La cuántica al rescate (IV)

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Según Wikipedia, una interpretación de la mecánica cuántica (MQ), es “un conjunto de afirmaciones que tratan sobre la completitud, determinismo o modo en que deben entenderse los resultados de la mecánica cuántica”.

La cuestión que subyace en la MQ es el llamado “problema de la medida”.

Cada una de las diversas interpretaciones de la MQ afronta el problema de la medida de forma diferente.

Analicemos ahora sucintamente algunas de las mismas.

Interpretación de las historias consistentes

En ellas el estado cuántico no evoluciona según la ecuación de Schrödinger, sino que se introducen nuevas evoluciones en términos de familias, particularmente, las que se obtendrían del colapso en la medición.

Es una interpretación probabilística de la MQ aplicable a sistemas físicos aislados, y fue propuesta por Robert B. Griffiths en 1984. Se trabaja con secuencias de eventos o valores registrables en una medición que ocurren en tiempos sucesivos (historias). En la misma se usa una “condición de consistencia” o registro matemático que restringe la elección de la secuencia de eventos a la que se asigna una probabilidad. (Se asigna una probabilidad condicional a los eventos intermedios entre los estados inicial y final). Sólo las historias consistentes tienen un significado físico.

Esta formulación es como una extensión o generalización de la interpretación estándar o de Copenhague que veremos más tarde, pero que no radica en la consideración de variables ocultas.

El formulismo de historias contextuales amplía la noción habitual de contexto para permitir el tratamiento de sistemas cuánticos con propiedades diferentes en tiempos distintos. Aquí no se exige una condición de consistencia, pero sí se requiere que los observables que pertenecen a una historia forme un contexto (operadores correspondientes suman la identidad y conmutan entre sí, lo que supone un conjunto de propiedades cuánticas exhaustivas y compatibles).

La interpretación de las historias consistentes se construye aplicando la teoría cuántica al universo entero, desde el principio al fin, sin observadores a lo largo del universo temprano, no observadores externos en cualquier tiempo; el universo lo incluye todo.

Sólo una de las historias es una historia actual, y las otras sólo eran unas historias posibles.

Interpretación del colapso objetivo o decoherencia

Anteriormente, a los físicos les gustaba usar la palabra “colapso” para describir el proceso de observación en el que la función de onda de superposición de estados cambiaba a una sola realidad observada. Hoy en día, en vez de “colapso”, los físicos usan la palabra “decoherencia”, y se refiere a un proceso bien conocido en el que la función de onda de un objeto microscópico interactúa con el medio macroscópico para producir el resultado descrito como colapso en la interpretación de Copenhague.

En particular, la interpretación del colapso objetivo o GRW debida a Ghirardi, Rimini y Weber -GRW- explica por qué los objetos grandes aparecen sólidamente en un lugar, mientras a escala atómica por ondas. En ella se modifica la ecuación de ondas de Schrödinger para hacer que colapse aleatoriamente. Para objetos pequeños como átomos, un colapso ocurre sólo cada cien millones de años. El colapso de pocos átomos en un objeto macroscópico (como el gato de Schrödinger), por la mutua correlación hace que pueda colapsar la totalidad del objeto: “El gato, por tanto, puede permanecer en susperposición de los estados vivo y muerto sólo muy brevemente”.

Estrictamente hablando, el esquema GRW no es una interpretación de la MQ, sino una propuesta de cambio de la teoría, pues no hay evidencia experimental de tal fenómeno GRW.

La modificación sugerida por Ghirardi, por ejemplo, consiste en añadir a la ecuación de Schrödinger determinista y lineal, un término estadístico y no-lineal. Esta interpretación permite que el estado de un sistema cuántico pueda sufrir un colapso espontáneamente durante su evolución natural.

Podemos considerar en la misma línea la hipótesis de Roger Penrose que introduce efectos gravitacionales en la estructura de la mecánica cuántica. En su opinión, la causa del fenómeno de reducción del estado cuántico es gravitacional. La superposición de estados cuánticos permanece como tal hasta que la diferencia entre las energías de los estados -autoenergías- que lo componen alcanza un nivel determinado -energía del gravitón.

