La interpretación de la mecánica cuántica basada en las múltiples mentes amplía la interpretación de los múltiples mundos al proponer que la distinción entre mundos debe hacerse a nivel de la mente de un observador individual. El concepto fue introducido por primera vez en 1970 por H. Dieter Zeh como una variante de la interpretación de Hugh Everett en relación con la decoherencia cuántica [1] y más tarde (en 1981) se denominó explícitamente interpretación de múltiples conciencias. El nombre de interpretación de las múltiples mentes fue utilizado por primera vez por David Albert y Barry Loewer en 1988 [2].
Las distintas interpretaciones de la mecánica cuántica suelen implicar la explicación del formalismo matemático de la mecánica cuántica o la creación de una imagen física de la teoría. Si bien la estructura matemática tiene una base sólida, todavía hay mucho debate sobre la interpretación física y filosófica de la teoría. Estas interpretaciones pretenden abordar diversos conceptos, como:
La solución estándar al problema de la medición es la interpretación "ortodoxa" o "de Copenhague", que sostiene que la función de onda colapsa como resultado de una medición realizada por un observador o un aparato externo al sistema cuántico. Una interpretación alternativa, la interpretación de los muchos mundos, fue descrita por primera vez por Hugh Everett en 1957 [3] [4] (donde se la llamó interpretación del estado relativo; el nombre de muchos mundos fue acuñado por Bryce Seligman DeWitt a partir de la década de 1960 y finalizado en la de 1970 [5] ). Su formalismo de la mecánica cuántica negaba que una medición requiera un colapso de onda, sugiriendo en cambio que todo lo que es verdaderamente necesario para una medición es que se forme una conexión cuántica entre la partícula, el dispositivo de medición y el observador. [4]
En la formulación original del estado relativo, Everett propuso que existe una función de onda universal que describe la realidad objetiva de todo el universo. Afirmó que cuando los subsistemas interactúan, el sistema total se convierte en una superposición de estos subsistemas. Esto incluye a los observadores y los sistemas de medición, que pasan a formar parte de un estado universal (la función de onda) que siempre se describe mediante la ecuación de Schrödinger (o su alternativa relativista). Es decir, los estados de los subsistemas que interactúan se "enredan" de tal manera que cualquier definición de uno debe necesariamente involucrar al otro. Por lo tanto, el estado de cada subsistema solo puede describirse en relación con cada subsistema con el que interactúa (de ahí el nombre de estado relativo).
Everett sugirió que el universo es en realidad indeterminado en su conjunto. Por ejemplo, consideremos a un observador que mide una partícula que comienza en un estado indeterminado, tanto con espín hacia arriba como hacia abajo, es decir, una superposición de ambas posibilidades. Sin embargo, cuando un observador mide el espín de esa partícula, siempre se registra como hacia arriba o hacia abajo. El problema de cómo entender este cambio repentino de "tanto hacia arriba como hacia abajo" a "o hacia arriba o hacia abajo" se llama el problema de la medición . Según la interpretación de los muchos mundos, el acto de medición forzó una "división" del universo en dos estados, uno de espín hacia arriba y otro de espín hacia abajo, y las dos ramas que se extienden a partir de esos dos estados posteriormente independientes. Una rama mide hacia arriba. La otra mide hacia abajo. Mirar el instrumento informa al observador en qué rama se encuentra, pero el sistema en sí es indeterminado en este y, por extensión lógica, presumiblemente en cualquier nivel superior.
Los “mundos” de la teoría de los múltiples mundos son, por tanto, simplemente el historial completo de mediciones hasta la medición en cuestión y durante la misma, cuando se produce la división. Cada uno de estos “mundos” describe un estado diferente de la función de onda universal y no pueden comunicarse. No hay un colapso de la función de onda en un estado u otro, sino que el observador se encuentra en el mundo que le lleva a la medición que ha realizado y no es consciente de las otras posibilidades que son igualmente reales.
