Física Smackdown, Parte III: Roger Penrose y Robert Crease pesan

En mis dos publicaciones anteriores, mostré formas muy diferentes de interpretar la mecánica cuántica y, por extensión, dos formas muy diferentes de entender la relación entre nosotros los humanos y el universo que nos rodea. Sean Carroll en Caltech argumenta del lado de la Interpretación de Muchos Mundos , que sostiene que la realidad se divide constantemente en diferentes versiones. Chris Fuichs, de la Universidad de Massachusetts en Boston, habla en nombre de QBism , una interpretación en la que los observadores participan en una única realidad a través de la interacción con su entorno.

Pero estas están lejos de ser las únicas formas posibles de dar sentido a la mecánica cuántica. Las ideas variadas son complicadas y sutiles, pero lo que encuentro fascinante son las preocupaciones concretas que las motivan. Los físicos teóricos quieren saber el mismo tipo de cosas que tú y yo queremos saber (bueno, al menos lo sé). ¿Puede haber otras realidades, o esta es la única? ¿Somos participantes pasivos en el universo, o estamos fundamentalmente conectados con el resto del universo?

Durante mis investigaciones, recibí una respuesta apasionada del reconocido físico Sir Roger Penrose , profesor emérito de la Universidad de Oxford, que ha estado persiguiendo una idea conocida como reducción objetiva. Él cree que hay un proceso real y observable que ocurre cuando un objeto cuántico interactúa con su entorno y "colapsa" en una ubicación específica y medible. También tuve un breve pero puntual intercambio con Robert P. Crease , historiador y filósofo de la ciencia en la Universidad Stony Brook en Nueva York. Se centra en el significado filosófico de la mecánica cuántica. (Para obtener más información sobre el significado de la ciencia, consulte su libro reciente, The Workshop and the World ).

Tanto Penrose como Crease rechazan la Interpretación de Muchos Mundos, aunque por razones muy diferentes. Ambos también están comprometidos a conectar la física con la experiencia humana. Sigue leyendo y no te preocupes si sus respuestas hacen que tu cabeza gire un poco.

En la actualidad, muchos físicos consideran que la interpretación de muchos mundos es la comprensión predeterminada de la mecánica cuántica. ¿Por qué no estás de acuerdo?

La Interpretación de Muchos Mundos es donde te conducen si crees que las leyes de la mecánica cuántica son sacrosantas. Para mí, esta es una reducción ad absurdum . Si aquí es donde nos conducen, entonces debemos cambiar las reglas establecidas por la mecánica cuántica.

Nunca podría entender por qué tantos teóricos son tan firmes que las leyes de la mecánica cuántica no deben cambiarse. Después de todo, al menos cuatro de los fundadores más destacados de la mecánica cuántica tenían una opinión diferente: Albert Einstein, Erwin Schrödinger, Louis de Broglie e incluso Paul Dirac. Discuto esto en la sección 4 de mi libro Moda, fe y fantasía en la nueva física del universo .

¿Es posible describir la "reducción objetiva", su forma alternativa de entender lo que sucede cuando medimos un objeto y observamos su colapso de muchos estados físicos posibles en una sola realidad?

Existen muchas teorías de reducción objetiva. Mi propia opinión es que las reglas deben cambiar cuando la gravedad está involucrada. Los húngaros Frigyes Károlyházy y Lajos Diósi han propuesto tales esquemas. Mis propias ideas están en esa línea, pero tiendo a enfatizar las incompatibilidades entre los principios fundamentales entre la relatividad general y la mecánica cuántica, más particularmente una incompatibilidad entre el principio de equivalencia de la relatividad Galileo-Einstein (es decir, entre la gravedad y la aceleración) y el principio de mecánica cuántica de superposición lineal.

Aquí hay una tensión fundamental, que se puede resolver mediante una teoría de reducción objetiva gravitacional adecuada. Los argumentos para tal tensión son convincentes, y nunca he visto un contraargumento a estas razones. Explicarlos en lenguaje laico no es fácil. Pero las implicaciones, en términos generales, serían que si intentamos poner un objeto considerable en una superposición cuántica de dos ubicaciones al mismo tiempo, entonces saltaría espontáneamente a una ubicación o a la otra en un tiempo promedio que puede ser calculado a partir de la teoría.

