Vés al contingut

Interpretació dels múltiples mons

De la Viquipèdia, l'enciclopèdia lliure

La interpretació dels múltiples mons (IMM) és una interpretació de la mecànica quàntica que afirma que la funció d'ona universal és objectivament real i que no hi ha col·lapse de la funció d'ona.[1] Això implica que tots els resultats possibles de les mesures quàntiques es realitzen físicament en diferents "mons".[2] L'evolució de la realitat com un tot en l'IMM és rígidament determinista[1]:9 i local.[3] Els molts mons també s'anomenen formulació d'estat relatiu o interpretació d'Everett, en honor al físic Hugh Everett, que la va proposar per primera vegada el 1957.[4][5] Bryce DeWitt va popularitzar la formulació i la va anomenar molts mons a la dècada de 1970.[6][1][7][8]

La paradoxa del "gat de Schrödinger" de la mecànica quàntica segons la interpretació dels múltiples mons. En aquesta interpretació, cada esdeveniment quàntic és un punt de ramificació; el gat és viu i mort alhora, fins i tot després d'obrir la caixa, però els gats "vius" i "morts" es troben en branques diferents del multivers, ambdues igualment reals, però que no interactuen entre si.

En les versions modernes dels mons múltiples, l'aparició subjectiva del col·lapse de la funció d'ona s'explica pel mecanisme de la decoherència quàntica.[9] Els enfocaments de decoherència per interpretar la teoria quàntica s'han explorat i desenvolupat àmpliament des de la dècada de 1970.[10][11][12] La MWI es considera una interpretació dominant de la mecànica quàntica, juntament amb les altres interpretacions de la decoherència, la interpretació de Copenhaguen i les teories de variables ocultes com la mecànica de Bohm.[9]

La interpretació dels múltiples mons implica que hi ha molts mons paral·lels que no interactuen. És una de les diverses hipòtesis del multivers en física i filosofia. MWI veu el temps com un arbre multiramificat, on es realitza cada resultat quàntic possible. Això pretén resoldre el problema de la mesura i, per tant, algunes paradoxes de la teoria quàntica, com ara la de Wigner's Friend[13]:4–6 la paradoxa d'Einstein-Podolsky-Rosen (EPR)[14]:462[15]:118 i el gat de Schrödinger,[16] ja que cada resultat possible d'un esdeveniment quàntic existeix en el seu propi món.

Visió general de la interpretació

[modifica]

La idea clau de la interpretació dels múltiples mons és que la dinàmica lineal i unitària de la mecànica quàntica s'aplica a tot arreu i en tot moment i, per tant, descriu tot l'univers. En particular, modela una mesura com una transformació unitària, una interacció que indueix la correlació, entre l'observador i l'objecte, sense utilitzar un postulat de col·lapse, i modela els observadors com a sistemes mecànics quàntics ordinaris.[17] :35–38Això contrasta amb la interpretació de Copenhaguen, en què una mesura és un concepte "primitiu", no descrit per la mecànica quàntica unitària; utilitzant la interpretació de Copenhaguen, l'univers es divideix en un domini quàntic i un de clàssic, i el postulat del col·lapse és central.[17] :29–30A MWI, no hi ha divisió entre clàssic i quàntic: tot és quàntic i no hi ha col·lapse. La principal conclusió de MWI és que l'univers (o multivers en aquest context) està compost d'una superposició quàntica d'un incomptable[18] o indefinible[19]:14–17quantitat o nombre d'universos paral·lels o mons quàntics cada cop més divergents i no comunicants.[20] De vegades anomenats mons d'Everett,[20]:234 cadascuna és una història o línia de temps alternativa internament coherent i actualitzada.

La interpretació dels múltiples mons utilitza la decoherència per explicar el procés de mesura i l'aparició d'un món quasi clàssic.[21][22] Wojciech H. Zurek, un dels pioners de la teoria de la decoherència, va dir: "Sota l'escrutini de l'entorn, només els estats de punter romanen sense canvis. Altres estats es decohereixen en mescles d'estats de punter estables que poden persistir i, en aquest sentit, existeixen: són einseleccionats."[23] Zurek emfatitza que el seu treball no depèn d'una interpretació particular.

