¿Es la aleatoriedad cuántica realmente intrínseca y contradice el determinismo?

Sí, está asumiendo variables ocultas en lo que describe.

Y deduzco de sus comentarios que, por cualquier razón, está realmente interesado en preservar un determinismo completo y no probabilístico en la evolución del mundo.

No estoy de acuerdo con la afirmación de Caleb de que la física ahora te ha demostrado que debes aceptar que estás equivocado y simplemente vivir con eso. Tienes al menos un par de opciones sobre cómo ves la mecánica cuántica que preserva este determinismo súper fuerte. Pero cuidado: cada uno tiene algunas consecuencias bastante desagradables.

Las teorías de variables ocultas son una opción, y pueden preservar la versión más fuerte del determinismo que cualquiera pueda desear. El problema es que las desigualdades de Bell y los experimentos basados ​​en sus consecuencias muestran que cualquier teoría de variables ocultas debe ser no local. Es decir, deben incorporar algunos efectos que viajan más rápido que la luz. La mayoría de las personas encuentran las consecuencias de esto demasiado para tragar, ya que es inconsistente con la relatividad (en espíritu, no en la práctica experimentalmente comprobable). Aquellos que no dejan que eso les preocupe tienden a agruparse en torno a alguna versión del enfoque De Broglie-Bohm / onda piloto. Podrías unirte a ellos.

Una segunda forma de preservar el determinismo es tomar una interpretación de muchos mundos, en la que se realizan todas las posibilidades de colapso. Nuevamente, todo el universo (bueno, ahora es un multiverso) está completamente gobernado por ecuaciones deterministas que gobiernan la evolución de las funciones de onda, y la probabilidad se reduce a cuál de las historias de descodificación que usted mismo experimenta. Las probabilidades de la regla de Born se pueden recuperar de varias maneras, pero en mi humilde opinión, esto se ha hecho mejor con el enfoque de Deutsch-Wallace para derivarla de axiomas análogos a la teoría de decisión clásica. (En esencia, afirman mostrar que la Regla de nacimiento es la única regla consistente que un agente que se encuentra en un multiverso ramificado podría aplicar). Las consecuencias desagradables de esto son obvias (informalmente conocidas como las objeciones de “es una locura”). Pero hay muchos por ahí que al menos afirman que se tragan estas consecuencias (y si tienen razón, hay muchas más de las que creemos).

Sí, por decirlo sin rodeos.

Si sirve de consuelo, Einstein tenía la misma visión de “variable oculta” de la mecánica cuántica que usted, y durante mucho tiempo no fue más que una cuestión de filosofía pura (en el sentido de que ninguna de las respuestas podría ser probada en realidad). El Mecánico Cuántico (el mecánico suena mejor que el mecánico) diría que es su acto de medición lo que “obliga” a una partícula a elegir una posición definida. Einstein, o usted mismo diría que la partícula tenía una propiedad absoluta o definitiva antes de realizar la medición El problema aquí, durante mucho tiempo fue uno de filosofía, no de ciencia. Einstein y usted dirían ‘solo mida la maldita partícula, eso le dirá lo que estaba haciendo’ mientras otras personas trabajan en el campo de la mecánica cuántica diría ‘No, porque es el acto de medir realmente la partícula lo que la obliga a elegir una posición, dingus’ y, por lo tanto, el debate continuó.

El problema es, Einstein, se demostró que estaba equivocado en este asunto. En una serie de experimentos diseñados por el físico estadounidense John Clauser, se demostró una y otra vez que, de hecho, fue el acto de observar una partícula lo que ‘la obligó’ a elegir una posición determinada y, antes de eso, realmente existía en un estado de super posición.

No se encuentra ninguna variable oculta. Las partículas ocupan “superposiciones” en el mundo.

Ahora nos adentramos en la parte más compleja de su pregunta, primero tratemos con la ‘aleatoriedad’ cuántica.

