La interpretación de Copenhague es una colección de puntos de vista sobre el significado de la mecánica cuántica , derivados del trabajo de Niels Bohr , Werner Heisenberg , Max Born y otros. [1] El término "interpretación de Copenhague" aparentemente fue acuñado por Heisenberg durante la década de 1950 para referirse a las ideas desarrolladas en el período 1925-1927, pasando por alto sus desacuerdos con Bohr. [2] [3] En consecuencia, no existe una declaración histórica definitiva de lo que implica la interpretación.
Las características comunes entre las versiones de la interpretación de Copenhague incluyen la idea de que la mecánica cuántica es intrínsecamente indeterminista , con probabilidades calculadas usando la regla de Born , y el principio de complementariedad , que establece que los objetos tienen ciertos pares de propiedades complementarias que no pueden observarse o medirse todas simultáneamente. . [4] Además, el acto de "observar" o "medir" un objeto es irreversible, y no se puede atribuir ninguna verdad a un objeto excepto según los resultados de su medición (es decir, la interpretación de Copenhague rechaza la precisión contrafactual ). Las interpretaciones del tipo de Copenhague sostienen que las descripciones cuánticas son objetivas, en el sentido de que son independientes de las creencias personales de los físicos y de otros factores mentales arbitrarios. [5] : 85–90
A lo largo de los años, ha habido muchas objeciones a aspectos de las interpretaciones del tipo de Copenhague, incluida la naturaleza discontinua y estocástica del proceso de "observación" o "medición", la aparente subjetividad de requerir un observador , la dificultad de definir lo que podría considerarse como un dispositivo de medición, y la aparente dependencia de la física clásica al describir tales dispositivos. Aun así, incluidas todas las variaciones, la interpretación sigue siendo una de las más enseñadas. [6]
La transición de la antigua teoría cuántica a la física cuántica en toda regla comenzó en 1925, cuando Werner Heisenberg presentó un tratamiento del comportamiento de los electrones basado en la discusión sólo de cantidades "observables", es decir, para Heisenberg las frecuencias de la luz que los átomos absorbían y emitían. [8] Max Born se dio cuenta entonces de que en la teoría de Heisenberg, las variables clásicas de posición y momento estarían representadas por matrices , objetos matemáticos que se pueden multiplicar como números con la diferencia crucial de que el orden de multiplicación importa. Erwin Schrödinger presentó una ecuación que trataba al electrón como una onda, y Born descubrió que la forma de interpretar con éxito la función de onda que aparecía en la ecuación de Schrödinger era como una herramienta para calcular probabilidades . [9]
La mecánica cuántica no puede conciliarse fácilmente con el lenguaje y la observación cotidianos y, a menudo, ha parecido contraintuitiva para los físicos, incluidos sus inventores. [nota 1] Las ideas agrupadas como la interpretación de Copenhague sugieren una manera de pensar acerca de cómo las matemáticas de la teoría cuántica se relacionan con la realidad física.
El término se refiere a la ciudad de Copenhague en Dinamarca , y aparentemente fue acuñado durante la década de 1950. [10] Anteriormente, a mediados de la década de 1920, Heisenberg había sido asistente de Bohr en su instituto de Copenhague, donde ayudaron a originar la teoría de la mecánica cuántica. [11] [12] En la Conferencia Solvay de 1927 , una conferencia dual de Max Born y Heisenberg declaró que "consideramos que la mecánica cuántica es una teoría cerrada, cuyos supuestos físicos y matemáticos fundamentales ya no son susceptibles de modificación alguna". [13] [14] En 1929, Heisenberg dio una serie de conferencias invitadas en la Universidad de Chicago explicando el nuevo campo de la mecánica cuántica. Las conferencias sirvieron luego como base para su libro de texto, Los principios físicos de la teoría cuántica , publicado en 1930. [15] En el prefacio del libro, Heisenberg escribió:
En general, el libro no contiene nada que no se encuentre en publicaciones anteriores, particularmente en las investigaciones de Bohr. El propósito del libro me parece cumplido si contribuye en algo a la difusión de ese 'Kopenhagener Geist der Quantentheorie' [Espíritu de Copenhague de la teoría cuántica], si así se me permite expresarme, que ha dirigido todo el desarrollo de la física atómica moderna. .