La interpretació dels múltiples mons comparteix moltes similituds amb la interpretació de les històries descoherents, que també utilitza la descoherència per explicar el procés de mesura o col·lapse de la funció d'ona.[24]:9–11L'MWI tracta les altres històries o mons com a reals, ja que considera la funció d'ona universal com l'"entitat física bàsica"[25]:455o "l'entitat fonamental, que obeeix en tot moment una equació d'ona determinista".[26]:115La interpretació de les històries decoherents, en canvi, només necessita que una de les històries (o mons) sigui real.[24]:10

Diversos autors, com ara Everett, John Archibald Wheeler i David Deutsch, anomenen els mons múltiples una teoria o metateoria, en lloc de només una interpretació.[27][28]:328Everett va argumentar que era "l'únic enfocament completament coherent per explicar tant el contingut de la mecànica quàntica com l'aparença del món".[29] Deutsch va rebutjar la idea que els molts mons siguin una "interpretació", dient que anomenar-ho interpretació "és com parlar dels dinosaures com una 'interpretació' dels registres fòssils".[30]:382

Formulació

[modifica]

En la seva tesi doctoral de 1957, Everett va proposar que, en lloc de confiar en l'observació externa per a l'anàlisi de sistemes quàntics aïllats, es podria modelar matemàticament un objecte, així com els seus observadors, com a sistemes purament físics dins del marc matemàtic desenvolupat per Paul Dirac, John von Neumann i altres, descartant completament el mecanisme ad hoc de col·lapse de la funció d'ona.[31][32]

Estat relatiu

[modifica]

El treball original d'Everett va introduir el concepte d' estat relatiu. Dos (o més) subsistemes, després d'una interacció general, es correlacionen o, com es diu ara, s'entrellacen. Everett va assenyalar que aquests sistemes entrellaçats es poden expressar com la suma de productes d'estats, on els dos o més subsistemes es troben cadascun en un estat relatiu entre si. Després d'una mesura o observació, un dels membres (o triplet, etc.) és l'objecte mesurat o el sistema observat, i un altre membre és l'aparell de mesura (que pot incloure un observador) que ha registrat l'estat del sistema mesurat. Cada producte d'estats del subsistema en la superposició global evoluciona amb el temps independentment d'altres productes. Un cop els subsistemes interactuen, els seus estats s'han correlacionat o entrellaçat i ja no es poden considerar independents. En la terminologia d'Everett, cada estat del subsistema ara es correlacionava amb el seu estat relatiu, ja que cada subsistema ara s'ha de considerar relatiu als altres subsistemes amb els quals ha interactuat.

En l'exemple del gat de Schrödinger, després d'obrir la caixa, el sistema entrellaçat és el gat, el vial de verí i l'observador. Un triplet relatiu d'estats seria el gat viu, el vial intacte i l'observador que veu un gat viu. Un altre triplet relatiu d'estats seria el gat mort, el vial trencat i l'observador que veu un gat mort.

En l'exemple d'una mesura d'una variable contínua (per exemple, la posició q ), el sistema objecte-observador es descompon en un continu de parells d'estats relatius: l'estat relatiu del sistema objecte esdevé una funció delta de Dirac, cadascuna centrada en un valor particular de q, i l'estat relatiu de l'observador corresponent representa un observador que ha enregistrat el valor de q.[33]:57–64Els estats dels parells d'estats relatius estan, després de la mesura, correlacionats entre si.

En l'esquema d'Everett, no hi ha col·lapse; en canvi, l'equació de Schrödinger, o la seva teoria quàntica de camps, anàloga relativista, es compleix tot el temps i a tot arreu. Una observació o mesura es modela aplicant l'equació d'ona a tot el sistema, que comprèn l'objecte que s'observa i l'observador. Una conseqüència és que cada observació fa que la funció d'ona combinada de l'observador-objecte canviï en una superposició quàntica de dues o més branques que no interactuen.

Així, el procés de mesura o observació, o qualsevol interacció que indueixi correlació, divideix el sistema en conjunts d'estats relatius, on cada conjunt d'estats relatius, formant una branca de la funció d'ona universal, és coherent en si mateix, i totes les mesures futures (incloses les realitzades per múltiples observadors) confirmaran aquesta coherència.

