En mecánica cuántica , la definición contrafáctica ( CFD ) es la capacidad de hablar "significativamente" de la definición de los resultados de mediciones que no se han realizado (es decir, la capacidad de asumir la existencia de objetos y propiedades de objetos, incluso cuando no se han medido). [1] [2] El término "definición contrafáctica" se utiliza en discusiones de cálculos físicos, especialmente aquellos relacionados con el fenómeno llamado entrelazamiento cuántico y aquellos relacionados con las desigualdades de Bell . [3] En tales discusiones, "significativamente" significa la capacidad de tratar estos resultados no medidos en igualdad de condiciones con los resultados medidos en cálculos estadísticos. Es este aspecto (a veces asumido pero no declarado) de la definición contrafáctica el que es de relevancia directa para la física y los modelos matemáticos de sistemas físicos y no las preocupaciones filosóficas con respecto al significado de los resultados no medidos.
El tema de la definición contrafáctica recibe atención en el estudio de la mecánica cuántica porque se argumenta que, cuando se ve desafiada por los hallazgos de la mecánica cuántica, la física clásica debe renunciar a su afirmación de uno de tres supuestos: localidad (no hay " acción fantasmal a distancia "), no conspiración (también llamada "asimetría del tiempo"), [4] [5] o definición contrafáctica (o "no contextualidad").
Si la física renuncia a la reivindicación de localidad, pone en tela de juicio nuestras ideas ordinarias sobre causalidad y sugiere que los acontecimientos pueden ocurrir a velocidades superiores a la de la luz. [6]
Si la física abandona la condición de "no conspiración", se hace posible que "la naturaleza obligue a los experimentadores a medir lo que ella quiere y cuando quiere, ocultando todo lo que no quiere que los físicos vean". [7]
Si la física rechaza la posibilidad de que, en todos los casos, pueda haber una "definición contrafáctica", entonces rechaza algunas características que los humanos están muy acostumbrados a considerar como características duraderas del universo. "Los elementos de la realidad de los que habla el artículo de EPR no son nada más que lo que la interpretación de las propiedades llama propiedades que existen independientemente de las mediciones. En cada ejecución del experimento, existen algunos elementos de la realidad, el sistema tiene propiedades particulares < #a i > que determinan inequívocamente el resultado de la medición < a i >, dado que se realiza la medición correspondiente a ". [8]
Como sustantivo, "contrafáctico" puede referirse a un efecto o consecuencia inferida de un evento macroscópico no observado. Un ejemplo es la computación cuántica contrafáctica . [9]
Se puede decir que una interpretación de la mecánica cuántica implica el uso de la definición contrafáctica si incluye en el modelo matemático resultados de mediciones que son contrafácticas; en particular, aquellos que están excluidos según la mecánica cuántica por el hecho de que la mecánica cuántica no contiene una descripción de la medición simultánea de pares conjugados de propiedades. [10]
Por ejemplo, el principio de incertidumbre establece que no se puede conocer simultáneamente, con una precisión arbitrariamente alta, tanto la posición como el momento de una partícula. [11] Supongamos que se mide la posición de una partícula. Este acto destruye cualquier información sobre su momento. ¿Es posible entonces hablar del resultado que se habría obtenido si se hubiera medido su momento en lugar de su posición? En términos de formalismo matemático, ¿se debe incluir dicha medición de momento contrafáctica, junto con la medición de posición fáctica, en la población estadística de posibles resultados que describen la partícula? Si se encontrara que la posición es r 0 entonces, en una interpretación que permita la precisión contrafáctica, la población estadística que describe la posición y el momento contendría todos los pares ( r 0 , p ) para cada valor de momento posible p , mientras que una interpretación que rechace los valores contrafácticos por completo solo tendría el par ( r 0 ,⊥) donde ⊥ (llamado "up tack" o "eet") denota un valor indefinido. [12] Para utilizar una analogía macroscópica, una interpretación que rechaza la certeza contrafáctica considera que medir la posición es similar a preguntar en qué lugar de una habitación se encuentra una persona, mientras que medir el momento es similar a preguntar si el regazo de la persona está vacío o si tiene algo sobre él. Si la posición de la persona ha cambiado al hacer que se ponga de pie en lugar de sentarse, entonces esa persona no tiene regazo y ni la afirmación "el regazo de la persona está vacío" ni "hay algo sobre el regazo de la persona" son verdaderas. Cualquier cálculo estadístico basado en valores en los que la persona está de pie en algún lugar de la habitación y simultáneamente tiene un regazo como si estuviera sentada carecería de sentido. [13]
