había estado diciendo todo el tiempo: antes de una medición, el estado de un átomo con respecto a la cantidad medida es indefinido. Frank vio que Bohr realmente había paralizado a EPR en una ambigüedad esencial.Lo que más le gustó a Frank fue la implicación de que los físicos deberían evitar el término y el concepto de "realidad física". Entendió que Bohr significaba que la complementariedad caracterizaba los procedimientos de medición, no las cosas medidas. Bohr reconoció que eso era realmente lo que tenía en mente.
61. Henrik Zinkernagel (2016), "Niels Bohr sobre la función de onda y la división clásica / cuántica", Estudios de historia y filosofía de la física moderna , 53 : 9-19, arXiv : 1603.00353 , doi : 10.1016 / j.shpsb.2015.11 .001 , S2CID 18890207 , Para empezar, las discusiones sobre la interpretación de Copenhague en la literatura son ambiguas entre dos visiones diferentes de la función de onda, las cuales, por supuesto, aceptan la interpretación de Born. estado cuántico, según el cual el estado cuántico no es más que una representación de nuestro conocimiento del sistema físico y, por tanto, no una entidad real existente en sí misma. Desde este punto de vista, el "colapso" de la función de onda no es un proceso físico, y solo refleja una actualización de nuestra información sobre el sistema; véase, por ejemplo, Zeilinger (1999). Por el contrario, la interpretación de Copenhague también se ha asociado con una visión ontológica del estado cuántico, en la que la función de onda describe de alguna manera una onda real,y el colapso es un proceso físico real, presumiblemente inducido por el observador. Esta visión ontológica se suele atribuir a von Neumann en su exposición de 1932 en el libro de texto de la mecánica cuántica; véase, por ejemplo, Henderson (2010). [...] Así, para Bohr, la función de onda es una representación de un sistema cuántico en un contexto experimental particular, descrito clásicamente. Es necesario señalar tres puntos importantes con respecto a esta contextualidad: 1) Cuando se realiza una medición (es decir, cuando se ha realizado un registro irreversible; ver más abajo), entonces el contexto cambia y, por lo tanto, la función de onda cambia. Esto puede verse formalmente como un "colapso" de la función de onda, con las comillas cuadradas que indican que no estamos hablando de un proceso físico en el que colapsa una onda real.Esta visión ontológica se suele atribuir a von Neumann en su exposición de 1932 en el libro de texto de la mecánica cuántica; véase, por ejemplo, Henderson (2010). [...] Así, para Bohr, la función de onda es una representación de un sistema cuántico en un contexto experimental particular, descrito clásicamente. Es necesario señalar tres puntos importantes con respecto a esta contextualidad: 1) Cuando se realiza una medición (es decir, cuando se ha realizado un registro irreversible; ver más abajo), entonces el contexto cambia y, por lo tanto, la función de onda cambia. Esto puede verse formalmente como un "colapso" de la función de onda, con las comillas cuadradas que indican que no estamos hablando de un proceso físico en el que colapsa una onda real.Esta visión ontológica se suele atribuir a von Neumann en su exposición de 1932 en el libro de texto de la mecánica cuántica; véase, por ejemplo, Henderson (2010). [...] Así, para Bohr, la función de onda es una representación de un sistema cuántico en un contexto experimental particular, descrito clásicamente. Es necesario señalar tres puntos