Realidad cuántica

Libro de divulgación científica del físico Nick Herbert

Quantum Reality es un libro de divulgación científica de 1985 del físico Nick Herbert , miembro del Fundamental Fysiks Group , que se formó para explorar las implicaciones filosóficas de la teoría cuántica. ^[1] El libro intenta abordar la ontología de los objetos cuánticos , sus atributos y sus interacciones, sin depender de conceptos matemáticos avanzados. Herbert analiza las interpretaciones más comunes de la mecánica cuántica y sus consecuencias, destacando las ventajas y desventajas conceptuales de cada una. ^[2]

Sinopsis

Fondo

Tras un breve resumen de las crisis experimentales (como la catástrofe ultravioleta ) que motivaron la teoría cuántica, Herbert identifica cuatro formulaciones principales de la teoría cuántica: la mecánica matricial de Werner Heisenberg , la mecánica ondulatoria de Erwin Schrödinger , la teoría de la transformación de Paul Dirac y la formulación de suma sobre historias de Richard Feynman . ^{[2] : 41–53}

Al presentar los objetos cuánticos (a los que llama "quons"), Herbert describe cómo las propiedades cuánticas son inherentes a una función de onda , que sirve como proxy para la medición de estas propiedades. Compara el proceso de medición cuántica con el tratamiento matemático de la función de onda como una suma de formas de onda de una familia particular, con varias familias correspondientes a propiedades particulares. El ancho de banda del espectro de estas formas de onda representa la incertidumbre en la medición cuántica. Herbert muestra que para pares de variables conjugadas , como la posición y el momento, estos anchos de banda están vinculados de tal manera que su producto tiene un límite inferior finito, ilustrando así la base del principio de incertidumbre de Heisenberg : cualquier propiedad individual puede medirse con precisión arbitraria, pero las propiedades conjugadas no pueden conocerse simultáneamente con precisión arbitraria. ^{[2] : 71–112}

Herbert identifica dos problemas filosóficos que presenta la teoría cuántica: la cuestión de la interpretación , relativa a la naturaleza física de la realidad subyacente a la observación, y el problema de la medición , relativo al papel aparentemente especial del acto de medición en la teoría cuántica, y varios enfoques para definir formalmente el acto de medición. ^{[2] : 113–156}

Ocho interpretaciones

Herbert identifica ocho interpretaciones de la mecánica cuántica , todas ellas coherentes con la observación y con los formalismos matemáticos antes mencionados. Compara estas diferentes interpretaciones con la historia de los ciegos y el elefante : diferentes enfoques de la misma realidad subyacente, que producen imágenes notablemente diferentes (pero a menudo superpuestas). Las interpretaciones identificadas por Herbert son:

