El amigo de Wigner y la intersubjetividad en mecánica cuántica

Question

Supongamos que hay un material radiactivo y una probabilidad cuántica de 1/2 de detectarlo mediante un contador Geiger. Esto pone al sistema en una superposición. Supongamos también que estás en la misma habitación, y que las paredes de la habitación son perfectamente a prueba de decoherencia. Observas el contador Geiger y obtienes un resultado definitivo. O se había apagado, o no. La interpretación de Copenhague te dice que la desintegración o la no desintegración sólo se hizo real cuando se midió, y el resultado te llegó. Tu amigo te espera fuera de la habitación. Tras un largo retraso, usted abre la puerta y él observa si ha visto o no que el contador Geiger se ha disparado.

Luego tiene el descaro de decirte

Sólo hay un observador, y ése soy yo, no tú. No eres más que un aburrido estado ligado de electrones y protones. Antes de que se abriera la puerta, nunca tuviste la propiedad de saber si el contador Geiger se disparó. Sólo cuando se abrió la puerta adquiriste esa propiedad.

Desconcertante, pero razonas, tu amigo es igual que tú. Ambos sois humanos y estáis hechos de un estado ligado de electrones y protones. Lo que se aplica a ti debería aplicarse a él y viceversa. ¿O es que tú eres especial e intrínsecamente diferente a él?

Usted objeta que recuerda muy bien si oyó o no sonar el contador Geiger. Él responde

Tu recuerdo de haber sabido si el contador Geiger se disparó o no sólo surgió cuando se abrió la puerta. Que tengas ese recuerdo ahora no significa que fuera real antes de que se abriera la puerta.

Usted objeta que aplicarse a sí mismo la interpretación de Copenhague le dice que sí tenía un conocimiento definitivo antes de que se abriera la puerta. Él responde

Es una pregunta sin sentido si sabías o no el estado del contador Geiger antes de que se abriera la puerta y te midiera porque, en principio, no hay forma de que lo averigüe. Aquí no hay ninguna incoherencia.

¿No tienen que estar de acuerdo todos los observadores? Ambos están de acuerdo en su recuerdo actual de haber tenido un estado definido y eso es observable.

¿Sabía con certeza el estado del contador Geiger antes de que se abriera la puerta? Cambia un poco la historia. Aún no has abierto la puerta, pero sabes que tu amigo te espera fuera. ¿Tienes un conocimiento definitivo ahora? Crees que sí, pero ¿es eso cierto?

Tras reflexionar un poco más, te das cuenta de que tu yo actual es un observador diferente de tus yos pasados. ¿Cómo de definido era el pasado?

Answer 1

El observador "interno" ha observado el resultado del experimento mucho antes que el observador "externo", pero no existe contradicción alguna.

En particular, si el observador "externo" define correctamente el operador de proyección que determina si el observador "interno" tenía una sensación o percepción de conocimiento bien definida (con cierto margen de error permitido por confusión) después de haber hecho su medición, el observador "externo" descubrirá que, efectivamente, el observador "interno" tenía una sensación bien definida. Así que seguramente estarán de acuerdo. Sin embargo, el observador "externo" no podría haber predicho cuál de los resultados fue realmente medido por el "observador interno": sólo puede demostrar que el observador "interno" tenía una percepción bien definida.

Sin embargo, al observador externo se le permite -y se le anima- a utilizar la mecánica cuántica de manera uniforme para todos los objetos, incluidos los estados ligados de protones y electrones que a veces se denominan "otras personas". Si lo hace, la función de onda -que codifica las amplitudes de probabilidad suficientes para realizar cualquier medición futura- se extiende uniformemente y las superposiciones lineales de estados macroscópicamente distintos son omnipresentes como estados intermedios.

Esto se discutió muy bien, por ejemplo, en "Quantum Mechanics In Your Face" de Sidney Coleman

http://motls.blogspot.com/2010/11/sidney-coleman-quantum-mechanics-in.html

Permítanme mencionar que, por lo general, el observador "interno" podría ser "menos fiable" y "menos decoherente" que el externo. Así que podría "percibir" que algunas otras historias decoherentes ya han desaparecido como posibilidades, pero la interferencia podría restablecerse más tarde, etc., lo que en última instancia podría refutar la memoria clásica del observador "interno". Por eso, un observador "externo" más fiable y más decoherente no debería imaginar que la función de onda del sistema del observador se colapsó antes de que las mediciones fueran realmente realizadas -y/o percibidas- por el observador "externo".

Este comentario resulta completamente obvio si se imagina que el observador interno no es más que una colección de un pequeño número de átomos que se descohesiona con bastante lentitud. Aún así, puede empezar a surgir cierta percepción de los resultados clásicos y la decoherencia. Pero sigue siendo lo suficientemente borrosa como para que la aproximación clásica sea inexacta. Está claro que, en una situación así, el observador externo -que es mucho más fiablemente "clásico"- no puede creer los supuestos conceptos clásicos utilizados por el observador "interno", porque el observador "externo" sabe muy bien que el observador "interno" no es más que un sistema mecánico cuántico para el que la aproximación clásica es muy imperfecta.

