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 durante el transcurso de veinticinco años, que incluyen: estados punteros , einseleccióny decoherencia .
Se afirma que un estudio en 2010 proporciona evidencia preliminar de apoyo del darwinismo cuántico con cicatrices de un punto cuántico que "se convierte en una familia de estados madre-hija", lo que indica que podrían "estabilizarse en múltiples estados punteros". [1] Sin embargo, la evidencia reclamada también está sujeta a la crítica de circularidad de Kastner (ver Implicaciones más abajo). Básicamente, el fenómeno de facto de la decoherencia que subyace a las afirmaciones del darwinismo cuántico puede no surgir realmente en una dinámica solo unitaria. Por lo tanto, incluso si hay decoherencia, esto no muestra que los estados de punteros macroscópicos emerjan naturalmente sin alguna forma de colapso.
Trascendencia
Junto con la teoría de la envariancia relacionada de Zurek (invariancia debida al entrelazamiento cuántico ), el darwinismo cuántico busca explicar cómo el mundo clásico emerge del mundo cuántico y propone responder al problema de la medición cuántica , el principal desafío interpretativo de la teoría cuántica. El problema de la medición surge porque el vector de estado cuántico, la fuente de todo conocimiento sobre los sistemas cuánticos, evoluciona según la ecuación de Schrödinger hacia una superposición lineal de diferentes estados, prediciendo situaciones paradójicas como “ el gato de Schrödinger ”; situaciones nunca vividas en nuestro mundo clásico. La teoría cuántica ha tratado tradicionalmente este problema como si se resolviera mediante una transformación no unitaria del vector de estado en el momento de la medición a un estado definido. Proporciona un medio extremadamente preciso de predecir el valor del estado definido que se medirá en forma de probabilidad para cada posible valor de medición. La naturaleza física de la transición de la superposición cuántica de estados al estado clásico definido medido no se explica por la teoría tradicional, pero generalmente se asume como un axioma y fue la base del debate entre Niels Bohr y Albert Einstein sobre la completitud de Teoría cuántica.
El darwinismo cuántico busca explicar la transición de los sistemas cuánticos desde la vasta potencialidad de los estados superpuestos al conjunto muy reducido de estados punteros [2] como un proceso de selección, einselección , impuesto al sistema cuántico a través de sus interacciones continuas con el medio ambiente. Todas las interacciones cuánticas, incluidas las mediciones, pero mucho más típicamente interacciones con el medio ambiente, como con el mar de fotones en el que están inmersos todos los sistemas cuánticos, conducen a la decoherencia o la manifestación del sistema cuántico en una base particular dictada por la naturaleza del interacción en la que está involucrado el sistema cuántico. En el caso de las interacciones con su entorno, Zurek y sus colaboradores han demostrado que una base preferida en la que se descodificará un sistema cuántico es la base del puntero que subyace a los estados clásicos predecibles. Es en este sentido que los estados indicadores de la realidad clásica se seleccionan a partir de la realidad cuántica y existen en el reino macroscópico en un estado capaz de experimentar una mayor evolución. Sin embargo, el programa de 'einselección' depende de asumir una división particular del estado cuántico universal en 'sistema' + 'entorno', con los diferentes grados de libertad del entorno postulados como si tuvieran fases mutuamente aleatorias. Esta fase aleatoria no surge del interior del estado cuántico del universo por sí sola, y Kastner [3] ha señalado que esto limita el poder explicativo del programa de darwinismo cuántico. Zurek responde a la crítica de Kastner en la selección clásica y el darwinismo cuántico . [4]
Como las interacciones de un sistema cuántico con su entorno dan como resultado el registro de muchas copias redundantes de información con respecto a sus estados de puntero, esta información está disponible para numerosos observadores capaces de lograr un acuerdo consensuado con respecto a su información del estado cuántico. Este aspecto de la einselección, llamado por Zurek 'El medio ambiente como testigo', da como resultado el potencial de conocimiento objetivo.
Importancia darwiniana
Quizás de igual importancia a la luz que arroja esta teoría sobre las explicaciones cuánticas es su identificación de un proceso darwiniano que opera como el mecanismo selectivo que establece nuestra realidad clásica. Como han dejado claro numerosos investigadores, cualquier sistema que emplee un proceso darwiniano evolucionará. Como sostiene la tesis del darwinismo universal , los procesos darwinianos no se limitan a la biología, sino que todos siguen el simple algoritmo darwiniano:
- Reproducción / Herencia; la capacidad de hacer copias y así producir descendientes.
- Selección; Un proceso que selecciona preferentemente un rasgo sobre otro rasgo, lo que lleva a que un rasgo sea más numeroso después de suficientes generaciones.
- Variación; diferencias en los rasgos hereditarios que afectan la "aptitud" o la capacidad de sobrevivir y reproducirse que conducen a una supervivencia diferencial.
El darwinismo cuántico parece ajustarse a este algoritmo y, por lo tanto, se llama acertadamente:
- Se realizan numerosas copias de estados de puntero
- Las interacciones sucesivas entre los estados punteros y su entorno revelan que evolucionan y aquellos estados para sobrevivir que se ajustan a las predicciones de la física clásica dentro del mundo macroscópico. Esto sucede de manera continua y predecible; es decir, los descendientes heredan muchos de sus rasgos de los estados antepasados.
