¿La interpretación de muchos mundos es sólo una cuestión filosófica?

Question

Es interpretación de muchos mundos ¿sólo una cuestión filosófica? Me parece que no podemos excluir una posible prueba de esta hipótesis. Me explico.

Por principio de superposición cada mundo seguiría la ecuación de Schrodinger y entonces parece imposible distinguir si colapsamos en $\psi_i$ una función de onda $\psi=\sum_i\psi_i$ o terminamos en un mundo donde el estado del sistema es $\Psi_i=\psi_{me}(i)\otimes\psi_i$ . Esto sería, a nivel del multiverso, sólo un estado de la superposición $\Psi=\sum_i\Psi_i$ con todos los demás resultados posibles y sus mundos. Además, si hay interferencias que potencian algunos mundos y suprimen otros, esto sólo podría ser comprobado por alguien que experimentara con $\Psi$ En el nivel del multiverso, entonces de nuevo invisible dentro de cualquier mundo.

Pero si la interferencia anula completamente algún mundo posible, entonces podríamos ser capaces de reconocerlo por medios estadísticos. Supongamos que estoy haciendo una medida que puede colapsar $\psi$ en un estado propio $\psi_i$ de tal manera que el mundo $\psi_{me}(i)\otimes\psi_i$ se anularía por la interferencia con otros mundos. Entonces, obteniendo el valor propio de $\psi_i$ en la medida no sería una evidencia contraria a la hipótesis de los muchos mundos?

Answer 1

Esta pregunta da por sentada una idea que es común entre los físicos, pero que también es falsa. La idea es que hay múltiples interpretaciones de la mecánica cuántica que hacen todas las mismas predicciones. En realidad, las llamadas interpretaciones se dividen en tres categorías.

1. Alternativas a la mecánica cuántica que hacen predicciones diferentes, como la teoría de la onda piloto y las teorías del colapso espontáneo como la GRW:

   • Bassi et al. (2012)

   • Colin y Valentini (2015)

2. La mecánica cuántica sin modificaciones, que implica la existencia de una estructura que a veces puede aproximarse como una colección de universos paralelos (la interpretación de Everett). Las pruebas experimentales pueden distinguir entre la interpretación de Everett y alternativas como la onda piloto y la GRW:

   • Deutsch (2015)

3. Las teorías que son demasiado imprecisas para poder elaborar sus implicaciones, con el resultado de que no son comprobables, como las interpretaciones de Copenhague y estadística de la mecánica cuántica. Estas teorías eluden la cuestión de lo que existe en la realidad y, por tanto, no pueden utilizarse para hacer predicciones comprobables, ya que básicamente equivalen a decir "la mecánica cuántica se aplica, excepto cuando no se aplica".

Las interpretaciones que son filosóficas en el mal sentido, es decir, en el sentido de ser palabrería inútil que ofusca los problemas reales, están en la categoría (3) no en la categoría (2).

Answer 2

Mi comprensión de este tipo de cosas ha evolucionado con el tiempo. Antes estaba convencido de que las interpretaciones eran intrínsecamente incomprobables, pero ahora creo que era una simplificación excesiva.

Para concretar la discusión, consideremos un conjunto de axiomas para la mecánica cuántica:

• (1) Los estados son rayos en un espacio vectorial sobre los números complejos.

• (2) evolución unitaria

Se podrían añadir más cosas a esta lista (los observables son operadores autoadjuntos, la completitud), pero estas son las principales cosas que son importantes, y también son cosas en las que todo el mundo está de acuerdo. Esto es todo lo que necesitas para las versiones más austeras de MWI, que llamaré MWI-básico.

Si quieres la interpretación de Copenhague, necesitas más axiomas:

• (3) Regla de nacimiento

• (4) La medición colapsa la función de onda.

Así que desde el punto de vista de este tipo de desarrollo axiomático, CI es lo mismo que MWI-básico más axiomas adicionales. Una cosa que esto nos dice es que cualquier experimento que refute el MWI-básico debe también refutar la IC.