En primer lugar, las únicas personas que describirían la mecánica cuántica como ‘aleatoria’ no entienden la mecánica cuántica. La mecánica cuántica es decididamente no “aleatoria” en el sentido de que no hay un patrón u orden para ellos, hay un orden y patrón claro y distinto para ellos, sino que se basa en la probabilidad, no en el orden absoluto. Piénselo, si lanza un dado estándar de seis lados y le digo que hay una probabilidad de uno en seis de que el resultado sea tres, no le digo que su lanzamiento del dado sea al azar, le digo que nosotros Puede predecir el resultado general del dado. Por lo tanto, las reglas cuánticas no son ‘aleatorias’, sino que operan sobre la base de la probabilidad, que aún es predecible y comprensible.

Ahora llegamos a la parte final de su pregunta: ¿la mecánica cuántica niega el determinismo? Bueno, la respuesta simple es sí, sí. Es una construcción filosófica llamada indeterminismo que establece que, lejos de que cada acción del supuesto libre albedrío esté predeterminada por el desarrollo básico de los procesos físicos desde los albores del universo, lo que llamaríamos “voluntad” en realidad está determinado a lo largo de un marco arraigado en las leyes de probabilidad y, como tales, no se pueden predecir absolutamente, pero se puede predecir la probabilidad u oportunidad de una acción.

Por supuesto, hay más dudas sobre la cuestión del libre albedrío frente al determinismo que solo la existencia de la mecánica cuántica, aunque la mecánica cuántica arroja una variable interesante en la mezcla. He abordado esta pregunta más de una vez en mis respuestas anteriores a las preguntas aquí sobre quora, pero resumiré lo que creo que está sucediendo aquí.

Pensar en la libertad, o el libre albedrío, más bien, singularmente en términos de falta de limitación de la acción, es totalmente inadecuado, ya que esa definición no nos dice nada sobre qué es la libertad en un sentido productivo o positivo. Pensar que nuestras acciones están totalmente libres de influencias externas es simplemente absurdo, pero esta línea de razonamiento deja de lado todas las acciones que somos capaces de tomar.

La conciencia humana, la conciencia, lo que sea que elijan llamarlo, es muy probablemente lo que llamaríamos un ‘sistema emergente’, lo que significa que es una interacción e interacción de las partes constituyentes que es tan compleja e intrincada que el sistema mismo comienza a exhibir comportamientos. y patrones independientes de sus partes constituyentes.

En este sentido, el libre albedrío es más un tablero de ajedrez que un campo salvaje de acción sin restricciones. Hay ciertos elementos deterministas en juego, un peón se mueve de esta manera, un obispo de otra manera, etc. Hay restricciones culturales en los movimientos que se pueden hacer, movimientos de ‘bobby fisher’ o pasas, etc. Más allá de estas cosas, hagamos lo que hagamos. tener la capacidad de actuar libremente y “moverse” de maneras particulares.

La respuesta corta a tu pregunta:

Sí, el indeterminismo cuántico es intrínseco al universo en el que vivimos.
Sí, esto contradice los puntos de vista clásicos del determinismo.
No, esto no significa que los puntos de vista clásicos del determinismo estén completamente equivocados, sino que son simplemente completamente incompletos para describir el mundo natural.

La aleatoriedad en la mecánica cuántica es esencial para evitar paradojas de comunicación más rápida que la luz, como explicaré.

A diferencia de la mecánica clásica, la evolución de un sistema de varias partículas separadas espacialmente no se describe completamente tratando cada uno de los sistemas independientes por separado: el todo es más que la suma de las partes. Albert Einstein se opuso a la mecánica cuántica por esta razón, porque se opuso a la llamada “acción fantasmagórica a distancia”.

En la década de 1960, John Bell hizo una versión experimentalmente comprobable de las objeciones de Einstein a la mecánica cuántica. Si Einstein tuviera razón, entonces las correlaciones entre los fotones separados espacialmente obedecerían a las llamadas “desigualdades de campana”. Si la mecánica cuántica fuera correcta, entonces los experimentos mostrarían que se violaron las desigualdades de la campana y que las demandas de Einstein de una teoría “no fantasmagórica” ​​contradecirían las observaciones experimentales.

Bueno, los experimentos se han realizado y la mecánica cuántica ganó a Einstein. (Ver las recientes “pruebas de campana sin escapatoria” descritas en la revista Nature).

