La física cuántica no es más misteriosa que cruzar la calle: una conversación con Chris Fuchs

Medida cuántica

Una "acción" es cualquier cosa, desde cruzar la calle hasta hacer un experimento cuántico sofisticado. No hay una razón obvia por la cual un tipo de acción debería ser diferente al otro. (Crédito: Mark Staff Brandl)

Recientemente, el físico Sean Carroll hizo girar mi cabeza con su explicación de la Interpretación de la mecánica cuántica de muchos mundos . Desde este punto de vista, el mundo que nos rodea es solo una versión de muchas, muchas realidades posibles. Cada vez que ocurre un evento con más de un resultado posible, la realidad se divide en diferentes versiones. El resultado es que hay infinitas realidades que contienen infinitas otras versiones de ti.

La idea detrás de la Interpretación de Muchos Mundos se originó con el físico Hugh Everett III en la década de 1950. Aunque atrajo poco interés serio en ese momento, Many Worlds recientemente ha atraído un creciente apoyo entre los físicos teóricos como una forma de dar sentido a lo que sucede durante las mediciones de los sistemas cuánticos. De muchos resultados posibles, podemos observar que solo uno realmente sucede. Desde el punto de vista everettiano, todos los demás resultados posibles también ocurren: simplemente se ramifican en otras realidades.

Sin embargo, no todos encuentran la Interpretación de Muchos Mundos útil o convincente. Mientras investigaba este tema, me puse en contacto con el físico Chris Fuchs de la Universidad de Massachusetts en Amherst. Tenía tantas cosas abiertas que decir sobre la mecánica cuántica que decidí compartir sus comentarios en su totalidad. En particular, ofrece una forma muy diferente de ver la mecánica cuántica, llamada bayesianismo cuántico o QBism.

Fuchs armó un " libro ilustrado " explicando sus ideas (es la fuente de las imágenes en este artículo). Puedes leer sobre ellos en detalle aquí y aquí . O simplemente puede seguir leyendo, ya que Fuchs es un guía turístico capaz de sus ideas sobre una visión del mundo en la que todos, no solo los físicos, participan continuamente en la creación de una realidad única.

Has escrito críticamente sobre la interpretación de la mecánica cuántica de muchos mundos (o everettianos). ¿Cuáles son sus principales deficiencias?

Su principal defecto es simplemente esto: la interpretación no tiene ningún contenido . No estoy exagerando o tratando de ser retórico. No es que la interpretación sea demasiado difícil de creer o demasiado poco intuitiva o demasiado extravagante para que los físicos manejen la verdad (¿recuerdan la película A Few Good Men ?). Es solo que la interpretación en realidad no dice nada sobre la realidad. Digo esto a pesar de toda la pelusa de la prensa científica y algunos físicos de buena reputación, como Sean Carroll, que parecen creer religiosamente esta visión del mundo.

Para mí, el punto más importante es que la interpretación no depende de ningún detalle particular o real de las matemáticas de la teoría cuántica. Ningún detalle es, excepto posiblemente en un análisis erróneo del significado de "medición cuántica" introducido por John von Neumann en la década de 1930, que se basa en una lectura de estados cuánticos como si fueran estados de realidad. Algunas interpretaciones de la teoría cuántica, como la conocida como QBism, rechazan ese análisis.

¿Entonces su posición es que la interpretación de muchos mundos no es útil porque no limita nuestras teorías de la física?

Permítanme obtener un poco técnico para tratar de transmitir el punto: ¿Funcionarían muchos mundos si la mecánica cuántica se basara en espacios vectoriales reales en lugar de complejos? Yo diría que sí. ¿Funcionaría también si la mecánica cuántica usara una estructura de producto diferente al producto tensorial? Sí. ¿Funcionaría si la mecánica cuántica fuera no unitaria, es decir, no obedeciera la ecuación de Schroedinger? Sí. Y así continúa. Incluso se podría tener una Interpretación de la física clásica en Muchos Mundos, como David Wallace , uno de los filósofos más cuidadosos de la interpretación de Muchos Mundos, admitió a regañadientes en una conferencia a la que asistí.