El término "interpretación de Copenhague" sugiere algo más que un simple espíritu, como un conjunto definido de reglas para interpretar el formalismo matemático de la mecánica cuántica, que presumiblemente se remonta a la década de 1920. [16] Sin embargo, no existe tal texto, y los escritos de Bohr y Heisenberg se contradicen entre sí en varias cuestiones importantes. [3] Parece que el término particular, con su sentido más definido, fue acuñado por Heisenberg alrededor de 1955, [10] mientras criticaba "interpretaciones" alternativas (por ejemplo, la de David Bohm [17] ) que se habían desarrollado. [18] [19] Las conferencias con los títulos 'La interpretación de Copenhague de la teoría cuántica' y 'Críticas y contrapropuestas a la interpretación de Copenhague', que Heisenberg pronunció en 1955, se reimprimen en la colección Física y Filosofía . [20] Antes de que el libro fuera puesto a la venta, Heisenberg expresó en privado su pesar por haber utilizado el término, debido a que sugería la existencia de otras interpretaciones, que consideraba "una tontería". [21] En una reseña de 1960 del libro de Heisenberg, el estrecho colaborador de Bohr, Léon Rosenfeld, llamó al término una "expresión ambigua" y sugirió que se descartara. [22] Sin embargo, esto no sucedió y el término entró en uso generalizado. [10] [19]
Principios
No existe una declaración única y definitiva sobre la interpretación de Copenhague. [3] [23] [24] [25] El término abarca las opiniones desarrolladas por varios científicos y filósofos durante el segundo cuarto del siglo XX. [26] Esta falta de una fuente única y autorizada que establezca la interpretación de Copenhague es una dificultad para discutirla; Otra complicación es que el trasfondo filosófico familiar para Einstein, Bohr, Heisenberg y sus contemporáneos lo es mucho menos para los físicos e incluso para los filósofos de la física de tiempos más recientes. [7] Bohr y Heisenberg nunca estuvieron totalmente de acuerdo sobre cómo entender el formalismo matemático de la mecánica cuántica, [27] y Bohr se distanció de lo que consideraba la interpretación más subjetiva de Heisenberg. [2] Bohr ofreció una interpretación que es independiente de un observador subjetivo, o de una medición, o del colapso; en cambio, un proceso "irreversible" o efectivamente irreversible provoca la decadencia de la coherencia cuántica que imparte el comportamiento clásico de "observación" o "medición". [28] [29] [30] [31]
Diferentes comentaristas e investigadores han asociado diversas ideas al término. [14] Asher Peres señaló que diferentes autores presentan puntos de vista muy diferentes, a veces opuestos, como "la interpretación de Copenhague". [nota 2] N. David Mermin acuñó la frase "¡Cállate y calcula!" para resumir opiniones al estilo de Copenhague, un dicho a menudo atribuido erróneamente a Richard Feynman y que Mermin encontró más tarde insuficientemente matizado. [33] [34] Mermin describió la interpretación de Copenhague como que viene en diferentes "versiones", "variedades" o "sabores". [35]
Algunos principios básicos generalmente aceptados como parte de la interpretación incluyen los siguientes: [2]
La mecánica cuántica es intrínsecamente indeterminista.
El principio de correspondencia : en el límite apropiado, la teoría cuántica llega a parecerse a la física clásica y reproduce las predicciones clásicas.
La regla de Born : la función de onda de un sistema produce probabilidades de los resultados de las mediciones en ese sistema.
Complementariedad : determinadas propiedades no pueden definirse conjuntamente para un mismo sistema al mismo tiempo. Para hablar de una propiedad específica de un sistema, ese sistema debe considerarse dentro del contexto de una disposición de laboratorio específica. Las cantidades observables correspondientes a disposiciones de laboratorio mutuamente excluyentes no se pueden predecir juntas, pero es necesario considerar múltiples experimentos mutuamente excluyentes para caracterizar un sistema.
Hans Primas y Roland Omnès dan un desglose más detallado que, además de lo anterior, incluye lo siguiente: [5] : 85
La física cuántica se aplica a objetos individuales. Las probabilidades calculadas por la regla de Born no requieren un conjunto o colección de sistemas "idénticamente preparados" para comprenderse.