1. La interpretación de Copenhague , parte I ("No existe una realidad profunda"). Herbert la identifica como la interpretación más aceptada entre los físicos, asociada principalmente a Niels Bohr y Werner Heisenberg . En esta interpretación, los atributos dinámicos no describen la realidad de los objetos cuánticos en sí, sino que son inherentes a la relación entre el objeto observado y el dispositivo de medición. ^{[2] : 158–164}
2. La interpretación de Copenhague, Parte II ("La realidad se crea mediante la observación"). En esta variación de la interpretación de Copenhague, asociada con John Archibald Wheeler , la realidad de los atributos cuánticos se crea en el acto de observación , como lo ilustra el ejemplo del experimento de elección retrasada de Wheeler . ^{[2] : 164–168}
3. "La realidad es una totalidad indivisa". Esta interpretación, asociada con David Bohm y Walter Heitler , sugiere que el estado de todo el universo puede estar implicado en cualquier medición cuántica. Herbert destaca la interacción aparente de partículas entrelazadas ampliamente separadas, que pueden representarse mediante una única función de onda combinada, o "realidad compartida", en un espacio de configuración de alta dimensión . ^{[2] : 168–172}
4. La interpretación de los múltiples mundos . Ideada por Hugh Everett , esta interpretación elimina el problema conceptual del colapso de la función de onda al suponer que todos los resultados posibles ocurren por igual, en un árbol de universos paralelos en constante ramificación. ^{[2] : 172–175}
5. Lógica cuántica ("El mundo obedece a un tipo de razonamiento no humano"). Asociada con John von Neumann , Garrett Birkhoff y David Finkelstein , esta interpretación sostiene que los objetos cuánticos poseen atributos innatos, pero que las relaciones entre estos atributos están gobernadas por una red no distributiva , o "lógica ondulatoria", a diferencia de la red booleana que gobierna los objetos clásicos. En el ejemplo de la "paradoja de los tres polarizadores ", dos polarizadores apilados y orientados ortogonalmente no permitirán que pase ninguna luz (el encuentro de los conjuntos de fotones que pasarán a través de cada filtro es nulo ), pero la inserción de un polarizador orientado diagonalmente entre ellos permite que algo de luz pase a través de la pila. La paradoja se puede entender considerando un haz polarizado como una superposición , con componentes diagonales que interfieren destructivamente. ^{[2] : 177–185}
6. Neorrealismo ("El mundo está hecho de objetos ordinarios"). Construida por David Bohm y también asociada con Louis de Broglie , esta interpretación sostiene que los objetos cuánticos poseen atributos definidos, pero que estos atributos pueden cambiar de valor instantáneamente en respuesta a eventos en cualquier parte del universo, con esta información codificada en una onda piloto física que debe poder viajar más rápido que la luz . Otros físicos intentaron construir modelos basados ​​en objetos que eliminaron esta comunicación superlumínica, pero el teorema de Bell demostró posteriormente que esto era imposible. Por esta razón, según Herbert, el neorrealismo es rechazado por la mayor parte del establishment de la física. ^{[2] : 185–189}
7. " La conciencia crea la realidad ". Propuesta por primera vez por John von Neumann , esta interpretación otorga un estatus especial a las mentes conscientes como la ubicación del colapso de la función de onda , en el que las innumerables posibilidades de un sistema cuántico se reducen a un estado observado. A diferencia de la interpretación de Copenhague, en la que el observador selecciona qué atributo se verá que tiene un valor definido pero no determina el valor en sí, von Neumann sostuvo que el valor real del atributo se determina en un colapso que ocurre en la interfaz del cerebro y la mente. ^{[2] : 189–193}
8. "El mundo dúplex de Werner Heisenberg ". Heisenberg reconoció una división inherente a la interpretación de Copenhague, entre la actualidad concreta ( fenómeno ) de las observaciones y el rango de potencialidad ( noúmeno ) descrito por la función de onda. Al tratar de abordar la naturaleza ontológica del mundo no observado, consideró que la teoría cuántica no era simplemente una analogía matemática exitosa, sino una descripción literal de la realidad subyacente. En la descripción que hace Herbert de la visión de Heisenberg, el mundo no observado es un mundo compuesto de posibilidades, cualitativamente menos real que el mundo de los hechos observados. ^{[2] : 193–195}

El teorema de Bell y sus implicaciones

Para añadir un matiz más a la naturaleza de la realidad cuántica, Herbert presenta la paradoja EPR y su resolución en forma del teorema de Bell . La paradoja EPR, que se basa en la suposición de localidad , sostenida durante mucho tiempo , sugiere la existencia de "elementos de la realidad" (atributos cuánticos no medidos que, no obstante, son reales) que la teoría cuántica no predice. El teorema de Bell resuelve esta paradoja al demostrar que la localidad está descartada por la observación, es decir, que cualquier modelo de la realidad consistente con la observación debe permitir la interacción no local. Sin embargo, Herbert es cuidadoso al señalar que el teorema de Bell no implica ninguna predicción de fenómenos no locales observables experimentalmente , ni tampoco permite la comunicación superlumínica. ^{[2] : 211–231}