Interpretación de Everett

Presentada por Hugh Everett en 1957 en su tesis doctoral.

Propone una “formulación del estado relativo de la mecánica cuántica”, basada en la mecánica ondulatoria y cuyas predicciones concuerdan con los resultados empíricos.

En su formulación, la entidad física más fundamental es la función de onda universal, compuesta con los estados relativos de los subsistemas que constituyen el sistema universal, y que no son independientes entre sí. Como la ecuación de Schrödinger, la función de onda universal evoluciona de modo determinista y reversible.

Everett propone deducir las predicciones estándar de la MQ a partir de las experiencias subjetivas de un grupo de observadores (en su opinión, sistemas físicos ordinarios). Afirma que en cada observación (o interacción) sucesiva, el estado del observador se ramifica en una serie de estados diferentes, donde cada rama corresponde a un resultado distinto de la medición (un auto-estado del sistema físico). Las diversas ramificaciones existen simultáneamente, y continúan superpuestas después de la secuencia de observaciones. El estado de superposición global incluye las observaciones del conjunto de observadores.

Las ramificaciones de estados condujeron, posteriormente, (en otros autores) a la emisión de las hipótesis de múltiples mundos, historias o mentes.

En todas estas interpretaciones basadas en las ideas de Everett, se sustituye el colapso de la función de onda por un proceso de decoherencia cuántica, es decir, una consecuencia de las interacciones espontáneas entre el sistema y su entorno, “capaces de seleccionar los estados privilegiados y de eliminar los fenómenos de interferencia entre los estados superpuestos, recuperando así un patrón casi clásico de probabilidades”.

La interpretación existencial de Zurek complementa la formulación del estado relativo con un proceso de decoherencia. “La decoherencia emerge cuando se reconoce la división del universo en entidades separadas, y surge la necesidad de elegir una rama individual estableciendo el borde entre lo cuántico y lo clasico”. Los estados privilegiados serían seleccionados -elegidos- mediante un proceso de super-selección inducido por el entorno (Darwinismo cuántico).

Interpretación de los múltiples mundos

Es la más conocida de la familia de interpretaciones everettianas. Debida a Bryce DeWitt y Neil Graham.

Según ellos, la realidad no es lo que habitualmente pensamos, sino una realidad compuesta por múltiples mundos. Por la evolución temporal de las variables dinámicas, el vector de estado se descompone en vectores ortogonales, “evidenciando una división continua del universo en una multitud de mundos mutuamente inobservables pero igualmente reales”. Infinitos mundos, es decir, un multiverso “compuesto por la superposición cuántica de una infinitud de universos o mundos, incomunicados entre sí y cada vez más divergentes”.

Interpretación de las muchas mentes

Fue formulada por H. Dieter Zeh en 1970.

En esta interpretación las ramificaciones no representan mediciones objetivas, es decir, “no se ramifica el mundo real sino la percepción del observador en diversos niveles de conocimiento aparente del mundo”. Los sistemas observados se acoplan al soporte físico-químico del conocimiento del observador.

Solo añadir en esta primera descripción de las interpretaciones de la MQ, de acuerdo con los propósitos explicitados en las primeras partes del artículo que “desecho” la interpretación de las historias consistentes por no explicitar claramente en la misma la función del observador (la mente). También se desechan las del colapso objetivo por añadir modificaciones a la ecuación de Schrödinger, y no asignar papel alguno al observador.

Por su parte, la interpretación de los múltiples mundos, como extensión de la de Everett, añade una innecesaria proliferación de mundos, rechazable por la aplicación de la hipótesis de la navaja de Occam, además, igualmente, de no asignar ningún papel al observador.

Continuaré con la descripción de nuevas “interpretaciones” en las próximas parte del artículo.

(Texto basado en la obra del autor “Multiverso y realidad”, Wikipedia y “Las interpretaciones de la mecánica cuántica” de DIA)

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