La interpretación de la teoría cuántica basada en múltiples mentes es la de múltiples mundos, con la distinción entre mundos construidos a nivel del observador individual. En lugar de los mundos que se ramifican, es la mente del observador la que se ramifica. [6]
El propósito de esta interpretación es superar el concepto fundamentalmente extraño de que los observadores se encuentran en una superposición consigo mismos. En su artículo de 1988, Albert y Loewer sostienen que simplemente no tiene sentido pensar que la mente de un observador se encuentra en un estado indefinido. Más bien, cuando alguien responde a la pregunta sobre qué estado de un sistema ha observado, debe responder con absoluta certeza. Si se encuentra en una superposición de estados, entonces esta certeza no es posible y llegamos a una contradicción. [2] Para superar esto, sugieren entonces que son simplemente los “cuerpos” de las mentes los que se encuentran en una superposición, y que las mentes deben tener estados definidos que nunca están en superposición. [2]
Cuando un observador mide un sistema cuántico y se enreda con él, ahora constituye un sistema cuántico más grande. Con respecto a cada posibilidad dentro de la función de onda, corresponde un estado mental del cerebro. En última instancia, solo se experimenta una mente, lo que lleva a que las demás se ramifiquen y se vuelvan inaccesibles, aunque reales. [7] De esta manera, a cada ser sintiente se le atribuye una infinidad de mentes, cuya prevalencia corresponde a la amplitud de la función de onda. Cuando un observador verifica una medición, la probabilidad de realizar una medición específica se correlaciona directamente con el número de mentes que tiene donde ve esa medición. Es de esta manera que la naturaleza probabilística de las mediciones cuánticas se obtiene mediante la interpretación de las muchas mentes.
Consideremos un experimento que mide la polarización de dos fotones . Cuando se crea el fotón, tiene una polarización indeterminada . Si una corriente de estos fotones pasa a través de un filtro de polarización, pasa el 50% de la luz. Esto corresponde a que cada fotón tiene un 50% de posibilidades de alinearse con el filtro y, por lo tanto, pasar, o de estar desalineado (90 grados en relación con el filtro de polarización) y ser absorbido. En mecánica cuántica, esto significa que el fotón está en una superposición de estados en los que pasa o se absorbe. Ahora, considere la inclusión de otro fotón y detector de polarización. Ahora, los fotones se crean de tal manera que están entrelazados . Es decir, cuando un fotón adquiere un estado de polarización, el otro fotón siempre se comportará como si tuviera la misma polarización. Para simplificar, supongamos que el segundo filtro está perfectamente alineado con el primero o que está perfectamente desalineado (90 grados de diferencia en el ángulo, de modo que se absorbe). Si los detectores están alineados, ambos fotones pasan (es decir, se dice que están de acuerdo ). Si están desalineados, solo pasa el primero y se absorbe el segundo (ahora están en desacuerdo ). Por lo tanto, el entrelazamiento causa correlaciones perfectas entre las dos mediciones, independientemente de la distancia de separación, lo que hace que la interacción no sea local . Este tipo de experimento se explica con más detalle en Quantum Non-Locality and Relativity de Tim Maudlin , [8] y se puede relacionar con los experimentos de prueba de Bell . Ahora, considere el análisis de este experimento desde el punto de vista de muchas mentes:
Consideremos el caso en el que no hay un observador consciente, es decir, no hay una mente presente para observar el experimento. En este caso, el detector estará en un estado indefinido. El fotón es atravesado y absorbido, y permanecerá en este estado. Las correlaciones se mantienen en secreto porque ninguna de las posibles "mentes", o estados de función de onda, corresponden a resultados no correlacionados. [8]
Ahora, si ampliamos la situación para que haya un ser sintiente observando el dispositivo, también entrará en el estado indefinido. Sus ojos, cuerpo y cerebro ven ambos giros al mismo tiempo. Sin embargo, la mente elige estocásticamente una de las direcciones, y eso es lo que ve. Cuando este observador ve el segundo detector, su cuerpo verá ambos resultados. Su mente elegirá el resultado que concuerde con el primer detector, y el observador verá los resultados esperados. Sin embargo, que la mente del observador vea un resultado no afecta directamente al estado distante; simplemente no existe ninguna función de onda en la que no existan las correlaciones esperadas. La verdadera correlación solo ocurre cuando realmente ve el segundo detector. [8]
Cuando dos personas observan dos detectores diferentes que escanean partículas entrelazadas, ambos observadores entrarán en un estado indefinido, como en el caso de un solo observador. Estos resultados no tienen por qué coincidir: la mente del segundo observador no tiene por qué tener resultados que se correlacionen con los del primero. Cuando un observador le comunica los resultados al segundo, sus dos mentes no pueden comunicarse y, por lo tanto, solo interactuarán con el cuerpo del otro, que sigue siendo indefinido. Cuando el segundo observador responde, su cuerpo responderá con cualquier resultado que concuerde con la mente del primer observador. Esto significa que las mentes de ambos observadores estarán en un estado de la función de onda que siempre obtiene los resultados esperados, pero individualmente sus resultados podrían ser diferentes. [8]
Como hemos visto, las correlaciones observadas en la función de onda de las mentes de cada observador sólo son concretas después de la interacción entre los diferentes polarizadores. Las correlaciones a nivel de las mentes individuales corresponden a la aparición de la no localidad cuántica (o, equivalentemente, la violación de la desigualdad de Bell ). Por lo tanto, el mundo múltiple es no local, o no puede explicar las correlaciones EPR-GHZ.
