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superdeterminismo

En mecánica cuántica , el superdeterminismo es una laguna en el teorema de Bell . Al postular que todos los sistemas que se miden están correlacionados con las elecciones sobre qué mediciones realizar en ellos, los supuestos del teorema ya no se cumplen. Por tanto, una teoría de variables ocultas que sea superdeterminista puede cumplir la noción de causalidad local de Bell y aun así violar las desigualdades derivadas del teorema de Bell. [1] Esto hace posible construir una teoría local de variables ocultas que reproduce las predicciones de la mecánica cuántica, para la cual se han propuesto algunos modelos de juguetes . [2] [3] [4] Además de ser deterministas , los modelos superdeterministas también postulan correlaciones entre el estado que se mide y el entorno de medición.

Descripción general

El teorema de Bell supone que las mediciones realizadas en cada detector se pueden elegir independientemente entre sí y de las variables ocultas que determinan el resultado de la medición. Esta relación a menudo se denomina independencia de medición o independencia estadística. En una teoría superdeterminista esta relación no se cumple; las variables ocultas están necesariamente correlacionadas con el entorno de medición. Dado que la elección de las mediciones y la variable oculta están predeterminadas, los resultados en un detector pueden depender de qué medición se realiza en el otro sin necesidad de que la información viaje más rápido que la velocidad de la luz. El supuesto de independencia estadística a veces se denomina supuesto de libre elección o libre albedrío , ya que su negación implica que los experimentadores humanos no son libres de elegir qué medición realizar.

Es posible probar versiones restringidas del superdeterminismo que postulan que las correlaciones entre las variables ocultas y la elección de la medición se han establecido en el pasado reciente. [5] Sin embargo, en general, el superdeterminismo es fundamentalmente incomprobable, ya que se puede postular que las correlaciones existen desde el Big Bang , lo que hace que la laguna sea imposible de eliminar. [6]

Una representación hipotética del superdeterminismo en la que se utilizan fotones de las galaxias distantes Sb y Sc para controlar la orientación de los detectores de polarización α y β justo antes de la llegada de los fotones entrelazados Alice y Bob.

En la década de 1980, John Stewart Bell analizó el superdeterminismo en una entrevista de la BBC : [7] [8]

Hay una manera de escapar de la inferencia de velocidades superluminales y acciones espeluznantes a distancia. Pero implica un determinismo absoluto en el universo, la ausencia total de libre albedrío. Supongamos que el mundo es superdeterminista, en el que no sólo la naturaleza inanimada funciona según un mecanismo de relojería detrás de escena, sino que nuestro comportamiento, incluida nuestra creencia de que somos libres de elegir hacer un experimento en lugar de otro, está absolutamente predeterminado, incluido el " "Decisión" por parte del experimentador de llevar a cabo un conjunto de mediciones en lugar de otro, la dificultad desaparece. No hay necesidad de una señal más rápida que la luz para decirle a la partícula A qué medición se ha realizado en la partícula B, porque el universo, incluida la partícula A, ya "sabe" cuál será esa medición y su resultado.

Aunque reconoció la laguna jurídica, también argumentó que era inverosímil. Incluso si las mediciones realizadas son elegidas por generadores deterministas de números aleatorios, se puede suponer que las elecciones son "efectivamente libres para el propósito en cuestión", porque la elección de la máquina se ve alterada por un gran número de efectos muy pequeños. Es poco probable que la variable oculta sea sensible a las mismas pequeñas influencias que lo fue el generador de números aleatorios. [9]

El ganador del Premio Nobel de Física, Gerard 't Hooft, discutió esta laguna jurídica con John Bell a principios de la década de 1980:

Planteé la pregunta: supongamos que también hay que considerar que las decisiones de Alice y Bob no surgen del libre albedrío, sino que están determinadas por todo lo que está en la teoría. John dijo, bueno, ya sabes, tengo que excluir. Si es posible, entonces lo que dije no se aplica. Dije, Alice y Bob están tomando una decisión por una causa. Una causa se encuentra en su pasado y debe incluirse en la imagen". [10]

Según el físico Anton Zeilinger , si el superdeterminismo es cierto, algunas de sus implicaciones pondrían en duda el valor de la ciencia misma al destruir la falsabilidad :

[N]osotros siempre asumimos implícitamente la libertad del experimentalista... Esta suposición fundamental es esencial para hacer ciencia. Si esto no fuera cierto, entonces, sugiero, no tendría ningún sentido hacer preguntas a la naturaleza en un experimento, ya que entonces la naturaleza podría determinar cuáles son nuestras preguntas, y eso podría guiar nuestras preguntas de manera que lleguemos a una imagen falsa. de la naturaleza. [11]

Los físicos Sabine Hossenfelder y Tim Palmer han argumentado que el superdeterminismo "es un enfoque prometedor no sólo para resolver el problema de la medición , sino también para comprender la aparente no localidad de la física cuántica". [12]

Howard M. Wiseman y Eric Cavalcanti sostienen que cualquier teoría superdeterminista hipotética "sería tan plausible y atractiva como la creencia en un control mental alienígena ubicuo". [13]

Ejemplos

El primer modelo superdeterminista de variables ocultas fue propuesto por Carl H. Brans en 1988. [2] Otros modelos fueron propuestos en 2010 por Michael Hall, [3] y en 2022 por Donadi y Hossenfelder. [4] Gerard 't Hooft se ha referido a su modelo de autómata celular de mecánica cuántica como superdeterminista [14] aunque no ha quedado claro si cumple con la definición.