- La analogía con el principio de variación del "darwinismo simple" no existe ya que los estados del puntero no mutan y la selección por el entorno se encuentra entre los estados del puntero preferidos por el entorno (por ejemplo, estados de ubicación).
Desde este punto de vista, el darwinismo cuántico proporciona una explicación darwiniana en la base de nuestra realidad, explicando el desarrollo o evolución de nuestro mundo macroscópico clásico.
Notas
- ^ Burke, AM; Akis, R .; Day, TE; Speyer, Gil; Ferry, DK; Bennett, BR (2010). "Estados con cicatrices periódicas en puntos cuánticos abiertos como evidencia del darwinismo cuántico". Cartas de revisión física . 104 (17): 176801. Código Bibliográfico : 2010PhRvL.104q6801B . doi : 10.1103 / PhysRevLett.104.176801 . PMID 20482124 . Lay resumen .
- ^ Zurek, Wojciech Hubert (2003). "Decoherencia, einselección y los orígenes cuánticos de lo clásico" (PDF) . Reseñas de Física Moderna . 75 (3): 715–775. arXiv : quant-ph / 0105127 . Código Bibliográfico : 2003RvMP ... 75..715Z . doi : 10.1103 / RevModPhys.75.715 . Archivado desde el original (PDF) el 21 de febrero de 2009 . Consultado el 5 de agosto de 2008 .
- ^ Kastner, Ruth E. (2014). " ' Einselección' de observables puntero: ¿El nuevo teorema H?". Estudios de Historia y Filosofía de la Ciencia Parte B: Estudios de Historia y Filosofía de la Física Moderna . 48 : 56–58. arXiv : 1406.4126 . Código Bibliográfico : 2014SHPMP..48 ... 56K . doi : 10.1016 / j.shpsb.2014.06.004 .
- ^ Zurek, Wojciech H. (2015). "Selección clásica y darwinismo cuántico". La física hoy . 68 : 56–58. doi : 10.1063 / PT.3.2761 .
Referencias
- S. Haroche, J.-M. Raimond, Explorando lo cuántico: átomos, cavidades y fotones , Oxford University Press (2006), ISBN 0-19-850914-6 , pág. 77
- M. Schlosshauer, Decoherence and the Quantum-to-Classical Transition , Springer 2007, ISBN 3-540-35773-4 , Capítulo 2.9, p. 85.
- Zurek, Wojciech Hubert (2009). "Darwinismo cuántico". Física de la naturaleza . 5 (3): 181–188. arXiv : 0903.5082 . Código Bibliográfico : 2009NatPh ... 5..181Z . doi : 10.1038 / nphys1202 .
- Blume-Kohout, Robin; Zurek, WH (2006). "Darwinismo cuántico: entrelazamiento, ramas y la clasicidad emergente de información cuántica almacenada de forma redundante". Physical Review A . 73 (6): 062310. arXiv : quant-ph / 0505031 . Código Bibliográfico : 2006PhRvA..73f2310B . doi : 10.1103 / PhysRevA.73.062310 .
- Zurek, WH (2003). "Darwinismo cuántico y envarianza". arXiv : quant-ph / 0308163 .
- Blume-Kohout, Robin; Zurek, WH (2006). "Darwinismo cuántico: entrelazamiento, ramas y la clasicidad emergente de información cuántica almacenada de forma redundante". Physical Review A . 73 (6): 062310. arXiv : quant-ph / 0505031 . Código Bibliográfico : 2006PhRvA..73f2310B . doi : 10.1103 / PhysRevA.73.062310 .
- Ollivier, Harold; Poulin, David; Zurek, Wojciech H. (2005). "El medio ambiente como testigo: proliferación selectiva de información y aparición de objetividad en un universo cuántico". Physical Review A . 72 (4): 042113. arXiv : quant-ph / 0408125 . Código Bibliográfico : 2005PhRvA..72d2113O . doi : 10.1103 / PhysRevA.72.042113 .
- Zurek, WH (2005). "Probabilidades de enredo, regla de Born de la envarianza". Physical Review A . 71 (5): 052105. arXiv : quant-ph / 0405161 . Código Bibliográfico : 2005PhRvA..71e2105Z . doi : 10.1103 / PhysRevA.71.052105 .
- Wojciech Hubert Zurek (2018). "Teoría cuántica de lo clásico: saltos cuánticos, regla de Born y realidad clásica objetiva a través del darwinismo cuántico". arXiv : 1807.02092 [ quant-ph ].
- Wojciech Hubert Zurek (2007). "Estados relativos y el medio ambiente: Einselección, envarianza, darwinismo cuántico y la interpretación existencial". arXiv : 0707,2832 [ quant-ph ].
enlaces externos
- Darwinismo universal: darwinismo cuántico
- American Physical Society: Quantum Darwinism Published
- Nature.com: la selección natural actúa sobre el mundo cuántico
- El darwinismo cuántico y la naturaleza de la realidad
- Respuesta de Zurek a las críticas de Kastener (2015)