El darwinismo cuántico es una teoría que pretende explicar el surgimiento del mundo clásico a partir del mundo cuántico como resultado de un proceso de selección natural darwiniana inducido por la interacción del entorno con el sistema cuántico, en el que los muchos estados cuánticos posibles se seleccionan en contra a favor de un estado puntero estable . [1] Fue propuesta en 2003 por Wojciech Zurek y un grupo de colaboradores, entre ellos Ollivier, Poulin, Paz y Blume-Kohout. [2] El desarrollo de la teoría se debe a la integración de varios temas de investigación de Zurek desarrollados a lo largo de 25 años, incluidos los estados punteros , la einselección y la decoherencia .
Un estudio de 2010 afirma proporcionar evidencia preliminar de apoyo al darwinismo cuántico con cicatrices de un punto cuántico "que se convierte en una familia de estados madre-hija" que indican que podrían "estabilizarse en múltiples estados punteros"; [3] además, se ha sugerido un tipo de escena similar con cicatrices inducidas por perturbación en puntos cuánticos desordenados [4] [5] [6] [7] [8] (ver cicatrices ). Sin embargo, la evidencia reclamada también está sujeta a la crítica de circularidad de Ruth Kastner (ver Implicaciones a continuación). Básicamente, el fenómeno de facto de decoherencia que subyace a las afirmaciones del darwinismo cuántico puede no surgir realmente en una dinámica unitaria únicamente. Por lo tanto, incluso si hay decoherencia, esto no demuestra que los estados punteros macroscópicos emerjan naturalmente sin alguna forma 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 para la teoría cuántica. El problema de la medición surge porque el vector de estado cuántico, fuente de todo conocimiento sobre los sistemas cuánticos, evoluciona según la ecuación de Schrödinger en una superposición lineal de diferentes estados, prediciendo situaciones paradójicas como el " gato de Schrödinger "; situaciones nunca experimentadas 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 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 desde la superposición cuántica de estados hasta el estado clásico definido medido no se explica mediante la teoría tradicional sino que se suele asumir como un axioma y estuvo en la base del debate entre Niels Bohr y Albert Einstein sobre la completitud de la teoría cuántica.
El darwinismo cuántico busca explicar la transición de los sistemas cuánticos desde la vasta potencialidad de estados superpuestos al conjunto enormemente reducido de estados punteros [2] como un proceso de selección, einselección , impuesto al sistema cuántico a través de sus interacciones continuas con el entorno. Todas las interacciones cuánticas, incluidas las mediciones, pero mucho más típicamente las interacciones con el entorno 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 de la 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 un sistema cuántico descoherirá es la base 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 reino macroscópico en un estado capaz de sufrir una mayor evolución. Sin embargo, el programa de la "einselección" depende de la suposición de una división particular del estado cuántico universal en "sistema" + "entorno", con los diferentes grados de libertad del entorno postulados como teniendo fases mutuamente aleatorias. Esta aleatoriedad de fase no surge desde dentro del estado cuántico del universo por sí misma, y Ruth Kastner [9] ha señalado que esto limita el poder explicativo del programa del darwinismo cuántico. Zurek responde a la crítica 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 sus estados de puntero, esta información está disponible para numerosos observadores capaces de alcanzar un acuerdo consensual sobre su información del estado cuántico. Este aspecto de la einselección, llamado por Zurek "el entorno como testigo", da como resultado el potencial para el conocimiento objetivo.
Importancia darwiniana
Tal vez de igual importancia que 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 sencillo algoritmo darwiniano:
- Reproducción/Herencia; la capacidad de hacer copias y así producir descendientes.
- Selección; Proceso que selecciona preferentemente un rasgo sobre otro, 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, lo que lleva a una supervivencia diferencial.
El darwinismo cuántico parece ajustarse a este algoritmo y por ello recibe su nombre acertado:
- Se realizan numerosas copias de estados de puntero.
- Las interacciones sucesivas entre los estados punteros y su entorno revelan que estos evolucionan y que 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 ancestros.
- La analogía con el principio de variación del "darwinismo simple" no existe ya que los estados punteros no mutan y la selección por el entorno está entre los estados punteros preferidos por el entorno (por ejemplo, los estados de ubicación).
Desde esta visión, el darwinismo cuántico proporciona una explicación darwiniana de la base de nuestra realidad, explicando el desarrollo o evolución de nuestro mundo macroscópico clásico.
