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Darwinismo cuántico

El darwinismo cuántico es una teoría destinada a explicar el surgimiento del mundo clásico a partir del mundo cuántico debido a un proceso de selección natural darwiniana inducido por el entorno que interactúa con el sistema cuántico; donde los muchos estados cuánticos posibles se seleccionan en favor de un estado de puntero estable . [1] Fue propuesto en 2003 por Wojciech Zurek y un grupo de colaboradores entre los que se encontraban Ollivier, Poulin, Paz y Blume-Kohout. [2] El desarrollo de la teoría se debe a la integración de una serie de temas de investigación de Zurek a lo largo de 25 años, incluidos los estados de puntero , la einselección y la decoherencia .

Se afirma que un estudio realizado en 2010 proporciona evidencia preliminar que respalda el 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 de puntero"; [3] Además, se ha sugerido un tipo de escena similar con cicatrices inducidas por perturbaciones en puntos cuánticos desordenados [4] [5] [6] [7] [8] (ver cicatrices ). Sin embargo, la evidencia alegada también está sujeta a la crítica de circularidad de Ruth Kastner (ver Implicaciones a continuación). Básicamente, el fenómeno de facto de la decoherencia que subyace a las afirmaciones del darwinismo cuántico puede no surgir realmente en una dinámica exclusivamente unitaria. Por lo tanto, incluso si hay decoherencia, esto no muestra que los estados de puntero macroscópicos surjan naturalmente sin algún tipo de colapso.

Trascendencia

Junto con la teoría de la envariancia (invariancia debida al entrelazamiento cuántico ) de Zurek, 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 estados cuánticos, fuente de todo conocimiento sobre 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 tradicionalmente ha tratado este problema como si se resolviera mediante una transformación no unitaria del vector de estado en el momento de la medición en un estado definido. Proporciona un medio extremadamente preciso para predecir el valor del estado definido que se medirá en forma de probabilidad para cada valor de medición posible. La naturaleza física de la transición de la superposición cuántica de estados al estado clásico definido medido no se explica por la teoría tradicional, sino que generalmente se asume como un axioma y fue la base del debate entre Niels Bohr y Albert Einstein sobre la integridad de Teoría cuántica.

El darwinismo cuántico busca explicar la transición de los sistemas cuánticos desde la vasta potencialidad de estados superpuestos al conjunto muy reducido de estados punteros [2] como un proceso de selección, einselección , impuesto al sistema cuántico a través de sus continuas interacciones con el entorno. Todas las interacciones cuánticas, incluidas las mediciones, pero mucho más típicamente las interacciones con el entorno, como por ejemplo 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 interviene 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 decoherirá un sistema cuántico es la base del puntero que subyace a los estados clásicos predecibles. Es en este sentido que los estados punteros de la realidad clásica se seleccionan de la realidad cuántica y existen en el ámbito macroscópico en un estado capaz de sufrir una mayor evolución. Sin embargo, el programa de 'einselección' depende de asumir una división particular del estado cuántico universal en 'sistema' + 'entorno', postulando que los diferentes grados de libertad del entorno tienen fases mutuamente aleatorias. Esta aleatoriedad de fase no surge por sí sola del estado cuántico del universo, y Ruth Kastner [9] ha señalado que esto limita el poder explicativo del programa del darwinismo cuántico. Zurek responde a las críticas de Kastner en Selección clásica y darwinismo cuántico . [10]

Como las interacciones de un sistema cuántico con su entorno dan como resultado el registro de muchas copias redundantes de información sobre los estados de sus punteros, esta información está disponible para numerosos observadores capaces de lograr un acuerdo consensuado sobre su información del estado cuántico. Este aspecto de la einselección, llamado por Zurek "El medio ambiente como testigo", da como resultado el potencial para el conocimiento objetivo.

Significado darwiniano

Quizás de igual importancia para la luz que esta teoría arroja 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:

  1. Reproducción/Herencia; la capacidad de hacer copias y así producir descendientes.
  2. Selección; Un proceso que selecciona preferentemente un rasgo sobre otro, lo que lleva a que un rasgo sea más numeroso después de suficientes generaciones.
  3. Variación; diferencias en los rasgos hereditarios que afectan la "fitness" o la capacidad de sobrevivir y reproducirse, lo que conduce a una supervivencia diferencial.