Los resultados proporcionados por los dispositivos de medición son esencialmente clásicos y deberían describirse en un lenguaje corriente. Esto fue especialmente subrayado por Bohr y aceptado por Heisenberg. [nota 3]
Según el punto anterior, el dispositivo utilizado para observar un sistema debe describirse en lenguaje clásico, mientras que el sistema observado se trata en términos cuánticos. Se trata de una cuestión particularmente sutil sobre la cual Bohr y Heisenberg llegaron a conclusiones diferentes. Según Heisenberg, la frontera entre lo clásico y lo cuántico puede desplazarse en cualquier dirección a discreción del observador. Es decir, el observador tiene la libertad de mover lo que se conocería como el " corte de Heisenberg " sin cambiar ninguna predicción físicamente significativa. [5] : 86 Por otro lado, Bohr argumentó que ambos sistemas son cuánticos en principio, y la distinción objeto-instrumento (el "corte") está dictada por la disposición experimental. Para Bohr, el "corte" no fue un cambio en las leyes dinámicas que gobiernan los sistemas en cuestión, sino un cambio en el lenguaje que se les aplica. [3] [38]
Durante una observación , el sistema debe interactuar con un dispositivo de laboratorio. Cuando ese dispositivo realiza una medición, la función de onda del sistema colapsa , reduciéndose irreversiblemente a un estado propio de lo observable que se registra. El resultado de este proceso es un registro tangible del evento, hecho por una potencialidad que se convierte en realidad. [nota 4]
Las declaraciones sobre mediciones que no se realizan realmente no tienen significado. Por ejemplo, no tiene sentido la afirmación de que un fotón atravesó el camino superior de un interferómetro Mach-Zehnder a menos que el interferómetro estuviera realmente construido de tal manera que el camino tomado por el fotón sea detectado y registrado. [5] : 88
Las funciones de onda son objetivas, en el sentido de que no dependen de opiniones personales de físicos individuales ni de otras influencias arbitrarias similares. [5] : 509–512
Hay algunos acuerdos y desacuerdos fundamentales entre las opiniones de Bohr y Heisenberg. Por ejemplo, Heisenberg enfatizó un "corte" agudo entre el observador (o el instrumento) y el sistema observado, [39] : 133 mientras que Bohr ofreció una interpretación que es independiente de un observador subjetivo o de una medición o colapso, que se basa en una proceso "irreversible" o efectivamente irreversible, que podría tener lugar dentro del sistema cuántico. [28]
Otro tema importante en el que Bohr y Heisenberg no estaban de acuerdo es la dualidad onda-partícula . Bohr sostuvo que la distinción entre una visión de ondas y una visión de partículas estaba definida por una distinción entre configuraciones experimentales, mientras que Heisenberg sostuvo que estaba definida por la posibilidad de ver las fórmulas matemáticas como referencias a ondas o partículas. Bohr pensó que una configuración experimental particular mostraría una imagen de ondas o de partículas, pero no ambas. Heisenberg pensaba que toda formulación matemática era capaz de interpretar tanto ondas como partículas. [40] [41]
Naturaleza de la función de onda.
Una función de onda es una entidad matemática que proporciona una distribución de probabilidad para los resultados de cada medición posible en un sistema. El conocimiento de la función de onda junto con las reglas para la evolución del sistema en el tiempo agota todo lo que se puede predecir sobre el comportamiento del sistema. Generalmente, las interpretaciones del tipo de Copenhague niegan que la función de onda proporcione una imagen directamente aprehensible de un cuerpo material ordinario o un componente discernible de alguno de ellos, [42] [43] o algo más que un concepto teórico.