Actualmente no hay evidencia empírica que respalde la interpretación de las múltiples mentes. Sin embargo, hay teorías que no la desacreditan. A la luz del análisis de Bell de las consecuencias de la no localidad cuántica, se necesitan evidencias empíricas para evitar inventar conceptos fundamentales novedosos (variables ocultas). [9] Por lo tanto, parecen concebibles dos soluciones diferentes del problema de la medición: el colapso de von Neumann o la interpretación del estado relativo de Everett . [10] En ambos casos se puede restablecer un paralelismo psicofísico (adecuadamente modificado).
Si se pueden describir y analizar los procesos neuronales, se podrían crear algunos experimentos para comprobar si los procesos neuronales que afectan pueden tener un efecto sobre un sistema cuántico. Se podría especular sobre los detalles de este acoplamiento de la conciencia con el sistema físico local sobre una base puramente teórica, pero lo ideal sería buscarlos experimentalmente a través de estudios neurológicos y psicológicos. [11]
Nada dentro de la teoría cuántica en sí requiere que cada posibilidad dentro de una función de onda complemente un estado mental. Como todos los estados físicos (es decir, estados cerebrales) son estados cuánticos, sus estados mentales asociados también deberían serlo. Sin embargo, no es lo que uno experimenta dentro de la realidad física. [ cita requerida ] Albert y Loewer sostienen que la mente debe ser intrínsecamente diferente de la realidad física tal como la describe la teoría cuántica. [6] Por lo tanto, rechazan el fisicalismo de identidad de tipos en favor de una postura no reduccionista. Sin embargo, Lockwood salva el materialismo a través de la noción de superveniencia de lo mental sobre lo físico. [7]
Sin embargo, la interpretación de las múltiples mentes no resuelve el problema de los Hulks sin mente como un problema de superveniencia. Los estados mentales no supervienen a los estados cerebrales, ya que un estado cerebral dado es compatible con diferentes configuraciones de estados mentales. [12]
Otra objeción seria es que quienes trabajan en las interpretaciones de No Colapso no han producido más que modelos elementales basados en la existencia definitiva de dispositivos de medición específicos. Han asumido, por ejemplo, que el espacio de Hilbert del universo se divide naturalmente en una estructura de producto tensorial compatible con la medición en consideración. También han asumido, incluso al describir el comportamiento de objetos macroscópicos, que es apropiado emplear modelos en los que sólo se utilizan unas pocas dimensiones del espacio de Hilbert para describir todo el comportamiento relevante.
Además, como la interpretación de las múltiples mentes está corroborada por nuestra experiencia de la realidad física, la noción de muchos mundos invisibles y su compatibilidad con otras teorías físicas (es decir, el principio de conservación de la masa) es difícil de conciliar. [6] Según la ecuación de Schrödinger, la masa-energía del sistema observado y el aparato de medición combinados es la misma antes y después. Sin embargo, con cada proceso de medición (es decir, división), la masa-energía total aparentemente aumentaría. [13]
Peter J. Lewis sostiene que la interpretación de la mecánica cuántica basada en múltiples mentes tiene implicaciones absurdas para los agentes que enfrentan decisiones de vida o muerte. [14]
En general, la teoría de las mentes múltiples sostiene que un ser consciente que observa el resultado de un experimento aleatorio de suma cero evolucionará hacia dos sucesores en diferentes estados de observación, cada uno de los cuales observa uno de los resultados posibles. Además, la teoría aconseja que uno favorezca las elecciones en tales situaciones en proporción a la probabilidad de que traerán buenos resultados a los diversos sucesores. Pero en un caso de vida o muerte como un observador que entra en la caja con el gato de Schrödinger, el observador solo tendrá un sucesor, ya que uno de los resultados asegurará la muerte del observador. Por lo tanto, parece que la interpretación de las mentes múltiples aconseja que uno se meta en la caja con el gato, ya que es seguro que su único sucesor saldrá ileso. Véase también suicidio cuántico e inmortalidad .
Por último, supone que existe alguna distinción física entre un observador consciente y un dispositivo de medición no consciente, por lo que parece necesario eliminar la fuerte hipótesis de Church-Turing o postular un modelo físico para la conciencia.