Algunos autores consideran la retrocausalidad en la mecánica cuántica como un ejemplo de superdeterminismo, mientras que otros tratan los dos casos como distintos. [15] No existe una definición acordada para distinguirlos.

Ver también

Referencias

  1. ^ Larsson, Jan-Åke (2014). "Deficiencias en las pruebas de desigualdad de realismo local de Bell". Revista de Física A: Matemática y Teórica . 47 (42): 16. arXiv : 1407.0363 . Código Bib : 2014JPhA...47P4003L. doi :10.1088/1751-8113/47/42/424003. S2CID  40332044.
  2. ^ ab Brans, Carl H. (1 de febrero de 1988). "El teorema de Bell no elimina las variables ocultas totalmente causales". Revista Internacional de Física Teórica . 27 (2): 219–226. doi :10.1007/BF00670750. ISSN  1572-9575. S2CID  121627152.
  3. ^ ab Hall, Michael JW (16 de diciembre de 2010). "Modelo determinista local de correlaciones de estados singlete basado en una independencia de medición relajada". Cartas de revisión física . 105 (25): 250404. doi : 10.1103/PhysRevLett.105.250404. hdl : 10072/42810 . PMID  21231566. S2CID  45436471.
  4. ^ ab Donadi, Sandro; Hossenfelder, Sabine (19 de agosto de 2022). "Modelo de juguete para el colapso de la función de onda local y determinista". Revisión física A. 106 (2): 022212. arXiv : 2010.01327 . doi : 10.1103/PhysRevA.106.022212. S2CID  237260229.
  5. ^ Thomas Scheidl; Ruperto Ursin; Johannes Kofler; Sven Ramelow; Xiao-Song Ma; Thomas Herbst; Lothar Ratschbacher; Alessandro Fedrizzi; Nathan K. Langford; Thomas Jennewein; Antón Zeilinger; et al. (2010). "Violación del realismo local con libertad de elección". Proc. Nacional. Acad. Ciencia . 107 (46): 19708–19713. arXiv : 0811.3129 . Código Bib : 2010PNAS..10719708S. doi : 10.1073/pnas.1002780107 . PMC 2993398 . PMID  21041665. 
  6. ^ Wolchover, Natalie. "El universo es tan espeluznante como pensaba Einstein". El Atlántico . Consultado el 20 de febrero de 2017 .
  7. ^ Entrevista de BBC Radio con Paul Davies, 1985
  8. ^ La cita es una adaptación de la transcripción editada de la entrevista radiofónica con John Bell de 1985. Véase The Ghost in the Atom: A Discussion of the Mysteries of Quantum Physics, de Paul CW Davies y Julian R. Brown, 1986/1993, págs. 45-46
  9. ^ JS Bell, Variables libres y causalidad local, Epistemological Letters, febrero de 1977. Reimpreso como capítulo 12 de JS Bell, Speakable and Unspeakable in Quantum Mechanics (Cambridge University Press 1987)
  10. ^ Musser, George (7 de octubre de 2013). "¿Algún nivel más profundo de física subyace a la mecánica cuántica? Una entrevista con el premio Nobel Gerard 't Hooft".
  11. ^ A. Zeilinger, Danza de los fotones , Farrar, Straus y Giroux, Nueva York, 2010, p. 266. Abner Shimony , Michael Horne y John Clauser hicieron un comentario similar al responder a John Bell en sus discusiones en Epistemological Letters : "En cualquier experimento científico en el que se supone que dos o más variables se seleccionan al azar, siempre se puede conjeturar que algún factor en la superposición de los conos de luz hacia atrás ha controlado las elecciones presumiblemente aleatorias. Pero, sostenemos, un escepticismo de este tipo esencialmente descartará todos los resultados de la experimentación científica a menos que procedamos bajo el supuesto de que no ocurren conspiraciones ocultas de este tipo. , hemos abandonado de antemano toda la empresa de descubrir las leyes de la naturaleza mediante la experimentación." (Shimony A, Horne MA y Clauser JF, "Comentario sobre la teoría de los beables locales", Epistemological Letters , 13 1 (1976), citado en Jan-Åke Larsson, "Loopholes in Bell desigualdad tests of local realism", J. Phys. A: Matemáticas. 47 (2014))
  12. ^ Hossenfelder, Sabine; Palmer, Tim (2020). "Repensar el superdeterminismo". Fronteras en Física . 8 : 139. arXiv : 1912.06462 . Código Bib : 2020FrP.....8..139P. doi : 10.3389/fphy.2020.00139 . ISSN  2296-424X.
  13. ^ Sabio, Howard; Cavalcanti, Eric (2016). "Causarum Investigatio y los dos teoremas de John Bell". En R. Bertlmann; A. Zeilinger (eds.). [Un]Speakables cuánticos II . La colección Fronteras. Saltador. págs. 119-142. arXiv : 1503.06413 . doi :10.1007/978-3-319-38987-5_6. ISBN 978-3-319-38985-1.
  14. ^ 't Hooft, Gerard (2016). La interpretación del autómata celular de la mecánica cuántica . Teorías fundamentales de la física. vol. 185. doi :10.1007/978-3-319-41285-6. ISBN 978-3-319-41284-9. S2CID  7779840.
  15. ^ Wharton, KB; Argaman, N. (18 de mayo de 2020). "Coloquio: teorema de Bell y reformulaciones de la mecánica cuántica mediadas localmente". Reseñas de Física Moderna . 92 (2): 021002. arXiv : 1906.04313 . doi : 10.1103/RevModPhys.92.021002. S2CID  184486977.

enlaces externos