Probabilidades mediante la regla de Born
La regla de Born es esencial para la interpretación de Copenhague. [44] Formulado por Max Born en 1926, da la probabilidad de que una medición de un sistema cuántico arroje un resultado determinado. En su forma más simple, establece que la densidad de probabilidad de encontrar una partícula en un punto dado, cuando se mide, es proporcional al cuadrado de la magnitud de la función de onda de la partícula en ese punto. [nota 5]
Colapsar
El concepto de colapso de la función de onda postula que la función de onda de un sistema puede cambiar repentina y discontinuamente tras la medición. Antes de una medición, una función de onda involucra las diversas probabilidades de los diferentes resultados potenciales de esa medición. Pero cuando el aparato registra uno de esos resultados, no quedan rastros de los demás. Como Bohr no consideraba la función de onda como algo físico, nunca habla de "colapso". Sin embargo, muchos físicos y filósofos asocian el colapso con la interpretación de Copenhague. [2] [10]
Heisenberg habló de la función de onda como representativa del conocimiento disponible de un sistema, y no usó el término "colapso", sino que lo denominó "reducción" de la función de onda a un nuevo estado que representa el cambio en el conocimiento disponible que ocurre una vez que se produce un cambio en particular. El fenómeno es registrado por el aparato. [49]
Papel del observador
Debido a que afirman que la existencia de un valor observado depende de la intercesión del observador, las interpretaciones del tipo de Copenhague a veces se denominan "subjetivas". Muchos copenhaguistas rechazan este término porque el proceso de observación es mecánico y no depende de la individualidad del observador. [50] Wolfgang Pauli , por ejemplo, insistió en que los resultados de las mediciones podrían obtenerse y registrarse mediante "aparatos de registro objetivos". [39] : 117-123 Como escribió Heisenberg,
Por supuesto, no se debe malinterpretar la introducción del observador en el sentido de que implica que algún tipo de características subjetivas deben incluirse en la descripción de la naturaleza. Más bien, el observador sólo tiene la función de registrar decisiones, es decir, procesos en el espacio y en el tiempo, y no importa si el observador es un aparato o un ser humano; pero el registro, es decir, el paso de lo "posible" a lo "real", es aquí absolutamente necesario y no puede omitirse en la interpretación de la teoría cuántica. [20] : 137
En las décadas de 1970 y 1980, la teoría de la decoherencia ayudó a explicar la aparición de realidades cuasi clásicas que surgían de la teoría cuántica, [51] pero fue insuficiente para proporcionar una explicación técnica del aparente colapso de la función de onda. [52]
¿Terminación por variables ocultas?
En términos metafísicos, la interpretación de Copenhague considera que la mecánica cuántica proporciona conocimiento de los fenómenos, pero no señala "objetos realmente existentes", a los que considera residuos de la intuición ordinaria. Esto la convierte en una teoría epistémica . Esto puede contrastarse con la opinión de Einstein de que la física debería buscar "objetos realmente existentes", convirtiéndose así en una teoría óntica . [53]
A veces se plantea la pregunta metafísica: "¿Podría ampliarse la mecánica cuántica añadiendo las llamadas "variables ocultas" al formalismo matemático, para convertirlo de una teoría epistémica a una óntica?" La interpretación de Copenhague responde a esto con un rotundo "No". [54] A veces se alega, por ejemplo por JS Bell , que Einstein se opuso a la interpretación de Copenhague porque creía que la respuesta a esa pregunta de las "variables ocultas" era "sí". Por el contrario, Max Jammer escribe que "Einstein nunca propuso una teoría de variables ocultas". [55] Einstein exploró la posibilidad de una teoría de variables ocultas y escribió un artículo que describe su exploración, pero lo retiró de la publicación porque consideró que era defectuoso. [56] [57]
Aceptación entre los físicos.
Durante las décadas de 1930 y 1940, las opiniones sobre la mecánica cuántica atribuidas a Bohr y que enfatizaban la complementariedad se convirtieron en algo común entre los físicos. Los libros de texto de la época generalmente mantenían el principio de que el valor numérico de una cantidad física no tiene significado o no existe hasta que se mide. [58] : 248 Entre los físicos destacados asociados con interpretaciones de tipo Copenhague se incluyen Lev Landau , [58] [59] Wolfgang Pauli , [59] Rudolf Peierls , [60] Asher Peres , [61] Léon Rosenfeld , [3] y Ray Tranvía . [62]
Durante gran parte del siglo XX, la tradición de Copenhague tuvo una aceptación abrumadora entre los físicos. [58] [63] Según una encuesta muy informal (algunas personas votaron a favor de interpretaciones múltiples) realizada en una conferencia de mecánica cuántica en 1997, [64] la interpretación de Copenhague siguió siendo la etiqueta más ampliamente aceptada que los físicos aplicaron a sus propios puntos de vista. Se encontró un resultado similar en una encuesta realizada en 2011. [65]
Consecuencias
La naturaleza de la interpretación de Copenhague queda expuesta considerando una serie de experimentos y paradojas.