La interpretación de muchos mundos se reduce a esto: cada vez que se lanza una moneda (o se produce cualquier proceso) el mundo se divide. Pero, ¿quién sabría la diferencia si eso no fuera cierto? ¿Qué tiene que ver esta visión con alguno de los detalles de la física?

Entonces, ¿cómo llamarías la interpretación de muchos mundos? ¿Lo considera más como una narrativa sobre la vida que como una interpretación útil de cómo funciona la física?

Sí, más o menos. Heck, el cuento corto de Jorge Louis Borges " Garden of Forking Paths ", ya se escribió en 1941, mientras que Hugh Everett, inventor de la Interpretación de Muchos Mundos, no apareció en escena hasta 1957. Eche un vistazo a la historia. O considere este pasaje de la novela Star Maker de Olaf Stapledon de 1937:

“Cada vez que una criatura se enfrentaba a varios cursos de acción posibles, los tomaba a todos, creando así muchas dimensiones temporales distintas e historias distintas del cosmos. Como en cada secuencia evolutiva del cosmos había muchas criaturas y cada una se enfrentaba constantemente a muchos cursos posibles, y todos los cursos posibles eran innumerables, una infinidad de universos distintos exfoliados de cada momento de cada secuencia temporal en este cosmos ".

¿Suena familiar? Estas fantasías de ciencia ficción no tienen nada que ver con la física, y eso debería ser una lección para aquellos que piensan que Many Worlds es una interpretación necesaria o incluso útil de la teoría cuántica.

Lanzamiento de la moneda

¿Un lanzamiento de moneda crea un universo completamente nuevo? El físico Chris Fuchs encuentra esa idea tan absurda como preguntarle un centavo qué espera de su acción. (Crédito: Chris Fuchs)

También objetas la idea de mundos alternativos múltiples en un nivel filosófico, ¿correcto?

Dependiendo de ninguna manera de los detalles de la teoría cuántica, la Interpretación de Muchos Mundos siempre me ha parecido una religión más reconfortante que cualquier otra cosa. Le quita la responsabilidad humana a todo lo que sucede en el mundo de la misma manera que lo hace un universo determinista completamente fatalista, aunque supuestamente salva la apariencia de la física cuántica al tener una oportunidad indeterminada en las ramas.

Esta es la forma en que expresé lo que considero la consideración más importante en uno de mis documentos, " Entrevista con un bayesiano cuántico ". Me gustaría citarlo extensamente, si puedo:

¿Cuál es el mejor programa interpretativo para dar sentido a la mecánica cuántica? … [Esta] pregunta [la tiene] completamente al revés. Actúa como si hubiera una cosa llamada mecánica cuántica, exhibida y disponible para que todos la vean mientras caminan por ella, algo así como un bulto de algo en una acera. El trabajo de interpretación es encontrar el aerosol adecuado para cubrir cualquier olor desagradable. El juego habitual de interpretación es que una interpretación es siempre algo que se agrega a la teoría cuántica preexistente y universalmente reconocida.

Lo que se ha perdido de vista es que la física como tema de pensamiento es una interacción dinámica entre la narración y la escritura de ecuaciones. Ninguno de los dos está solo, ni siquiera al final del día. Pero, ¿cuál tiene el papel más paternal? Si me preguntas, es la narración de historias … Una interpretación es poderosa si da orientación, y diría que la mejor interpretación es aquella cuya historia es tan poderosa que da lugar al formalismo matemático en sí (la parte donde el no pensamiento puede tomar el control). La "interpretación" debe venir primero; las matemáticas (es decir, la cosa preexistente y universalmente reconocida de la que todos pensaban que estaban hablando antes de una interpretación) debería ser secundaria

Tome las imágenes casi vacías de la interpretación de muchos mundos. ¿Quién podría obtener la estructura específica del complejo espacio de Hilbert si no se conociera el formalismo? La mayoría de los filósofos de la ciencia actuales simplemente no parecen entender esto: si una interpretación va a ser parte de la física, en lugar de un ritual autocomplaciente …, es mejor que tenga algún valor en efectivo para la práctica física.