importantes con respecto a esta contextualidad: 1) Cuando se realiza una medición (es decir, cuando se ha realizado un registro irreversible; ver más abajo), entonces el contexto cambia y, por lo tanto, la función de onda cambia. Esto puede verse formalmente como un "colapso" de la función de onda, con las comillas cuadradas que indican que no estamos hablando de un proceso físico en el que colapsa una onda real.la función de onda es una representación de un sistema cuántico en un contexto experimental particular, descrito clásicamente. Es necesario señalar tres puntos importantes con respecto a esta contextualidad: 1) Cuando se realiza una medición (es decir, cuando se ha realizado un registro irreversible; ver más abajo), entonces el contexto cambia y, por lo tanto, la función de onda cambia. Esto puede verse formalmente como un "colapso" de la función de onda, con las comillas cuadradas que indican que no estamos hablando de un proceso físico en el que colapsa una onda real.la función de onda es una representación de un sistema cuántico en un contexto experimental particular, descrito clásicamente. Es necesario señalar tres puntos importantes con respecto a esta contextualidad: 1) Cuando se realiza una medición (es decir, cuando se ha realizado un registro irreversible; ver más abajo), entonces el contexto cambia y, por lo tanto, la función de onda cambia. Esto puede verse formalmente como un "colapso" de la función de onda, con las comillas cuadradas que indican que no estamos hablando de un proceso físico en el que colapsa una onda real.Esto puede verse formalmente como un "colapso" de la función de onda, con las comillas cuadradas que indican que no estamos hablando de un proceso físico en el que colapsa una onda real.Esto puede verse formalmente como un "colapso" de la función de onda, con las comillas cuadradas que indican que no estamos hablando de un proceso físico en el que colapsa una onda real.
62. W. Heisenberg (1955), "El desarrollo de la interpretación de la teoría cuántica", en W. Pauli (ed.), Ensayos dedicados a Niels Bohr con motivo de su septuagésimo cumpleaños , Pergamon Press,Por supuesto, está totalmente justificado imaginar esta transición, de lo posible a lo real, trasladada a un punto anterior en el tiempo, porque el observador mismo no produce la transición; pero no se puede trasladar a una época en la que el sistema compuesto todavía estaba separado del mundo externo, porque tal suposición no sería compatible con la validez de la mecánica cuántica para el sistema cerrado. Vemos de esto que un sistema aislado del mundo externo es de carácter potencial pero no real, o, como lo ha expresado a menudo BOHR, que el sistema no puede describirse en términos de los conceptos clásicos. Podemos decir que el estado del sistema cerrado representado por un vector de Hilbert es de hecho objetivo, pero no real, y que la idea clásica de "cosas objetivamente reales" debe abandonarse aquí, en esta medida.
63. Niels Bohr (1958), "Física cuántica y filosofía: causalidad y complementariedad", Ensayos 1958-1962 sobre física atómica y conocimiento humano , p. 3. La descripción de los fenómenos atómicos tiene en estos aspectos un carácter perfectamente objetivo, en el sentido de que no se hace referencia explícita a ningún observador individual y que, por lo tanto, con la debida consideración a las exigencias relativistas, no hay ambigüedad en la comunicación de información.
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Fuentes