El gato de Schrödinger
Este experimento mental resalta las implicaciones que tiene en los objetos macroscópicos aceptar la incertidumbre a nivel microscópico. Se coloca a un gato en una caja sellada, y su vida o muerte depende del estado de una partícula subatómica. [5] : 91 Así, una descripción del gato durante el curso del experimento (habiendo estado entrelazado con el estado de una partícula subatómica) se convierte en una "borrosa" de "gato vivo y muerto". Pero esto no puede ser exacto porque implica que el gato en realidad está vivo y muerto hasta que se abre la caja para comprobarlo. Pero el gato, si sobrevive, sólo recordará estar vivo. Schrödinger se resiste a "aceptar tan ingenuamente como válido un 'modelo borroso' para representar la realidad". [66] ¿Cómo puede el gato estar vivo y muerto al mismo tiempo?
En las vistas tipo Copenhague, la función de onda refleja nuestro conocimiento del sistema. La función de onda significa que, una vez que se observa al gato, hay un 50% de posibilidades de que esté muerto y un 50% de posibilidades de que esté vivo. [61] (Algunas versiones de la interpretación de Copenhague rechazan la idea de que se pueda asignar una función de onda a un sistema físico que cumpla con la definición cotidiana de "gato"; desde este punto de vista, la descripción mecánica cuántica correcta del gato y el El sistema de partículas debe incluir una regla de superselección [62] : 51 ) .
El amigo de Wigner.
"El amigo de Wigner" es un experimento mental destinado a hacer más llamativo el del gato de Schrödinger involucrando a dos seres conscientes, tradicionalmente conocidos como Wigner y su amigo. [5] : 91–92 (En la literatura más reciente, también pueden ser conocidos como Alice y Bob , según la convención de describir protocolos en la teoría de la información . [67] ) Wigner pone a su amigo con el gato. El observador externo cree que el sistema está en buen estado . Sin embargo, su amigo está convencido de que el gato está vivo, es decir, para él, el gato está en ese estado . ¿Cómo pueden Wigner y su amigo ver diferentes funciones de onda?
Desde el punto de vista heisenbergiano, la respuesta depende de la posición del corte de Heisenberg , que puede colocarse arbitrariamente (al menos según Heisenberg, aunque no según Bohr [3] ). Si el amigo de Wigner se coloca en el mismo lado del corte que el observador externo, sus mediciones colapsan la función de onda para ambos observadores. Si está colocado del lado del gato, su interacción con el gato no se considera una medida. [68] Diferentes interpretaciones del tipo de Copenhague adoptan posiciones diferentes en cuanto a si los observadores pueden ubicarse en el lado cuántico del corte. [68]
Experimento de doble rendija
En la versión básica de este experimento, una fuente de luz, como un rayo láser , ilumina una placa atravesada por dos rendijas paralelas y la luz que pasa a través de las rendijas se observa en una pantalla detrás de la placa. La naturaleza ondulatoria de la luz hace que las ondas de luz que pasan a través de las dos rendijas interfieran , produciendo bandas brillantes y oscuras en la pantalla, un resultado que no se esperaría si la luz estuviera compuesta de partículas clásicas. Sin embargo, la luz siempre es absorbida en la pantalla en puntos discretos, como partículas individuales (no como ondas); El patrón de interferencia aparece a través de la densidad variable de estos impactos de partículas en la pantalla. Además, las versiones del experimento que incluyen detectores en las rendijas encuentran que cada fotón detectado pasa a través de una rendija (como lo haría una partícula clásica) y no a través de ambas rendijas (como lo haría una onda). Estos experimentos demuestran que las partículas no forman el patrón de interferencia si se detecta por qué rendija pasan. [69] : 73–76
Según el principio de complementariedad de Bohr , la luz no es una onda ni una corriente de partículas . Un experimento particular puede demostrar el comportamiento de una partícula (que pasa a través de una rendija definida) o un comportamiento de onda (interferencia), pero no ambos al mismo tiempo. [70]
Se ha realizado el mismo experimento con la luz, los electrones, los átomos y las moléculas. [71] [72] La longitud de onda de De Broglie extremadamente pequeña de los objetos con mayor masa hace que los experimentos sean cada vez más difíciles, [73] pero en general la mecánica cuántica considera que toda la materia posee comportamientos tanto de partícula como de onda.