Es cierto que el MWI-básico y el CI son falsificables. Cualquier observación que falsee 1 o 2 falsea toda la QM, y por tanto falsea tanto la MWI-básica como la IC.

Creo que la forma correcta de ver este tipo de cosas es que la IC es una aproximación, y la aproximación es buena cuando el instrumento de medición es macroscópico. Cuando el instrumento de medición es mesoscópico, la aproximación no es perfecta, y esto es algo que podemos ver. Un buen ejemplo es Allahverdyan 2017. Simulan una medición mediante un sistema mesoscópico, y dan con todo tipo de fenómenos que realmente suceden según la mecánica cuántica, pero que no son descritos correctamente por la IC. Por ejemplo, hay escalas de tiempo que surgen de la simulación, mientras que (4) dice que el colapso es instantáneo.

También hay versiones más barrocas de MWI, que podemos denominar colectivamente MWI-barroco. DeWitt ofrece una descripción de lo que yo llamaría una versión barroca de MWI:

Este universo se divide constantemente en un número estupendo de ramificaciones, todas ellas resultantes de las interacciones de medida entre sus miríadas de componentes. Además, cada transición cuántica que tiene lugar en cada estrella, en cada galaxia, en cada rincón remoto del universo, está dividiendo nuestro mundo local en la Tierra en miríadas de copias de sí mismo.

Esto también es una aproximación, y la aproximación no es perfecta. La aproximación es válida si la decoherencia conduce a un conjunto de estados preferidos que no son "estados gato", es decir, no son superposiciones coherentes de diferentes estados punteros (como el gato de Schrodinger). Esta aproximación es buena en el límite de los sistemas grandes, para los que la escala de tiempo de la decoherencia es muy corta. Así que la MWI-barroca, como la IC, es falsable, y de hecho es falsa. Al igual que la IC, es falsa para un dispositivo de medición mesoscópico.

Así que mi opinión actual sobre esto es que deberíamos dejar de hablar de las "interpretaciones" de Copenhague y de muchos mundos y empezar a hablar de la "aproximación de Copenhague" y de la "aproximación de desdoblamiento" (esta última significa aproximación MWI-barroca).

Allahverdyan, Balian y Nieuwenhuizen, "A sub-ensemble theory of ideal quantum measurement processes", 2017, https://arxiv.org/abs/1303.7257

Answer 3

La propia palabra interpretación significa que utiliza la misma matemática y la interpreta en palabras de manera diferente. Esto significa que no puede haber una diferencia en los valores calculados en cualquier experimento realizado en nuestros laboratorios, u observaciones ajustadas con las mismas matemáticas.

Es inútil tratar de encontrar una validación o una falsificación, ya que la estructura matemática es la misma .

Answer 4

Me parece que una pregunta es "sólo" filosófica si su respuesta está esencialmente más allá de la prueba física.

Los debates sobre el significado de la teoría cuántica no son intrínsecamente "sólo" filosóficos, ya que incluyen la búsqueda de implicaciones comprobables. El hecho de que aún no hayamos encontrado ninguna base científica para demostrar que la MWI es correcta o incorrecta no significa que nunca lo hagamos.

Dicho esto, hay aspectos del debate que tienen un carácter filosófico. Por ejemplo, se discutirá mucho sobre los méritos filosóficos relativos de varias interpretaciones de la MQ, que ponen en juego principios como la navaja de Occam. La opinión tiende a dominar en esos aspectos del debate, y uno puede opinar (como yo) que son inútiles e irrelevantes desde la perspectiva de la física.

Answer 5

Se trata de una pregunta filosófica en lugar de una pregunta de física, a menos que alguien descubra, y luego ejecute, una forma de responder a la pregunta mediante un experimento. Hasta ahora, parece que nadie ha descubierto el experimento adecuado todavía.