La fiabilidad de valores contrafácticos definidos es un supuesto básico que, junto con la "asimetría temporal" y la "causalidad local", condujo a las desigualdades de Bell . Bell demostró que los resultados de los experimentos destinados a probar la idea de las variables ocultas se predecirían dentro de ciertos límites basados en estos tres supuestos, que se consideran principios fundamentales de la física clásica, pero que los resultados encontrados dentro de esos límites serían incompatibles con las predicciones de la teoría de la mecánica cuántica. Los experimentos han demostrado que los resultados de la mecánica cuántica exceden previsiblemente esos límites clásicos. Calcular expectativas basadas en el trabajo de Bell implica que para la física cuántica debe abandonarse el supuesto del "realismo local". [14] El teorema de Bell demuestra que todo tipo de teoría cuántica debe violar necesariamente la localidad o rechazar la posibilidad de ampliar la descripción matemática con resultados de mediciones que no se realizaron realmente. [15] [16]
La definición contrafáctica está presente en cualquier interpretación de la mecánica cuántica que permita que los resultados de las mediciones mecánicas cuánticas se consideren como funciones deterministas del estado de un sistema o del estado combinado del sistema y el aparato de medición. La interpretación transaccional de Cramer (1986) no hace esa interpretación. [16]
La interpretación tradicional de Copenhague de la mecánica cuántica rechaza la certeza contrafáctica, ya que no atribuye ningún valor a una medición que no se ha realizado. Cuando se realizan mediciones, se obtienen valores, pero estos no se consideran revelaciones de valores preexistentes. En palabras de Asher Peres , "los experimentos no realizados no tienen resultados". [17]
La interpretación de los múltiples mundos rechaza la definición contrafáctica en un sentido diferente: en lugar de no asignar un valor a las mediciones que no se realizaron, atribuye múltiples valores. Cuando se realizan mediciones, cada uno de estos valores se realiza como el valor resultante en un mundo diferente de una realidad ramificada. Como dice el profesor Guy Blaylock de la Universidad de Massachusetts Amherst : "La interpretación de los múltiples mundos no sólo es contrafácticamente indefinida, sino también fácticamente indefinida". [18]
El enfoque de las historias consistentes rechaza la definición contrafáctica de otra manera: atribuye valores únicos pero ocultos a mediciones no realizadas y no permite combinar valores de mediciones incompatibles (contrafácticas o fácticas) ya que tales combinaciones no producen resultados que coincidan con los obtenidos puramente a partir de mediciones compatibles realizadas. Cuando se realiza una medición, el valor oculto se realiza de todos modos como el valor resultante. Robert Griffiths los compara con "tiras de papel" colocadas en "sobres opacos". [19] Por lo tanto, las Historias consistentes no rechazan los resultados contrafácticos per se, los rechaza solo cuando se combinan con resultados incompatibles. [20] Mientras que en la interpretación de Copenhague o la interpretación de Muchos Mundos, las operaciones algebraicas para derivar la desigualdad de Bell no pueden proceder debido a que no tienen valor o muchos valores donde se requiere un solo valor, en las Historias consistentes, se pueden realizar pero los coeficientes de correlación resultantes no se pueden equiparar con los que se obtendrían con mediciones reales (que en cambio se dan por las reglas del formalismo mecánico cuántico). La derivación combina resultados incompatibles, de los cuales sólo algunos podrían ser fácticos para un experimento dado y el resto contrafácticos.