Paradoja de Einstein-Podolsky-Rosen
Este experimento mental involucra un par de partículas preparadas en lo que autores posteriores denominarían un estado entrelazado . En un artículo de 1935, Einstein, Boris Podolsky y Nathan Rosen señalaron que, en este estado, si se midiera la posición de la primera partícula, se podría predecir el resultado de medir la posición de la segunda partícula. Si, en cambio, se midiera el impulso de la primera partícula, entonces se podría predecir el resultado de medir el impulso de la segunda partícula. Argumentaron que ninguna acción tomada sobre la primera partícula podría afectar instantáneamente a la otra, ya que esto implicaría que la información se transmitiera más rápido que la luz, lo que está prohibido por la teoría de la relatividad . Invocaron un principio, más tarde conocido como el "criterio de realidad de Einstein-Podolsky-Rosen (EPR)", postulando que "si, sin perturbar de ninguna manera un sistema, podemos predecir con certeza (es decir, con una probabilidad igual a la unidad ) el valor de una cantidad física, entonces existe un elemento de realidad correspondiente a esa cantidad". De esto, dedujeron que la segunda partícula debe tener un valor definido de posición y de momento antes de ser medido. [74]
La respuesta de Bohr al artículo de EPR se publicó en Physical Review ese mismo año. [75] Sostuvo que EPR había razonado falazmente. Debido a que las mediciones de posición y de impulso son complementarias , elegir medir una excluye la posibilidad de medir la otra. En consecuencia, un hecho deducido con respecto a una disposición de aparatos de laboratorio no podía combinarse con un hecho deducido por medio de la otra y, por lo tanto, la inferencia de valores predeterminados de posición y momento para la segunda partícula no era válida. Bohr concluyó que los "argumentos de EPR no justifican su conclusión de que la descripción cuántica resulta esencialmente incompleta". [75]
Einstein fue uno de los primeros y persistentes defensores de la realidad objetiva. Bohr y Heisenberg defendieron la posición de que ninguna propiedad física podría entenderse sin un acto de medición, mientras que Einstein se negó a aceptarlo. Abraham Pais recordó un paseo con Einstein cuando ambos discutieron sobre mecánica cuántica: "Einstein se detuvo de repente, se volvió hacia mí y me preguntó si realmente creía que la luna existe sólo cuando la miro". [76] Si bien Einstein no dudaba de que la mecánica cuántica era una teoría física correcta en el sentido de que daba predicciones correctas, sostuvo que no podía ser una teoría completa . El producto más famoso de sus esfuerzos por argumentar lo incompleto de la teoría cuántica es el experimento mental de Einstein-Podolsky-Rosen , cuyo objetivo era mostrar que propiedades físicas como la posición y el momento tienen valores incluso si no se miden. [nota 6] El argumento de EPR no fue generalmente convincente para otros físicos. [58] : 189-251
Carl Friedrich von Weizsäcker , mientras participaba en un coloquio en Cambridge, negó que la interpretación de Copenhague afirmara "Lo que no se puede observar no existe". En cambio, sugirió que la interpretación de Copenhague sigue el principio "Lo que se observa ciertamente existe; sobre lo que no se observa todavía somos libres de hacer suposiciones adecuadas. Usamos esa libertad para evitar paradojas". [23]
Einstein tampoco estaba satisfecho con el indeterminismo de la teoría cuántica. Respecto a la posibilidad de que exista aleatoriedad en la naturaleza, Einstein dijo que estaba "convencido de que Él [Dios] no tira los dados". [81] Bohr, en respuesta, supuestamente dijo que "no nos corresponde a nosotros decirle a Dios cómo debe gobernar el mundo". [nota 7]
El corte de Heisenberg
Gran parte de las críticas a las interpretaciones del tipo de Copenhague se han centrado en la necesidad de un dominio clásico donde puedan residir observadores o dispositivos de medición, y en la imprecisión de cómo podría definirse el límite entre lo cuántico y lo clásico. Esta frontera llegó a denominarse el corte de Heisenberg (mientras que John Bell lo llamó burlonamente la "escisión furtiva" [28] ). Como suele representarse, las interpretaciones tipo Copenhague implican dos tipos diferentes de evolución temporal de las funciones de onda, el flujo determinista según la ecuación de Schrödinger y el salto probabilístico durante la medición, sin un criterio claro sobre cuándo se aplica cada tipo. ¿Por qué deberían existir estos dos procesos diferentes, cuando los físicos y los equipos de laboratorio están hechos de la misma materia que el resto del universo? [82] Y si de alguna manera hay una división, ¿dónde debería ubicarse? Steven Weinberg escribe que la presentación tradicional "no ofrece ninguna manera de localizar el límite entre los reinos en los que [...] la mecánica cuántica se aplica o no". [83]