Notas
- ^ Zurek, Wojciech Hubert (marzo de 2009). "Darwinismo cuántico". Nature Physics . 5 (3): 181–188. arXiv : 0903.5082 . Código Bibliográfico :2009NatPh...5..181Z. doi :10.1038/nphys1202. ISSN 1745-2481. S2CID 119205282.
- ^ ab Zurek, Wojciech Hubert (2003). "Decoherencia, einselección y los orígenes cuánticos de la clásica" (PDF) . Reviews of Modern Physics . 75 (3): 715–775. arXiv : quant-ph/0105127 . Bibcode :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 .
- ^ Burke, AM; Akis, R.; Day, TE; Speyer, Gil; Ferry, DK; Bennett, BR (2010). "Estados periódicos marcados en puntos cuánticos abiertos como evidencia del darwinismo cuántico". Physical Review Letters . 104 (17): 176801. Bibcode :2010PhRvL.104q6801B. doi :10.1103/PhysRevLett.104.176801. PMID 20482124.
- Lisa Zyga (10 de mayo de 2010). "Nueva evidencia del darwinismo cuántico hallada en los puntos cuánticos". Phys.org .
- ^ 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.
- ^ 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.
- ^ 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.
- ^ 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.
- ^ Keski-Rahkonen, Joonas (2020). Caos cuántico en nanoestructuras bidimensionales desordenadas. Universidad de Tampere. ISBN 978-952-03-1699-0.
- ^ Kastner, Ruth E. (2014). "'Einselección' de observables punteros: ¿el nuevo teorema H?". Estudios en Historia y Filosofía de la Ciencia Parte B: Estudios en Historia y Filosofía de la Física Moderna . 48 : 56–58. arXiv : 1406.4126 . Bibcode :2014SHPMP..48...56K. doi :10.1016/j.shpsb.2014.06.004. S2CID 20719455.
- ^ Zurek, Wojciech H. (2015). "Selección clásica y darwinismo cuántico". Physics Today . 68 (5): 56–58. Código Bibliográfico :2015PhT....68e...9Z. 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, Decoherencia y la transición cuántica a clásica , Springer 2007, ISBN 3-540-35773-4 , Capítulo 2.9, pág. 85.
- Zurek, Wojciech Hubert (2009). "Darwinismo cuántico". Nature Physics . 5 (3): 181–188. arXiv : 0903.5082 . Código Bibliográfico :2009NatPh...5..181Z. doi :10.1038/nphys1202. S2CID 119205282.
- Blume-Kohout, Robin; Zurek, WH (2006). "Darwinismo cuántico: entrelazamiento, ramificaciones y la clasicismo emergente de la información cuántica almacenada de forma redundante". Physical Review A . 73 (6): 062310. arXiv : quant-ph/0505031 . Bibcode :2006PhRvA..73f2310B. doi :10.1103/PhysRevA.73.062310. S2CID 11786634.
- Zurek, WH (2003). "Darwinismo cuántico y envariancia". arXiv : quant-ph/0308163 .
- Blume-Kohout, Robin; Zurek, WH (2006). "Darwinismo cuántico: entrelazamiento, ramificaciones y la clasicismo emergente de la información cuántica almacenada de forma redundante". Physical Review A . 73 (6): 062310. arXiv : quant-ph/0505031 . Bibcode :2006PhRvA..73f2310B. doi :10.1103/PhysRevA.73.062310. S2CID 11786634.
- Ollivier, Harold; Poulin, David; Zurek, Wojciech H. (2005). "El entorno 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. S2CID 56301210.
- Zurek, WH (2005). "Probabilidades a partir del entrelazamiento, regla de Born a partir de la envarianza". Physical Review A . 71 (5): 052105. arXiv : quant-ph/0405161 . Código Bibliográfico :2005PhRvA..71e2105Z. doi :10.1103/PhysRevA.71.052105. S2CID 18210481.
- Wojciech Hubert Zurek (2018). "Teoría cuántica de lo clásico: saltos cuánticos, regla de Born y realidad clásica objetiva a través del darwinismo cuántico". Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences . 376 (2123). arXiv : 1807.02092 . Bibcode :2018RSPTA.37680107Z. doi :10.1098/rsta.2018.0107. PMC 5990654 . PMID 29807905.
- Wojciech Hubert Zurek (2007). "Estados relativos y medio ambiente: einselección, envariancia, darwinismo cuántico y la interpretación existencial". arXiv : 0707.2832 [quant-ph].
Enlaces externos
- Darwinismo universal: darwinismo cuántico
- Nature.com: La selección natural actúa sobre el mundo cuántico
- El darwinismo cuántico y la naturaleza de la realidad
- Respuesta de Zurek a la crítica de Kastner (2015)