¿Crees que hay una interpretación definitiva de la mecánica cuántica?

Déjame hacerte otra pregunta: ¿crees que hay una interpretación definitiva de la mecánica clásica ?

Creo que hay un caso que no hay. Uno puede adoptar un enfoque newtoniano, tomando las fuerzas como fundamentales y las tres leyes de Newton controlando todo. Alternativamente, uno puede adoptar un enfoque lagrangiano / hamiltoniano, donde el principio de menor acción es fundamental y controla todo.

Ambos dan exactamente las mismas predicciones empíricas, y no hay forma de saber cuál es la interpretación “verdadera”.

Sin embargo, estamos perfectamente contentos con esto. Simplemente decimos que está absolutamente bien que haya múltiples formas diferentes de expresar las mismas leyes de la naturaleza, y que nos sentimos cómodos con la existencia de muchos marcos matemáticos diferentes para expresarlas.

Lo que quizás nos hace sentir cómodos es que todos los enfoques coinciden en que existe el mismo tipo de objetos, y que lo hacen en los mismos tipos de espacio y tiempo (3 dimensiones en el espacio, una de tiempo).

Podemos probar esto aún más observando el electromagnetismo. Aquí nuevamente, hay varias formas de formular la teoría, ninguna de ellas obviamente “mejor” que otra, pero están de acuerdo con una ontología (campos) bastante consistente. Pero ahora también hay algo nuevo: parece que no tenemos una comprensión intuitiva de qué tipo de objeto son los campos. Sabemos que pueden representarse con campos vectoriales, pero no tenemos nada que podamos llamar un conocido directo o una comprensión intuitiva de ellos. Pero, de nuevo, no nos preocupamos demasiado por una “interpretación de EM”. Entonces debemos estar de acuerdo con esto también.

Entonces, pongamos el estado de la mecánica clásica y el electromagnetismo como el estándar para QM para apuntar. Por lo tanto, nuestros estándares son que no necesitamos ser particularmente claros acerca de la elección precisa de las leyes que queremos imponer (siempre y cuando todos den los mismos resultados), y no necesitamos tener una comprensión prematemática intuitiva de los objetos que aparecer en la teoría. Pero al menos deberíamos tratar de acordar una ontología (es decir, qué tipo de cosas existe), es decir, un acuerdo sobre qué tipo de cosas trata la teoría.

La situación en este momento en la mecánica cuántica es la siguiente:

1. Existen al menos tres formulaciones (la formulación espacial de Hilbert que combina las imágenes de Heisenberg y Schrodinger, la formulación integral de suma de historias / trayectoria y la formulación de fase espacio-Groenewald-Moyal), según los estándares anteriores: deberíamos estar contentos con esto .
2. Hay una gran cantidad de ideas sobre ontología: es decir, sobre qué tipo de objetos trata la teoría: algunas interpretaciones dicen que la teoría trata sobre partículas y ondas. Otros que se trata de estados de creencia personal. Otros dicen que los objetos básicos son, de hecho, funciones de onda , según los estándares anteriores: deberíamos estar preocupados por esto.

Bien, hay dos maneras en que podríamos ir aquí. Una es decir que solo vamos a cambiar estos estándares. Nos vamos a sentir cómodos con el hecho de que hay varias ontologías diferentes posibles dentro del formalismo de QM. Eso se está volviendo un poco más radical que la situación en la mecánica clásica o en el electromagnetismo, pero bueno, hacemos las reglas y podríamos negar que debamos aplicar los mismos estándares y simplemente vivir con ellos. A muchos les gustaría hacer este movimiento, significa que ya no tienen que pensar en ello.

La otra opción no es estar satisfecho con esto, sino decir que nos estamos apegando a los estándares que establecemos en la mecánica clásica. Es mejor que al menos tengamos claro si estamos hablando de estados mentales o físicos en el mundo, y si la teoría implica que existen incontables muchas otras versiones de nuestra realidad cotidiana, o no. Permanecer ambivalente sobre este tipo de cosas simplemente no es aceptable.

Tenga en cuenta que esta no es una opción que nos impone la física. Es una elección que podemos hacer dependiendo de qué tipo de cosas creemos que debería ser la ciencia.

Mi opinión es que el segundo enfoque es la única opción defendible. Creo que explorar la ontología básica de la teoría y sus implicaciones es algo rico y valioso para el progreso de la ciencia y, en general, una adición real al conocimiento humano. Más prácticamente, estoy apostando a pensar en las ontologías alternativas, y las posibles extensiones que cada una sugiere serán lo que abrirá los próximos avances en física. Es cierto, esta apuesta no ha salido bien hasta ahora: hemos logrado avanzar de QM a QFT sin resolver la ontología, pero vamos, solo han pasado 90 años: ¿ya te estás rindiendo?