Sir Roger Penrose

Sir Roger Penrose nunca existe en dos lugares a la vez, y le gustaría saber por qué. Su teoría es que la gravedad rápidamente hace que los objetos a gran escala observen comportamientos clásicos en lugar de cuánticos. (Crédito: David Berry)

¿Hay alguna forma de poner a prueba la reducción objetiva: atrapar objetos en el acto de colapsar de un estado a otro?

Si la superposición se produjera entre el gato muerto y el gato vivo de Schrödinger, el salto a un estado o al otro ocurriría de manera prácticamente instantánea [porque un gato es tan grande desde una perspectiva cuántica]. Si fuera entre un grano de arena en dos lugares a la vez, el salto a uno u otro sería casi (pero un poco menos) instantáneo. Por otro lado, para un protón, podría tratarse de la edad del universo. Para un experimento factible, para ver el efecto, necesitaríamos algo de masa intermedia.

¿Has hecho algún progreso en hacer los experimentos que podrían distinguir entre la reducción objetiva y la Interpretación de Muchos Mundos?

Si, de hecho; Dirk Bouwmeester (conjuntamente con la Universidad de Leiden en los Países Bajos y la Universidad de California en Santa Bárbara) ha estado trabajando en un experimento de este tipo durante más de una década y espera tener una prueba definitiva de reducción objetiva gravitacional en los próximos dos años. años; Sus predicciones han sido bastante consistentes hasta ahora.

No estoy seguro del tamaño del objeto que está intentando colocar en una superposición de dos lugares al mismo tiempo, pero anteriormente había estado hablando de que se trata de un espejo pequeño, cuyas dimensiones serían alrededor de una décima parte del grosor de un cabello humano, y este pequeño espejo se colocaría en una superposición cuántica de dos ubicaciones ligeramente diferentes a la vez. La reducción a una ubicación del espejo u otra (según la teoría de la reducción del objetivo gravitacional) tiene lugar en una escala de tiempo de segundos o minutos.

Hay otras sugerencias para tales experimentos, incluida una sugerida por una colega mía, Ivette Fuentes, de la Universidad de Nottingham. Ella propone realizar una prueba con condensados ​​de Bose-Einstein. Pero el experimento de Bouwmeester es el que más se ha desarrollado hasta ahora.

Has hablado críticamente sobre la interpretación de muchos mundos como un concepto científico significativo. ¿Crees que pertenece más propiamente al ámbito de la filosofía?

La Interpretación de Muchos Mundos, al menos la forma en que se ha promovido, ni siquiera pertenece al ámbito de la filosofía, porque se basa en nociones incuestionables y tontas sobre cosas como "mundo" y "realidad".

¿Pueden muchos mundos o QBism ser interpretaciones cuánticas útiles si no explican la experiencia cotidiana, es decir, por qué siento que soy la única versión de mí mismo?

Interpretar algo como la ciencia filosóficamente significa conectar los términos de su lenguaje con la experiencia humana. No puedes hacer eso con muchos mundos. Puede hacerlo con una interpretación alternativa como QBism, aunque requiere algo de trabajo.

¿Es un problema que los físicos no hayan logrado establecer una única interpretación definitiva de la mecánica cuántica? ¿Qué ves como el camino a seguir?

Mire, no es un problema que los físicos no hayan podido resolver una interpretación. Ninguna cantidad de trabajo científico tendrá éxito en hacer eso. Es un trabajo para filósofos . La física es una actividad altamente compleja hecha posible por conceptos y convicciones que a veces chocan, lo que resulta en paradojas y problemas que no se pueden resolver arrojándoles más física.

Los físicos pueden cubrir estas paradojas y problemas de una manera aproximada y rápida con ideas improvisadas como la Interpretación de Copenhague, pero eso no las hace desaparecer. Necesitas una reflexión crítica sistemática, que es de lo que se trata la filosofía.

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