El problema de pensar en términos de mediciones clásicas de un sistema cuántico se vuelve particularmente agudo en el campo de la cosmología cuántica , donde el sistema cuántico es el universo. [84] [85] ¿Cómo se sitúa un observador fuera del universo para poder medirlo, y quién estaba allí para observar el universo en sus primeras etapas? Los defensores de interpretaciones tipo Copenhague han cuestionado la seriedad de estas objeciones. Rudolf Peierls señaló que "el observador no tiene por qué ser contemporáneo del acontecimiento"; por ejemplo, estudiamos el universo primitivo a través del fondo cósmico de microondas , y podemos aplicarle la mecánica cuántica tan bien como a cualquier campo electromagnético. [60] Asimismo, Asher Peres argumentó que los físicos están , conceptualmente, fuera de esos grados de libertad que estudia la cosmología, y aplicar la mecánica cuántica al radio del universo mientras se descuida a los físicos en él no es diferente de cuantificar la corriente eléctrica en un superconductor . mientras se descuidan los detalles a nivel atómico. [38]
Puedes objetar que hay un solo universo, pero de la misma manera solo hay un CALAMAR en mi laboratorio. [38]
Alternativas
Ha aparecido un gran número de interpretaciones alternativas, que comparten algunos aspectos de la interpretación de Copenhague y al mismo tiempo ofrecen alternativas a otros aspectos. La interpretación del conjunto es similar; Ofrece una interpretación de la función de onda, pero no para partículas individuales. La interpretación coherente de las historias se anuncia como "Copenhague bien hecha". [86] Más recientemente, han aparecido interpretaciones inspiradas en la teoría de la información cuántica como el QBismo [87] y la mecánica cuántica relacional [88] . Los expertos en cuestiones fundamentales cuánticas siguen favoreciendo la interpretación de Copenhague sobre otras alternativas. [65] Entre los físicos que han sugerido que es necesario desarrollar o ampliar la tradición de Copenhague se encuentran Rudolf Haag y Anton Zeilinger . [85] [89]
En el realismo y el determinismo , si la función de onda se considera ontológicamente real y se rechaza por completo el colapso, se produce una interpretación de muchos mundos . Si el colapso de la función de onda también se considera ontológicamente real, se obtiene una teoría objetiva del colapso . La mecánica de Bohm muestra que es posible reformular la mecánica cuántica para hacerla determinista, al precio de hacerla explícitamente no local. Atribuye no sólo una función de onda a un sistema físico, sino también una posición real, que evoluciona de manera determinista bajo una ecuación guía no local. La evolución de un sistema físico viene dada en todo momento por la ecuación de Schrödinger junto con la ecuación rectora; nunca hay un colapso de la función de onda. [90] La interpretación transaccional también es explícitamente no local. [91]
Algunos físicos adoptaron puntos de vista con el "espíritu de Copenhague" y luego defendieron otras interpretaciones. Por ejemplo, David Bohm y Alfred Landé escribieron libros de texto que exponían ideas en la tradición de Bohr-Heisenberg y más tarde promovieron variables ocultas no locales y una interpretación conjunta, respectivamente. [58] : 453 John Archibald Wheeler comenzó su carrera como un "apóstol de Niels Bohr"; [92] Luego supervisó la tesis doctoral de Hugh Everett que proponía la interpretación de los muchos mundos. Después de apoyar el trabajo de Everett durante varios años, comenzó a distanciarse de la interpretación de los muchos mundos en los años 1970. [93] [94] Más adelante en su vida, escribió que si bien la interpretación de Copenhague podría llamarse con justicia "la niebla del norte", "sigue siendo la mejor interpretación del cuanto que tenemos". [95]
Otros físicos, aunque influenciados por la tradición de Copenhague, han expresado su frustración por cómo se dio por sentado el formalismo matemático de la teoría cuántica, en lugar de intentar comprender cómo podría surgir de algo más fundamental. ( ET Jaynes describió el formalismo matemático de la física cuántica como "una mezcla peculiar que describe en parte realidades de la Naturaleza, en parte información humana incompleta sobre la Naturaleza, todo mezclado por Heisenberg y Bohr en una tortilla que nadie ha sabido descomponer". [96] ) Esta insatisfacción ha motivado nuevas variantes interpretativas, así como trabajos técnicos en fundamentos cuánticos . [63] [97]
^ Como escribió Heisenberg en Física y Filosofía (1958): "Recuerdo discusiones con Bohr que duraron muchas horas hasta muy tarde en la noche y terminaron casi en desesperación; y cuando al final de la discusión salí solo a caminar por el En el parque vecino me repetí una y otra vez la pregunta: ¿Es posible que la naturaleza sea tan absurda como nos parecía en estos experimentos atómicos?"