Ahora, por supuesto, esta apuesta podría ser duff. Puede ser que la realidad esté configurada de tal manera que literalmente no exista distinción entre las diferentes interpretaciones, incluso cuando se descubran los próximos avances: el simple formalismo del espacio de Hilbert es todo lo que podemos llegar, y nosotros permanezca libre de interpretarlo como queramos, para siempre. Esta es una posibilidad perfectamente coherente.

Pero creo que si es así, y la ontología permanece siempre cerrada para nosotros, esto crearía un mundo más pobre, más pequeño y menos maravilloso.

Esta pregunta sería mejor formulada, ¿por qué no hay una interpretación definitiva de la mecánica cuántica? Que no haya una crisis científica debería considerarse porque significa que la teoría cuántica (incluidas todas las iteraciones) es físicamente incoherente. La razón de esta incoherencia es que QT son todos formalismos matemáticos sin un marco físico subyacente.

Lo que tenemos es una teoría estadística que no ofrece una explicación física plausible de los resultados estadísticos que deriva. Es todo un despliegue elaborado de matemática inteligente sin ninguna fuerza científica. ¿Se puede aplicar útilmente solo en lo que respecta al comportamiento agregado? Si. ¿Tiene algún poder explicativo? No.

El problema es esa falta de fuerza científica. En su respuesta, Paul Mainwood intenta equiparar esta situación con el caso de la mecánica clásica, pero para hacerlo tiene que invertir tanto la historia como la lógica:

Uno puede adoptar un enfoque newtoniano, tomando las fuerzas como fundamentales y las tres leyes de Newton controlando todo. Alternativamente, uno puede adoptar un enfoque lagrangiano / hamiltoniano, donde el principio de menor acción es fundamental y controla todo.

Ambos dan exactamente las mismas predicciones empíricas, y no hay forma de saber cuál es la interpretación “verdadera”.

Pero los enfoques newtoniano y langrangiano / hamiltoniano no son interpretaciones, como se implica en la pregunta. Son modelos matemáticos derivados de la observación cercana y la medición de los objetos y eventos físicos que los modelos fueron diseñados específicamente para describir. Sus “interpretaciones” regresan a las observaciones físicas subyacentes que son de naturaleza específica, no estadística.

La intercambiabilidad de los dos métodos habla de la maleabilidad de los modelos matemáticos en general y su capacidad para producir resultados de acuerdo con las observaciones, independientemente de si sus supuestos o estructura representan con precisión la realidad física. Esto implica que los supuestos y la estructura de los modelos matemáticos no pueden considerarse indicaciones definitivas de la física que describen, incluso cuando se puede demostrar que el modelo realiza predicciones exitosas. Ver también teoría ptolemaica.

Con la excepción de Bohm-de Broglie, ninguna de las interpretaciones de QM propuestas se resuelve en algo que pueda considerarse científicamente significativo en el sentido de señalar objetos y eventos específicos y verificables empíricamente. Hay que reconocer que el Sr. Mainwood admite un problema aquí, pero lo identifica con el término filosófico demasiado amplio, ontología.

Hay una gran cantidad de ideas sobre ontología: es decir, sobre qué tipo de objetos trata la teoría: algunas interpretaciones dicen que la teoría trata sobre partículas y ondas. Otros que se trata de estados de creencia personal. Otros dicen que los objetos básicos son, de hecho, funciones de onda , según los estándares anteriores: deberíamos estar preocupados por esto.

Para decirlo sucintamente, si los fabricantes de modelos no sabían de qué estaban haciendo un modelo, entonces el modelo no es necesariamente sobre nada; Es solo un dispositivo heurístico. Pero ese no era el enfoque de Newton o de Maxwell. No solo arrojaron algunas conjeturas arbitrarias, tal vez solo son cuerdas vibrantes, y luego pasaron años en busca de evidencia para apoyar la idea. Las características ontológicas se incorporaron a sus modelos mediante una minuciosa observación y medición.

El verdadero problema científico no es ontológico, es empírico. Además de sus fundamentos teóricos difusos, QT está impregnado de objetos teóricos y eventos que no tienen correlatos en la realidad empírica. Desde la superposición hasta los quarks y los campos profundos de QFT, no hay correspondencia con la realidad observada, excepto en la salida estadística. Y, en última instancia, esa producción no es más impresionante que la de un modelo que predice que un caballo no especificado ganará el Derby de Kentucky. ¿Quieres saber cuál? Tienes que correr la carrera para descubrirlo, esa es la naturaleza de las predicciones de QT.