¡Eso es mucho para asimilar!

Esta es la forma en que lo puse un poco más colorido en otro artículo, " QBism, el perímetro del bayesianismo cuántico ": "¿Quién podría extraer la idea de muchos mundos y derivar cualquiera de la estructura de la teoría cuántica? Esto sería un poco como tratar de volver a crecer un lagarto desde la punta de su cola cortada: la concepción Everettiana nunca pretendió ser más que una reacción al formalismo en primer lugar ".

Esos documentos se basan en su punto de vista alternativo: lo que usted llama bayesianismo cuántico o QBism. ¿Cómo interpreta lo que sucede en el mundo a nivel cuántico?

Una buena metáfora para la teoría cuántica desde el punto de vista de QBism es el Manual Boy Scout , en contraste con un Atlas Mundial Rand McNally . Los mapas en el atlas son un intento de representar todos los lugares y terrenos del mundo. Por supuesto, los atlas deben actualizarse de vez en cuando, pero la esencia de lo que están destinados a capturar en una edición dada es una especie de entidad estática e intemporal. (En efecto, eso es lo que dice la función de onda universal Everettiana: un catálogo de lo que hay en el mundo).

El Manual Boy Scout es bastante diferente. También refleja algunas características del mundo (o de lo contrario no tendría validez), sino solo algunas características. Principalmente pretende ser una guía flexible para una mejor vida y una mejor productividad para los que nadamos en el mundo, sin importar las corrientes particulares que encontremos. Del mismo modo, en QBism, los estados cuánticos son entidades matemáticas que los agentes que nadamos en el mundo podemos usar para una mejor navegación a través de sus corrientes y remolinos.

Desde este punto de vista, un estado cuántico no es más que un compendio de asignaciones de probabilidad: asignaciones de probabilidad sobre las consecuencias que un agente podría experimentar si tomara tal o cual acción en su mundo externo. O en un lenguaje menos preferido, las probabilidades de los "resultados de las mediciones". De hecho, para QBism, un estado cuántico no es algo en el mundo, como lo es en la Interpretación de Muchos Mundos. En cambio, es un pensamiento en la cabeza del agente que lo usa. Diferentes agentes pueden incluso tener diferentes estados cuánticos para el mismo sistema cuántico.

Uno de los misterios centrales de la mecánica cuántica se describe comúnmente de esta manera: los objetos existen como una "onda de Schrödinger" borrosa hasta que se observa, en cuyo punto colapsan a un estado específico. ¿Cómo explicas ese colapso?

Ese es un ejemplo de lenguaje que QBism nunca usaría. "¿Los objetos existen como una onda borrosa?" Y "¿Colapso a un estado específico?" En cambio, en QBism, un agente, un observador, tiene algunas creencias sobre las consecuencias de sus acciones en un sistema físico (o, nuevamente, en un lenguaje menos preferido, "Un resultado de medición"). Ella toma algunas medidas sobre el sistema y observa la consecuencia. Eso bien podría hacer que reevalúe sus creencias sobre las consecuencias de cualquier acción futura que pueda tomar. Esas creencias reevaluadas son simplemente la nueva asignación de estado cuántico. Eso es todo lo que "colapso" es: es un cambio de las expectativas de uno basado en la experiencia vivida. Y si eso es todo lo que hay que hacer; El colapso no es gran cosa.

Todavía parece extraño que el observador sea una parte integral de una medición.

Una de las innovaciones conceptuales de QBism fue el reconocimiento de que la palabra "medición" siempre era un nombre inapropiado para lo que se estaba discutiendo. Antes de la mecánica cuántica, la palabra "medición" se entendía subliminalmente como mirar y encontrar, ambos procesos pasivos. En la década de 1930, cuando surgieron los diversos teoremas de variables no ocultas en la mecánica cuántica [sosteniendo que no existe un proceso oculto y determinista en el trabajo en las mediciones cuánticas], varias personas comenzaron a pensar que "mirar y encontrar" no podía trabajo.