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Lectura adicional

Casi todos los autores a continuación son físicos profesionales.

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• John S. Bell , 1987. Hablable e inefable en mecánica cuántica . Universidad de Cambridge. Prensa, ISBN 0-521-36869-3 . La edición de 2004 ( ISBN 0-521-52338-9 ) incluye dos artículos adicionales y una introducción de Alain Aspect .  
• Dmitrii Ivanovich Blokhintsev, 1968. La filosofía de la mecánica cuántica . D. Reidel Publishing Company. ISBN 90-277-0105-9 . 
• David Bohm , 1980. Totalidad y orden implícito . Londres: Routledge. ISBN 0-7100-0971-2 . 
• Adan Cabello (15 de noviembre de 2004). "Guía bibliográfica de los fundamentos de la mecánica cuántica y la información cuántica". arXiv : quant-ph / 0012089 .
• David Deutsch , 1997. The Fabric of Reality . Londres: Allen Lane. ISBN 0-14-027541-X ; ISBN 0-7139-9061-9 . Argumenta enérgicamente contra el instrumentalismo. Para lectores en general.  
• FJ Duarte (2014). Óptica cuántica para ingenieros . Nueva York: CRC. ISBN 978-1439888537.Proporciona una perspectiva pragmática sobre las interpretaciones. Para lectores en general.
• Bernard d'Espagnat , 1976. Fundamento conceptual de la mecánica cuántica , 2ª ed. Addison Wesley. ISBN 0-8133-4087-X . 
• Bernard d'Espagnat , 1983. En busca de la realidad . Saltador. ISBN 0-387-11399-1 . 
• Bernard d'Espagnat , 2003. Realidad velada: un análisis de conceptos de la mecánica cuántica . Westview Press.
• Bernard d'Espagnat , 2006. Sobre física y filosofía . Universidad de Princeton Presionar.
• Arthur Fine , 1986. El juego inestable: el realismo de Einstein y la teoría cuántica. La ciencia y sus fundamentos conceptuales . Univ. de Chicago Press. ISBN 0-226-24948-4 . 
• Ghirardi, Giancarlo, 2004. Echando un vistazo a las cartas de Dios . Universidad de Princeton Presionar.
• Gregg Jaeger (2009) Enredo, información e interpretación de la mecánica cuántica . Saltador. ISBN 978-3-540-92127-1 . 
• N. David Mermin (1990) Boojums hasta el final. Universidad de Cambridge. Presionar. ISBN 0-521-38880-5 . 
• Roland Omnès , 1994. La interpretación de la mecánica cuántica . Universidad de Princeton Presionar. ISBN 0-691-03669-1 . 
• Roland Omnès , 1999. Comprensión de la mecánica cuántica . Universidad de Princeton Presionar.
• Roland Omnès , 1999. Filosofía cuántica : comprensión e interpretación de la ciencia contemporánea . Universidad de Princeton Presionar.
• Roger Penrose , 1989. La nueva mente del emperador . Universidad de Oxford. Presionar. ISBN 0-19-851973-7 . Especialmente chpt. 6. 
• Roger Penrose , 1994. Sombras de la mente . Universidad de Oxford. Presionar. ISBN 0-19-853978-9 . 
• Roger Penrose , 2004. El camino a la realidad . Nueva York: Alfred A. Knopf. Sostiene que la teoría cuántica está incompleta.
• Lee Phillips, 2017. Una breve historia de las alternativas cuánticas . Ars Technica.
• Styer, Daniel F .; Balkin, Miranda S .; Becker, Kathryn M .; Burns, Matthew R .; Dudley, Christopher E .; En cuarto lugar, Scott T .; Gaumer, Jeremy S .; Kramer, Mark A .; et al. (Marzo de 2002). "Nueve formulaciones de la mecánica cuántica" (PDF) . Revista estadounidense de física . 70 (3): 288-297. Código Bibliográfico : 2002AmJPh..70..288S . doi : 10.1119 / 1.1445404 .

Enlaces externos

Wikiquote tiene citas relacionadas con: Interpretaciones de la mecánica cuántica

Wikiversity tiene recursos de aprendizaje sobre cómo dar sentido a la mecánica cuántica

• Enciclopedia de Filosofía de Stanford :
  • " Mecánica bohmiana " de Sheldon Goldstein.
  • " Teorías del colapso ", de Giancarlo Ghirardi.
  • " Interpretación de Copenhague de la Mecánica Cuántica " por Jan Faye .
  • " Formulación de estado relativo de Everett de la mecánica cuántica " por Jeffrey Barrett.
  • " Interpretación de muchos mundos de la mecánica cuántica " por Lev Vaidman .
  • " Interpretación modal de la mecánica cuántica " por Michael Dickson y Dennis Dieks .
  • " Problemas filosóficos en la teoría cuántica " por Wayne Myrvold.
  • " Puntos de vista cuántico-bayesiano y pragmático de la teoría cuántica " por Richard Healey.
  • " Información y enredo cuántico " por Jeffrey Bub .
  • " Mecánica cuántica " de Jenann Ismael.
  • " Teoría de la probabilidad y la lógica cuántica " de Alexander Wilce.
  • " Mecánica cuántica relacional " de Federico Laudisa y Carlo Rovelli .
  • " El papel de la decoherencia en la mecánica cuántica " por Guido Bacciagaluppi.
• Enciclopedia de Filosofía de Internet :
  • " Interpretaciones de la mecánica cuántica " por Peter J. Lewis.
  • " Interpretaciones everettianas de la mecánica cuántica " por Christina Conroy.