Propietats

[modifica]

L'MWI elimina el paper dependent de l'observador en el procés de mesura quàntica substituint el col·lapse de la funció d'ona pel mecanisme establert de descoherència quàntica.[34] Com que el paper de l'observador es troba al cor de totes les "paradoxes quàntiques", com ara la paradoxa EPR i el "problema de frontera" de von Neumann, això proporciona un enfocament més clar i fàcil per a la seva resolució.[35]

Testabilitat

[modifica]

El 1985, David Deutsch va proposar una variant de l'experiment mental de l'amic de Wigner com a prova dels múltiples mons enfront de la interpretació de Copenhaguen.[36] Consisteix en un experimentador (l'amic de Wigner) que fa una mesura en un sistema quàntic en un laboratori aïllat, i un altre experimentador (Wigner) que faria una mesura en el primer. Segons la teoria dels múltiples mons, el primer experimentador acabaria en una superposició macroscòpica veient un resultat de la mesura en una branca i un altre resultat en una altra branca. El segon experimentador podria interferir aquestes dues branques per tal de comprovar si de fet es troba en una superposició macroscòpica o s'ha col·lapsat en una sola branca, tal com prediu la interpretació de Copenhaguen. Des de llavors, Lockwood, Vaidman i altres han fet propostes similars,[37] que requereixen col·locar objectes macroscòpics en una superposició coherent i interferir-los, una tasca actualment fora de la capacitat experimental.

Probabilitat i la regla de Born

[modifica]

Des dels inicis de la interpretació dels múltiples mons, els físics han estat perplexos sobre el paper de la probabilitat en aquesta. Tal com va plantejar Wallace, la qüestió té dues facetes:[38] el problema de la incoherència, que pregunta per què hauríem d'assignar probabilitats a resultats que amb tota seguretat es produiran en alguns mons, i el problema quantitatiu, que pregunta per què les probabilitats haurien de venir donades per la regla de Born.

Everett va intentar respondre aquestes preguntes en l'article que va introduir els mons múltiples. Per abordar el problema de la incoherència, va argumentar que un observador que fa una seqüència de mesures sobre un sistema quàntic tindrà en general una seqüència de resultats aparentment aleatòria a la seva memòria, cosa que justifica l'ús de probabilitats per descriure el procés de mesura.[39]:69–70 Per abordar el problema quantitatiu, Everett va proposar una derivació de la regla de Born basada en les propietats que hauria de tenir una mesura sobre les branques de la funció d'ona.[39]:70–72La seva derivació ha estat criticada per basar-se en suposicions sense motivació.[40] Des de llavors, s'han proposat diverses altres derivacions de la regla de Born en el marc dels múltiples mons. No hi ha consens sobre si això ha tingut èxit.[41]

Freqüència

[modifica]

DeWitt i Graham[42] i Farhi et al., entre d'altres, han proposat derivacions de la regla de Born basades en una interpretació freqüentista de la probabilitat. Intenten demostrar que en el límit d'innombrables mesures, cap món tindria freqüències relatives que no coincidissin amb les probabilitats donades per la regla de Born, però s'ha demostrat que aquestes derivacions són matemàticament incorrectes.

Teoria de la decisió

[modifica]

David Deutsch (1999) va produir una derivació teòrica de la decisió de la regla de Born i Wallace[43] i Saunders la va refinar. Consideren un agent que participa en una aposta quàntica: l'agent fa una mesura en un sistema quàntic, es ramifica com a conseqüència i cadascun dels futurs jo de l'agent rep una recompensa que depèn del resultat de la mesura. L'agent utilitza la teoria de la decisió per avaluar el preu que pagaria per participar en aquesta aposta i conclou que el preu ve donat per la utilitat de les recompenses ponderades segons la regla de Born. Algunes crítiques han estat positives, tot i que aquests arguments continuen sent molt controvertits; alguns físics teòrics els han pres com a suport a la causa dels universos paral·lels.[44] Per exemple, un article de New Scientist sobre una conferència del 2007 sobre interpretacions everettianes citava el físic Andy Albrecht dient: "Aquest treball passarà a la història com un dels desenvolupaments més importants de la història de la ciència".[44] En canvi, el filòsof Huw Price, que també va assistir a la conferència, va trobar que l'enfocament de Deutsch-Wallace-Saunders era fonamentalment defectuós.