Se puede argumentar razonablemente que en la escala cuántica es difícil hacer observaciones y mediciones precisas, pero difícil e imposible no son lo mismo. Pero, por supuesto, si la interpretación de Copenhague de QT es su marco preferido, no hay necesidad de hacer experimentos mejores y más precisos porque los cálculos funcionan y para los matemáticos de la persuasión de Copenhague no hay nada más que ganar haciendo realmente física.

A veces caracterizada como “cállate y calcula”, la interpretación de Copenhague es matemático reducido a su esencia no científica. La postura básica, que el modelo es completo y correcto si las matemáticas funcionan conduce directamente a una negativa a aceptar resultados experimentales negativos o contradictorios. ¿La teoría cuántica contiene quarks pero no se pueden detectar quarks? No hay problema, se aplica un parche (confinamiento de color) a la teoría correcta a priori que hace que los quarks sean teóricamente indetectables. Fin del problema Y fin de la ciencia.

Todavía no, ciertamente. Probablemente nunca. Los mismos hechos pueden interpretarse de muchas maneras diferentes. Suponga que tiene 2 objetos y una regla que combina 2 objetos para formar uno de los objetos. Podría llamarlos 0 y 1, y la combinación podría ser 0 + 0 = 0, 0 + 1 = 1, 1 + 0 = 1 y 1 + 1 = 0. Este es un “grupo de orden 2”. Pero en su lugar , podría pensar en los objetos como 1 y -1, y la operación como multiplicación. O dos transformaciones: la identidad y una reflexión. O la identidad y una rotación de 180º alrededor de cualquier eje. O cualquiera de las otras cien interpretaciones, o “representaciones”.

Solo mira la política; las personas en lados opuestos de un problema pueden escuchar exactamente la misma declaración, y ambos dicen: “¡Mira, eso prueba que estoy en lo cierto y estás equivocado!” mejor. Hacemos fotos del mundo, modelos. Estos modelos tienen implicaciones. Si el mundo sigue esas implicaciones, es un buen modelo. Algunos modelos son solo aproximados (diagramas de puntos de Lewis para moléculas, por ejemplo). Algunos están destinados a ser exactos.

El mismo fenómeno puede tener muchas interpretaciones (posiblemente infinitas) y algunas serán pobres, algunas serán buenas, algunas serán excelentes, incluso perfectas hasta donde hayamos explorado, pero nunca sabremos que un modelo es 100% correcto para siempre.

Esto es cierto para cada parte de la ciencia. Pero la física es fundamental. El problema con la mecánica cuántica es que nadie ha sido capaz de encontrar un modelo mecánico, que coincida con nuestras intuiciones acerca de los objetos cotidianos.

Diferentes físicos tienen diferentes ideas de lo que deberían ser supuestos de “fundamento”, ideas de que la física “simplemente no tendría sentido sin ellas”. Algunas personas encuentran que ‘acción a distancia’ es anatema. Otros encuentran intolerable el viaje en el tiempo. Otros insisten en que el espacio-tiempo debe ser continuo, o que los objetos no pueden teletransportarse instantáneamente, o que cada objeto tiene una posición precisa en todo momento.

El punto clave es que siempre puedes cambiar tu modelo para proteger tu idea favorita. Es posible que no pueda conservar muchas de sus ideas favoritas. Cuanto mayor sea el conjunto de supuestos, más difícil será hacer un modelo que siga esos supuestos y que aún modele bien el mundo. La gente discute sobre qué conjuntos de supuestos son inconsistentes con la realidad.

Esta es la razón por la cual el tema es tan turbio y hay tanto debate terco. Algunas personas piensan que algunas ideas están equivocadas porque no pueden entender la idea de descartar algo que consideran absoluto para que la otra idea sea coherente. Muchos físicos se oponen a la llamada Interpretación de Copenhague, que muchos ven como “callar y calcular”. Renuncio a la comprensión ”. Muchos físicos se oponen a modelos no locales como el de Bohm y el de Broglie.

Puedes encontrar cientos de interpretaciones de la mecánica cuántica, cada una con sus entusiastas adherentes, seguros de que tienen La Respuesta y todos los demás se darán cuenta de que algún día tienen razón. Sé que no hay un claro ganador en el debate filosófico.

Algún día, tal vez alguien ideará un modelo para QM que mantenga la combinación adecuada de ideas para atraer a la intuición humana, y luego todos se lanzarán sobre eso y declararán que es “realidad” y “como son las cosas”. Es solo un modelo. El mundo es lo que es.

Me tomó mucho tiempo leer filosofía (no es mi pasatiempo favorito) para darme cuenta de esto. Espero que te ayude a ahorrar mucho tiempo. ¡Buena suerte!