En mi opinión, la esencia del MWI es que realmente los objetos macroscópicos pueden ponerse en una superposición de estados. Una prueba convincente de la MWH consistiría en montar un interferómetro que incluyera un aparato verdaderamente macroscópico en una trayectoria que sólo puede haber estado en superposición de estados para que el interferómetro produjera un patrón de interferencia. Ciertamente no sería fácil, pero podría ser posible.

Por ejemplo, 1. Configurar un El gato de Schroedinger experimento en el que el destino del gato está determinado por el estado del fotón A que entra en la caja desde una fuente exterior a través de una ventana unidireccional. El gato y el aparato dentro de la caja equivalen a un detector de estado de fotones. 2. Sea el fotón A uno de un par enredado; el fotón B es otro del mismo par. Midiendo el estado de B, podemos predecir el destino del gato sin abrir la caja y sin medir directamente el estado de A. 3. Configure la fuente de A y B de manera que emita un par enredado cada nanosegundo. Poner un etalón grueso (~ 15 cm) en el camino de B, de modo que cuando B lo atraviese, la función de onda de B se divida en una cadena de pulsos separados por un nanosegundo entre pulsos.
4. Aguas abajo del etalón, colocar un interferómetro Mach-Zehnder con un divisor de rayos polarizante, un rotador de polarización de 90 grados en un brazo y un divisor de rayos no polarizante; luego, aguas abajo del interferómetro Mach-Zehnder, colocar dos fotodetectores rápidos: uno para cada salida del interferómetro.
5. Ahora necesitamos un poco de magia: tenemos que asegurarnos de que es imposible mirar dentro de la caja y determinar si el gato está vivo o muerto. Hasta que se disponga de un método más práctico, digamos que la caja, junto con el gato, se pone en estasis y luego se deja caer en un agujero negro. De esta manera, no podemos saber el estado de ningún fotón B mirando dentro de la caja. 6. Ahora un poco de ingeniería difícil: necesitamos una manera de cargar y quitar cajas, completas con gatos, una vez cada nanosegundo. Supongamos que eso se puede hacer. 7. Así que ahora podemos hacer un experimento en el que los destinos de los gatos están enredados, uno a la vez, con los fotones B. Todo directo información sobre el destino de los gatos no está disponible para siempre.(Ver La paradoja de la información de los agujeros negros para un posible contra-argumento) En el extremo "B" del experimento, podemos reunir información, pero es desordenada. Los fotones llegan en momentos predecibles y podemos medir sus estados. Cada vez que medimos un fotón, corresponde a un gato, pero no sabemos si el gato está vivo o muerto. Podemos recibir varios fotones al mismo tiempo, porque las funciones de onda de los fotones han sido "repetidas" varias veces por el etalón. Es imposible saber qué fotón corresponde a cada gato. 8. Aquí está el truco: SI cada gato está realmente en un estado mixto, entonces cada fotón B también estará en un estado mixto. Los fotones que llegan a los fotodetectores interferirán de forma diferente si cada fotón está en un estado definido, que si cada fotón está en un estado mixto. Así que el análisis de los recuentos de fotones en los dos detectores debería decirnos si los gatos están en estados mixtos.

Lo que no me gusta de este experimento es que perdemos miles de millones de gatos y cajas. Tal vez una persona inteligente piense en una forma de hacer un sustituto electrónico del gato que pueda reiniciarse a ciegas mil millones de veces por segundo, de modo que no necesitemos lanzar nada a un agujero negro. Por ejemplo, tal vez se pueda hacer un aparato que detecte el estado de A (destruyendo A en el proceso) y luego emita un fotón C del mismo estado; y el aparato vuelva a su estado original. (Esto es necesario debido a la teorema de no ocultación .) Podemos dejar caer los fotones C en un agujero negro, o revolver los estados y las identidades de C utilizando el mismo etalón e interferómetro que se utilizó para los fotones B. Pero si se observa el tipo correcto de interferencia en los fotodetectores que observan los fotones B, podemos estar seguros de que el aparato que sustituye a los gatos está efectivamente en un estado mixto - y bastante seguros de que el MWI es correcto.