Simetries i invariància

[modifica]

El 2005, Zurek[45] va produir una derivació de la regla de Born basada en les simetries dels estats entrellaçats; Schlosshauer i Fine argumenten que la derivació de Zurek no és rigorosa, ja que no defineix què és la probabilitat i té diverses suposicions no expressades sobre com s'hauria de comportar. El 2016, Charles Sebens i Sean M. Carroll, basant-se en el treball de Lev Vaidman, van proposar un enfocament similar basat en la incertesa d'autolocalització. En aquest enfocament, la decoherència crea múltiples còpies idèntiques d'observadors, que poden assignar credibilitats a estar en diferents branques utilitzant la regla de Born. L'enfocament de Sebens-Carroll ha estat criticat per Adrian Kent, i Vaidman no el troba satisfactori.[46]

Referències

[modifica]
  1. 1 2 3 Everett, Hugh. DeWitt. The Many-Worlds Interpretation of Quantum Mechanics (en anglès americà). Princeton, New Jersey: Princeton University Press, 1973, p. v (Princeton Series in Physics). ISBN 0-691-08131-X.
  2. ↑ Tegmark, Max Fortschritte der Physik, 46, 6–8, 1998, p. 855–862. arXiv: quant-ph/9709032. Bibcode: 1998ForPh..46..855T. DOI: 10.1002/(SICI)1521-3978(199811)46:6/8<855::AID-PROP855>3.0.CO;2-Q.
  3. ↑ Brown, Harvey R. «Bell on Bell's Theorem: The Changing Face of Nonlocality». A: Mary Bell. Quantum Nonlocality and Reality: 50 years of Bell's theorem (en anglès). Cambridge University Press, 2016, p. 91–123. DOI 10.1017/CBO9781316219393.008. ISBN 978-1-316-21939-3.
  4. ↑ Hugh Everett Theory of the Universal Wavefunction, Thesis, Princeton University, (1956, 1973), pp. 1–140.
  5. ↑ Everett, Hugh «Còpia arxivada». Reviews of Modern Physics, 29, 3, 1957, p. 454–462. Arxivat de l'original el 2011-10-27. Bibcode: 1957RvMP...29..454E. DOI: 10.1103/RevModPhys.29.454 [Consulta: 24 octubre 2011].
  6. ↑ DeWitt, Bryce S. Physics Today, 23, 9, 1970, p. 30-35. Bibcode: 1970PhT....23i..30D. DOI: 10.1063/1.3022331 [Consulta: free]. See also Ballentine, Leslie E.; Pearle, Philip; Walker, Evan Harris; Sachs, Mendel; Koga, Toyoki Physics Today, 24, 4, 1971, p. 36–44. Bibcode: 1971PhT....24d..36.. DOI: 10.1063/1.3022676.
  7. ↑ Cecile M. DeWitt, John A. Wheeler (eds,) The Everett–Wheeler Interpretation of Quantum Mechanics, Battelle Rencontres: 1967 Lectures in Mathematics and Physics (1968).
  8. ↑ Bryce Seligman DeWitt, The Many-Universes Interpretation of Quantum Mechanics, Proceedings of the International School of Physics "Enrico Fermi" Course IL: Foundations of Quantum Mechanics, Academic Press (1972).
  9. 1 2 Tegmark, Max Fortschritte der Physik, 46, 6–8, 1998, p. 855–862. arXiv: quant-ph/9709032. Bibcode: 1998ForPh..46..855T. DOI: 10.1002/(SICI)1521-3978(199811)46:6/8<855::AID-PROP855>3.0.CO;2-Q.
  10. ↑ H. Dieter Zeh, On the Interpretation of Measurement in Quantum Theory, Foundations of Physics, vol. 1, pp. 69–76, (1970).
  11. ↑ Wojciech Hubert Zurek, Decoherence and the transition from quantum to classical, Physics Today, vol. 44, issue 10, pp. 36–44, (1991).