Tal pensamiento los llevó a la idea de que la medición se trata de "mirar y crear". La medición es tanto pasiva como activa. Las cosas no están ahí antes de mirar, pero mirar de alguna manera hace que las cosas existan. ¡Tan raro! De hecho, mística. En contraste, QBism entiende la "medición" como una acción que un agente toma en su mundo externo con la preocupación de cuáles son las consecuencias de la acción. para el agente

¿Qué significa esa distinción, en términos prácticos, para comprender la forma en que interactuamos con el mundo que nos rodea?

Visto de esta manera, por supuesto, las mediciones tienen un componente creativo en un universo indeterminista. Por lo tanto, la medición pasa de ser algo místico a ser algo tan mundano como cruzar una calle concurrida: es una acción que puedo tomar y que tiene consecuencias para mí. La única diferencia entre tales eventos cotidianos y los acontecimientos en un laboratorio de óptica cuántica es si es fructífero aplicar el cálculo de la teoría cuántica para tomar mejores decisiones.

Mecánica cuántica

Acción y experiencia van de la mano. Para Fuchs, esa conexión es esencial para comprender nuestra relación con la realidad cuántica. (Crédito: Mark Staff Brandl)

Esa es la descripción menos espeluznante de la realidad cuántica que he visto. Pero, ¿cómo te imaginas aplicando la mecánica cuántica al universo como un todo, como intentan hacer los cosmólogos cuánticos?

Estás preguntando, ¿puede un QBist hacer cosmología cuántica? Usted pregunta, supongo, porque afirmo que QBism dice que la mecánica cuántica es como el Manual Boy Scout : se trata de hacer mejores predicciones de las experiencias importantes para (cualquiera que lo use) que, por definición, me involucran (la misma persona quien lo usa). Por lo tanto, para que exista la cosmología cuántica, debe ser que soy como un Dios que puede actuar sobre el universo desde afuera. ¿Correcto?

No, por supuesto que no, así como un niño de 11 años que abre el Manual Boy Scout tampoco es un Dios. Es solo un niño haciendo lo mejor que puede a la luz del personaje de la realidad. Para QBism, la medición consiste simplemente en actuar desde el interior del mundo. La medición puede ser desde algo pequeño frente a mí hasta algo grande, como una computadora cuántica del tamaño de una habitación, hasta todo lo que me rodea por completo. El último de estos es la cosmología cuántica, pero no hay nada especial en ese caso.

Este tipo de discusiones siempre me dejan preguntándome, ¿ pero es cierto? ¿Qué tipo de pruebas podrían permitirle distinguir entre la Interpretación de Muchos Mundos y QBism, o falsificar una de ellas?

En la medida en que ambas interpretaciones son comprensiones consistentes de la teoría cuántica, no puede haber una prueba experimental para discriminar entre las dos. En retrospectiva, cualquier vista siempre puede explicar cualquier experimento que pueda plantearse en el lenguaje de la mecánica cuántica.

Pero eso es en retrospectiva. ¿Qué pasa con la previsión? Aquí es donde puede surgir una prueba entre interpretaciones, pero es puramente una prueba pragmática: ¿qué interpretación promueve o sugiere las preguntas más nuevas, conceptuales y matemáticas, en física? ¿Qué interpretación da más orientación para resolver varios problemas físicos existentes planteados independientemente de cualquier preocupación interpretativa?

Estas son las marcas distintivas que marcan la diferencia en el mundo real, no en los bancos de la iglesia. Me enorgullece decir que el camino hacia QBism ha llevado a una gran cantidad de resultados en la teoría de la información cuántica de esta manera, mientras que realmente no creo que esto sea cierto para la Interpretación de Muchos Mundos. Una vez le pregunté a Daniel Simon, uno de los fundadores de la computación cuántica, si la interpretación de Everett de la mecánica cuántica lo ayudó a encontrar su ahora famoso algoritmo cuántico. Su respuesta me hace reír hasta el día de hoy: “¿Everett? Quien es Everett? ¿Y cuál es su interpretación?

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