El darwinismo cuántico parece ajustarse a este algoritmo y por eso se denomina acertadamente:

  1. Se hacen numerosas copias de los estados del puntero.
  2. Las interacciones sucesivas entre los estados punteros y su entorno revelan que evolucionan y sobreviven aquellos estados 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 ancestrales.
  3. La analogía con el principio de variación del "darwinismo simple" no existe ya que los estados punteros no mutan y la selección por parte del entorno se realiza entre los estados punteros 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

  1. ^ Zurek, Wojciech Hubert (marzo de 2009). "Darwinismo cuántico". Física de la Naturaleza . 5 (3): 181–188. arXiv : 0903.5082 . Código bibliográfico : 2009NatPh...5..181Z. doi : 10.1038/nphys1202. ISSN  1745-2481. S2CID  119205282.
  2. ^ ab Zurek, Wojciech Hubert (2003). "Decoherencia, einselección y orígenes cuánticos de lo clásico" (PDF) . Reseñas de Física Moderna . 75 (3): 715–775. arXiv : quant-ph/0105127 . Código Bib : 2003RvMP...75..715Z. doi :10.1103/RevModPhys.75.715. S2CID  14759237. Archivado desde el original (PDF) el 21 de febrero de 2009 . Consultado el 5 de agosto de 2008 .
  3. ^ Burke, soy; Akis, R.; Día, TE; Espira, Gil; Ferry, Dinamarca; 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.
    • Lisa Zyga (10 de mayo de 2010). "Nueva evidencia del darwinismo cuántico encontrada en puntos cuánticos". Phys.org .
  4. ^ Keski-Rahkonen, J.; Ruhanen, A.; Heller, EJ; Räsänen, E. (21 de noviembre de 2019). "Cicatrices cuánticas de Lissajous". Cartas de revisión física . 123 (21): 214101. arXiv : 1911.09729 . Código bibliográfico : 2019PhRvL.123u4101K. doi : 10.1103/PhysRevLett.123.214101. PMID  31809168. S2CID  208248295.
  5. ^ Luukko, Perttu JJ; Drury, Byron; Klales, Anna; Kaplan, Lev; Heller, Eric J.; Räsänen, Esa (28 de noviembre de 2016). "Fuertes cicatrices cuánticas por impurezas locales". Informes científicos . 6 (1): 37656. arXiv : 1511.04198 . Código Bib : 2016NatSR...637656L. doi :10.1038/srep37656. ISSN  2045-2322. PMC 5124902 . PMID  27892510. 
  6. ^ Keski-Rahkonen, J.; Luukko, PJJ; Kaplan, L.; Heller, EJ; Räsänen, E. (20 de septiembre de 2017). "Cicatrices cuánticas controlables en puntos cuánticos de semiconductores". Revisión física B. 96 (9): 094204. arXiv : 1710.00585 . Código Bib : 2017PhRvB..96i4204K. doi : 10.1103/PhysRevB.96.094204. S2CID  119083672.
  7. ^ Keski-Rahkonen, J; Luukko, PJJ; Åberg, S; Räsänen, E (21 de enero de 2019). "Efectos de las cicatrices sobre el caos cuántico en pozos cuánticos desordenados". Revista de Física: Materia Condensada . 31 (10): 105301. arXiv : 1806.02598 . Código Bib : 2019JPCM...31j5301K. doi :10.1088/1361-648x/aaf9fb. ISSN  0953-8984. PMID  30566927. S2CID  51693305.
  8. ^ Keski-Rahkonen, Joonas (2020). Caos cuántico en nanoestructuras bidimensionales desordenadas. Universidad de Tampere. ISBN 978-952-03-1699-0.
  9. ^ Kastner, Ruth E. (2014). "' Einselección ' de observables de puntero : ¿El nuevo teorema H ? ...56K.doi : 10.1016 /j.shpsb.2014.06.004.S2CID 20719455  .
  10. ^ Zurek, Wojciech H. (2015). "Selección clásica y darwinismo cuántico". Física hoy . 68 (5): 56–58. Código Bib : 2015PhT....68e...9Z. doi :10.1063/PT.3.2761.

Referencias

enlaces externos