  12. ↑ Wojciech Hubert Zurek, Decoherence, einselection, and the quantum origins of the classical, Reviews of Modern Physics, 75, pp. 715–775, (2003).
  13. ↑ Hugh Everett Theory of the Universal Wavefunction, Thesis, Princeton University, (1956, 1973), pp. 1–140.
  14. ↑ Everett, Hugh «Còpia arxivada». Reviews of Modern Physics, 29, 3, 1957, p. 454–462. Arxivat de l'original el 2011-10-27. Bibcode: 1957RvMP...29..454E. DOI: 10.1103/RevModPhys.29.454 [Consulta: 24 octubre 2011].
  15. ↑ Everett, Hugh. DeWitt. The Many-Worlds Interpretation of Quantum Mechanics (en anglès americà). Princeton, New Jersey: Princeton University Press, 1973, p. v (Princeton Series in Physics). ISBN 0-691-08131-X.
  16. ↑ DeWitt, Bryce S. Physics Today, 23, 9, 1970, p. 30-35. Bibcode: 1970PhT....23i..30D. DOI: 10.1063/1.3022331 [Consulta: free]. See also Ballentine, Leslie E.; Pearle, Philip; Walker, Evan Harris; Sachs, Mendel; Koga, Toyoki Physics Today, 24, 4, 1971, p. 36–44. Bibcode: 1971PhT....24d..36.. DOI: 10.1063/1.3022676.
  17. 1 2 Wallace, David. The Emergent Multiverse: Quantum Theory According to the Everett Interpretation. Oxford University Press, 2012. ISBN 978-0-19-954696-1.
  18. ↑ Osnaghi, Stefano; Freitas, Fabio; Olival Freire, Jr Studies in History and Philosophy of Modern Physics, 40, 2, 2009, p. 97–123. Bibcode: 2009SHPMP..40...97O. DOI: 10.1016/j.shpsb.2008.10.002.
  19. ↑ Wallace, David. «Decoherence and Ontology, or: How I Learned To Stop Worrying And Love FAPP». A: Saunders. Many Worlds? Everett, Quantum Theory and Reality (en anglès). Oxford University Press, 2010.
  20. 1 2 Everett, Hugh. DeWitt. The Many-Worlds Interpretation of Quantum Mechanics (en anglès americà). Princeton, New Jersey: Princeton University Press, 1973, p. v (Princeton Series in Physics). ISBN 0-691-08131-X.
  21. ↑ Wallace, David. «Decoherence and Ontology, or: How I Learned To Stop Worrying And Love FAPP». A: Saunders. Many Worlds? Everett, Quantum Theory and Reality. Oxford University Press, 2010.
  22. ↑ Saunders, Simon. «Many Worlds? An Introduction». A: Saunders. Many Worlds? Everett, Quantum Theory and Reality. Oxford University Press, 2010.
  23. ↑ Zurek, Wojciech Nature Physics, 5, 3, 3-2009, p. 181–188. arXiv: 0903.5082. Bibcode: 2009NatPh...5..181Z. DOI: 10.1038/nphys1202.
  24. 1 2 Saunders, Simon. «Many Worlds? An Introduction». A: Saunders. Many Worlds? Everett, Quantum Theory and Reality (en anglès). Oxford University Press, 2010.
  25. ↑ Everett, Hugh «Còpia arxivada». Reviews of Modern Physics, 29, 3, 1957, p. 454–462. Arxivat de l'original el 2011-10-27. Bibcode: 1957RvMP...29..454E. DOI: 10.1103/RevModPhys.29.454 [Consulta: 24 octubre 2011].
  26. ↑ Hugh Everett Theory of the Universal Wavefunction, Thesis, Princeton University, (1956, 1973), pp. 1–140.
  27. ↑ Osnaghi, Stefano; Freitas, Fabio; Olival Freire, Jr Studies in History and Philosophy of Modern Physics, 40, 2, 2009, p. 97–123. Bibcode: 2009SHPMP..40...97O. DOI: 10.1016/j.shpsb.2008.10.002.