Herbert luego reevalúa las interpretaciones antes mencionadas de la realidad cuántica a la luz del teorema de Bell:

• En el caso de la interpretación de Copenhague, el "arreglo experimental" de la entidad observada y el dispositivo de medición en el que residen los atributos cuánticos —considerado por Bohr como limitado a la interacción local— debe ampliarse para incluir objetos potencialmente distantes con los que estos sistemas pueden estar enredados. ^{[2] : 240–241}
• Según Herbert, el teorema de Bell apoya la noción bohmiana de la realidad subyacente como una totalidad indivisa. ^{[2] : 241–242}
• Aunque Herbert afirma que la interpretación de los múltiples mundos carece de la precisión contrafáctica necesaria para demostrar el teorema de Bell, sostiene que la visión de los múltiples mundos es inherentemente no local, según cualquier concepción razonable de localidad. ^{[2] : 242}
• En opinión de Herbert, el resultado de Bell supone un duro golpe para los modelos neorrealistas, al demostrar que la onda piloto aparentemente real debe violar el límite de velocidad universal de Einstein . ^{[2] : 243–244}

Herbert concluye que, aunque el teorema de Bell no excluye ninguna de las interpretaciones antes mencionadas de la mecánica cuántica, insiste en que cualquier interpretación válida debe permitir la interacción no local. ^{[2] : 245}

Recepción

En su reseña de Quantum Reality , The New York Times elogió los esfuerzos de Herbert por hacer que el tema fuera comprensible para un público no especializado. ^[3] El físico Heinz Pagels llamó a Quantum Reality "un gran lugar para que el lector general comience a aprender sobre física cuántica". ^[4] Kirkus Reviews , sin embargo, concluyó que Quantum Reality , si bien es interesante, puede dejar a los lectores no especializados confundidos. ^[5]

El escritor postanarquista Hakim Bey utilizó la Realidad Cuántica como base para un análisis del campo de la física cuántica en términos de los paradigmas sociales que puede influenciar y de los cuales puede extraer sus metáforas. ^[6]

El físico David Kaiser , que ha escrito sobre el Grupo de Física Fundamental al que pertenecía Herbert, afirma que el libro se utiliza en cursos de física de pregrado. ^[1]

Quantum Reality ha sido traducido al alemán, japonés y portugués. ^[7]

Véase también

• Interpretaciones de la mecánica cuántica
• Grupo de Física Fundamental , con el que Herbert está asociado
  • Los maestros danzantes del Wu Li , por Gary Zukav, miembro de Fundamental Fysiks
  • El Tao de la Física , por Fritjof Capra, miembro de Fundamental Fysiks

Referencias

1. Johnson, George (24 de junio de 1985). "Lo que la física le debe a la contracultura". The New York Times . Consultado el 13 de septiembre de 2014 .
2. Herbert, Nick (1985). La realidad cuántica: más allá de la nueva física: una incursión en la metafísica y el significado de la realidad . Anchor Books/ Doubleday . ISBN 978-0-385-18704-6.
3. Lehmann-Haupt, Christopher (24 de junio de 1985). «La realidad cuántica». Libros del Times. The New York Times . Consultado el 13 de septiembre de 2014 .
4. Nielsen, Tom. «Referencias – Cosmos/Quantum». Enfolded.net . Archivado desde el original el 22 de junio de 2015. Consultado el 13 de septiembre de 2014 .
5. "Realidad cuántica: más allá de la nueva física". Reseñas de Kirkus . Anchor/Doubleday. 28 de junio de 1985. Consultado el 13 de septiembre de 2014 .
6. Bey, Hakim . «Mecánica cuántica y teoría del caos: meditaciones anarquistas sobre la realidad cuántica de N. Herbert: más allá de la nueva física». Hakim Bey y la anarquía ontológica . Consultado el 5 de diciembre de 2022 .
7. Herbert, Nick (16 de julio de 2009). "Un libro sobre la realidad". Tantra cuántico . Consultado el 13 de septiembre de 2014 .