Creo que la razón por la que usted y otros tienen problemas con estas cosas tan sencillas es que aún se niegan fundamentalmente a aceptar que, a nivel fundamental, el mundo es mecánico cuántico, y que todos los conceptos clásicos -como posiciones bien definidas o resultados de experimentos completamente bien definidos que se convierten en "hechos absolutos"- son sólo aproximaciones. Son aproximados porque la física clásica no es la forma en que funciona el mundo en el nivel más profundo. Si uno quiere describir cualquier sistema con total precisión, tiene que utilizar la teoría mecánica cuántica completa, en la que se permite que todo tenga una posibilidad distinta de cero de interferir y "recoherirse", tanto si otros "seres conscientes" forman parte de este mundo como si no.

Al mismo tiempo, todo observador que utilice una descripción mecánica cuántica y que quiera convertir algunas observaciones en "hechos" debe asegurarse de que los "hechos" son historias mutuamente decoherentes o "consistentes". Aún así, todo el mundo debería reconocer que todos esos hechos son siempre una aproximación, suponiendo que la decoherencia sea lo suficientemente fuerte como para hacer imposible de facto que los hechos históricos sean "revertidos" o "modificados retroactivamente" por la evolución futura. Las partículas cuánticas suficientemente pequeñas hacen muchas cosas no clásicas. El efecto túnel cuántico es un ejemplo. La percepción de un pequeño observador de que una medición se ha convertido en un "hecho", pero este hecho es posteriormente "deshecho" por la posterior recoherencia, es otro ejemplo. Por eso nunca hay que suponer "demasiado pronto" que algunos componentes de las funciones de onda han desaparecido.

Por cierto, también sugieres incorrectamente que el laboratorio con el observador interno puede estar "blindado contra la decoherencia". Esto no es más que un malentendido de lo que significa la decoherencia. La decoherencia depende de la separación de los grados de libertad del sistema estudiado y los grados de libertad del entorno. Pero eso no significa que el "entorno" tenga que estar físicamente separado del "sistema interesante". Por lo general, muchos de los grados de libertad del entorno se encuentran geométricamente "dentro" de los objetos que nos interesan. El entorno se compone de toda la información inútil y de "alta entropía" que no nos interesa, seguramente cosas como montones de fotones infrarrojos que viajan a través de nuestros cuerpos, que se reflejan en las paredes del laboratorio, etcétera. Puedes aislar el laboratorio del mundo exterior, pero no impedirás que siga siendo válido describir los fenómenos del interior del laboratorio por decoherencia.

Si el observador "externo" sabe definir los grados de libertad en el laboratorio a los interesantes y ambientales, descubrirá también que los diferentes estados del cerebro del observador "interno" se han descoherenciado rápidamente entre sí. Esto significa que, sólo a efectos de todas las predicciones sobre el observador "interno", las ondas de probabilidad cuánticas pueden sustituirse -con una precisión suficientemente buena- por una matriz de densidad casi diagonal. Las entradas diagonales son las probabilidades pero, de nuevo, el observador "externo" no se ve obligado a imaginar que los posibles resultados a priori (no observados posteriormente) han visto cómo los elementos de su matriz de densidad se colapsaban hasta cero. Naturalmente, sólo lo hace cuando realiza la medición al final. Cuando la decoherencia ocurre en el medio, y es lo suficientemente fiable, es coherente que el observador externo asuma que uno de los resultados "ya era real" después de que el observador "interno" hiciera su medición. Pero el observador "externo" seguramente no tiene por qué suponer que se ha producido ese colapso prematuro. ¿Por qué tendría que hacerlo? ¿Por respeto al observador "interno" como semejante con conciencia? En la ciencia no existe tal "respeto". A la ciencia no le importa que alguien afirme ser un observador: sigue permitiendo predicciones exactas para cualquier conglomerado de partículas.

Answer 2

Este hilo se basa en la idea errónea generalizada de que todos los observadores son iguales. Esta suposición igualitaria no es cierta. Hay observadores designados y observadores z*mbies. Los z*mbies no cuentan para nada, y los z*mbies no tienen el poder de colapsar la función de onda. Puede que tanto tú como tus amigos seáis z*mbies. Puede que tú seas un z*mbie y tu amigo no. O tal vez sea al revés. Los observadores designados colapsan la función de onda por el mero hecho de percibir. Puede haber Uno y Sólo Un observador designado en aras de la coherencia. El observador designado puede jugar al juego de la mancha, ¡eres tú! Si el observador designado observa a otro observador y ve el mundo a través de sus ojos y se hace uno con él, acaba de etiquetar a este último observador, convirtiéndolo temporalmente en TI.

¿Quién es el observador designado? Es el afortunado observador elegido por el principio antrópico. El principio antrópico sólo puede seleccionar una conciencia.

Answer 3

Desconcertante, pero razonas, tu amigo es igual que tú.

Esta suposición es errónea. No tienes motivos para suponerlo, salvo que es una suposición más cómoda para la ciencia porque la ciencia siempre es colectivista debido al método científico. Si los observadores son intrínsecamente diferentes, el método científico pisa un terreno inestable.

Ambos sois humanos y estáis formados por un estado ligado de electrones y protones. Lo que se aplica a ti debería aplicarse a él y viceversa. ¿O es que tú eres especial e intrínsecamente diferente a él?

No es necesario. Hay leyes de la naturaleza que se aplican de forma diferente al sistema que contiene al observador y a otros sistemas, aunque contengan personas. Una de esas diferencias es la decoherencia subjetiva: https://homepages.fhv.at/tb/cms/?download=tbPHILSC.pdf

La única forma de salvar la igualdad de todas las personas es inventar los universos paralelos.