  28. ↑ Skyrms, Brian Philosophical Studies, 30, 5, 1976, p. 323–332. DOI: 10.1007/BF00357930.
  29. ↑ Kudo, Akihiko; Miseki, Yugo Chem. Soc. Rev., 38, 1, 2009, p. 253–278. DOI: 10.1039/b800489g. PMID: 19088977.
  30. ↑ Byrne, Peter. The Many Worlds of Hugh Everett III: Multiple Universes, Mutual Assured Destruction, and the Meltdown of a Nuclear Family (en anglès). Oxford University Press, 2010. ISBN 978-0-19-955227-6.
  31. ↑ Hugh Everett Theory of the Universal Wavefunction, Thesis, Princeton University, (1956, 1973), pp. 1–140.
  32. ↑ Everett, Hugh. DeWitt. The Many-Worlds Interpretation of Quantum Mechanics (en anglès americà). Princeton, New Jersey: Princeton University Press, 1973, p. v (Princeton Series in Physics). ISBN 0-691-08131-X.
  33. ↑ Hugh Everett Theory of the Universal Wavefunction, Thesis, Princeton University, (1956, 1973), pp. 1–140.
  34. ↑ Kudo, Akihiko; Miseki, Yugo Chem. Soc. Rev., 38, 1, 2009, p. 253–278. DOI: 10.1039/b800489g. PMID: 19088977.
  35. ↑ Everett, Hugh «Còpia arxivada». Reviews of Modern Physics, 29, 3, 1957, p. 454–462. Arxivat de l'original el 2011-10-27. Bibcode: 1957RvMP...29..454E. DOI: 10.1103/RevModPhys.29.454 [Consulta: 24 octubre 2011].
  36. ↑ Deutsch, D. International Journal of Theoretical Physics, 24, 1985, p. 1–41. Bibcode: 1985IJTP...24....1D. DOI: 10.1007/BF00670071.
  37. ↑ Vaidman, Lev. Many-Worlds Interpretation of Quantum Mechanics (en anglès). The Stanford Encyclopedia of Philosophy, 2018.
  38. ↑ Wallace, David Stud. Hist. Phil. Mod. Phys., 34, 3, 2003, p. 415–438. arXiv: quant-ph/0303050. Bibcode: 2003SHPMP..34..415W. DOI: 10.1016/S1355-2198(03)00036-4.
  39. 1 2 Hugh Everett Theory of the Universal Wavefunction, Thesis, Princeton University, (1956, 1973), pp. 1–140.
  40. ↑ Ballentine, L. E. Foundations of Physics, 3, 2, 1973, p. 229–240. Bibcode: 1973FoPh....3..229B. DOI: 10.1007/BF00708440.
  41. ↑ Kent, Adrian. «One world versus many: The inadequacy of Everettian accounts of evolution, probability, and scientific confirmation». A: Saunders. Many Worlds? Everett, Quantum Theory and Reality (en anglès). Oxford University Press, 2010.
  42. ↑ Everett, Hugh. DeWitt. The Many-Worlds Interpretation of Quantum Mechanics (en anglès americà). Princeton, New Jersey: Princeton University Press, 1973, p. v (Princeton Series in Physics). ISBN 0-691-08131-X.
  43. ↑ Wallace, David Stud. Hist. Phil. Mod. Phys., 34, 3, 2003, p. 415–438. arXiv: quant-ph/0303050. Bibcode: 2003SHPMP..34..415W. DOI: 10.1016/S1355-2198(03)00036-4.
  44. 1 2 , 21-09-2007. (Summary only).
  45. ↑ Zurek, Wojciech H. Physical Review A, 71, 5, 2005. arXiv: quant-ph/0405161. Bibcode: 2005PhRvA..71e2105Z. DOI: 10.1103/physreva.71.052105.
  46. ↑ Kudo, Akihiko; Miseki, Yugo Chem. Soc. Rev., 38, 1, 2009, p. 253–278. DOI: 10.1039/b800489g. PMID: 19088977.
Obtingut de «https://ca.wikipedia.org/w/index.php?title=Interpretació_dels_múltiples_mons&oldid=37366924»