^ "Parece haber al menos tantas interpretaciones diferentes de Copenhague como personas que usan ese término, probablemente haya más. Por ejemplo, en dos artículos clásicos sobre los fundamentos de la mecánica cuántica, Ballentine (1970) y Stapp (1972) dan diametralmente definiciones opuestas de 'Copenhague'". [32]
^ Bohr declaró: "En primer lugar, debemos reconocer que una medición no puede significar nada más que la comparación inequívoca de alguna propiedad del objeto bajo investigación con una propiedad correspondiente de otro sistema, que sirve como instrumento de medición, y para el cual este La propiedad es directamente determinable según su definición en el lenguaje cotidiano o en la terminología de la física clásica". [36] Heisenberg escribió: "Toda descripción de los fenómenos, de los experimentos y sus resultados, se basa en el lenguaje como único medio de comunicación. Las palabras de este lenguaje representan los conceptos de la vida ordinaria, que en el lenguaje científico de la física pueden refinarse a los conceptos de la física clásica. Estos conceptos son las únicas herramientas para una comunicación inequívoca sobre los acontecimientos, sobre la realización de experimentos y sobre sus resultados." [37] : 127
^ Heisenberg escribió: "Es bien sabido que la 'reducción de los paquetes de ondas' siempre aparece en la interpretación de Copenhague cuando se completa la transición de lo posible a lo real. La función de probabilidad, que cubría una amplia gama de posibilidades, de repente se reducido a un rango mucho más estrecho por el hecho de que el experimento ha conducido a un resultado definido, que en realidad ha ocurrido cierto evento. En el formalismo esta reducción requiere que la llamada interferencia de probabilidades, que es el fenómeno más característico [ sic ] de la teoría cuántica, es destruido por las interacciones parcialmente indefinibles e irreversibles del sistema con los aparatos de medición y el resto del mundo." [37] : 125 Bohr sugirió que la "irreversibilidad" era "característica del concepto mismo de observación", una idea que Weizsäcker desarrollaría más tarde, tratando de formular una noción matemática rigurosa de irreversibilidad utilizando la termodinámica, y así mostrar que la irreversibilidad resulta en La aproximación clásica del mundo. [3] Véase también Stenholm. [30]
↑ Si bien el propio Born describió su contribución como la "interpretación estadística" de la función de onda, [45] [46] el término "interpretación estadística" también se ha utilizado como sinónimo de interpretación de conjunto . [47] [48]
^ La forma publicada del argumento del EPR se debió a Podolsky y el propio Einstein no estaba satisfecho con él. En sus propias publicaciones y correspondencia, Einstein utilizó un argumento diferente para insistir en que la mecánica cuántica es una teoría incompleta. [77] [78] [79] [80]
↑ Bohr recordó su respuesta a Einstein en el Congreso Solvay de 1927 en su ensayo "Discusión con Einstein sobre problemas epistemológicos en física atómica", en Albert Einstein, Philosopher-Scientist , ed. Paul Arthur Shilpp, Harper, 1949, pág. 211: "... a pesar de todas las divergencias de enfoque y de opinión, un espíritu de lo más humorístico animó las discusiones. Por su parte, Einstein nos preguntó burlonamente si realmente podíamos creer que las autoridades providenciales recurrieran al juego de dados (" ob der liebe Gott würfelt "), a lo que respondí señalando la gran precaución, ya solicitada por los pensadores antiguos, al atribuir atributos a la Providencia en el lenguaje cotidiano". Werner Heisenberg, que también asistió al congreso, recordó el intercambio en Encounters with Einstein , Princeton University Press, 1983, p. 117: "Pero él [Einstein] todavía mantuvo su consigna, que vistió con las palabras: 'Dios no juega a los dados'. A lo que Bohr sólo pudo responder: 'Pero aún así, no nos corresponde a nosotros decirle a Dios cómo debe gobernar el mundo'".
Referencias
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Otras lecturas
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