¿Qué tiene esto que ver con la aleatoriedad que puede preguntar? Estoy llegando a esa parte.

Bueno, también en la década de 1960 había un grupo de hippies que intentaban usar la no localidad de la mecánica cuántica (la llamada “acción espeluznante a distancia”) para construir dispositivos que se comuniquen más rápido que la velocidad de la luz. (Hay un relato hilarante de esto en el libro “Cómo los hippies salvaron la física”).

Resulta que la razón por la que la acción a distancia no se puede utilizar para comunicarse más rápido que la luz es precisamente que el resultado de la acción espeluznante es aleatorio.

Por ejemplo, la mecánica cuántica permite que la información se codifique en las relaciones entre partículas distantes. Por ejemplo, puede ser el caso de que un hombrecito verde en el intento de andrómeda de comunicarme un bit superluminalmente (0 o 1) resulte en un electrón en mi receptor, ya sea que tenga el giro opuesto de un electrón en su transmisor (para el 0 mensaje) o el mismo giro (para el 1 mensaje). Sin embargo, dado que (en este ejemplo hipotético) el resultado de la medición para determinar cualquiera de los espines por separado es completamente aleatorio, existe una forma conocida de decodificar el mensaje del LGM sin obtener el electrón lejano para compararlo con el mío.

La mecánica cuántica es, por lo tanto, más sutil de lo que incluso Einstein podría imaginar. La posibilidad que olvidó considerar es que es posible compartir números aleatorios más rápido que la velocidad de la luz, pero no comunicar realmente un mensaje más rápido que la luz. Compartir números aleatorios es de hecho un valor práctico, ya que permite compartir la clave secreta para un libro de códigos criptográfico. De hecho, esta es la base de la criptografía cuántica, que está bien establecida y disponible en dispositivos comerciales.

Depende de su interpretación preferida de la mecánica cuántica. Pero antes que nada objetaré su idea de que “si pudiera realizar un experimento idéntico en un universo paralelo obtendría un resultado idéntico”. Toda evidencia apunta a lo contrario, no hay razón para recurrir a universos paralelos, podemos realizar experimentos con la confianza de que las condiciones iniciales son idénticas y no siempre obtenemos el mismo resultado.

Pero “aleatoriedad” no es la palabra correcta. El universo no es aleatorio , absolutamente no, es cualquier cosa menos aleatorio . Probabilista es la palabra, y eso es algo completamente diferente al azar. Y es por eso que el mundo macroscópico parece determinista, porque las probabilidades se siguen tan de cerca que cualquier desviación del resultado más probable es tan pequeña que se vuelve casi imperceptible. Cuando se habla de la naturaleza probabilística de la Mecánica Cuántica, muchas personas no se dan cuenta de la escala de esa naturaleza, leen que “el resultado es impredecible” y piensan que el resultado es casi aleatorio.

Así no es como funciona, el resultado es “casi predecible” para la mayoría de los propósitos prácticos. Solo cuando hablamos de sistemas pequeños, como una partícula aislada en un experimento de laboratorio, descubrimos la imprevisibilidad. Pero para cualquier sistema compuesto por una gran cantidad de partículas, casi todas ellas siguen la evolución del “resultado más probable”, y si solo una o unas pocas partículas individuales del sistema se desvían ligeramente de eso, no afecta la naturaleza del todo el sistema de cualquier manera. El sistema se comporta de una manera aparentemente totalmente determinista.

Hay algunas interpretaciones de QM que intentan restaurar el determinismo completo, la Interpretación de los Muchos Mundos o el Superdeterminismo, pero honestamente tienen grandes problemas (no considero que la Mecánica de Bohmian sea determinista porque todavía requiere que la Regla de Nacimiento explique cómo la onda piloto se manifiesta como un partícula, y considero que las variables ocultas son descartadas por el teorema de Bell).

Los misterios clave que aún no hemos resuelto son el problema de medición y el efecto observador. Pero estos no parecen necesariamente tener mucho que ver con la naturaleza probabilística de QM.

Sigo tu línea de pensamiento, sin embargo, desafío tu evaluación de que sabes que obtendrías un colapso idéntico en un universo paralelo. No hay forma de saberlo y no hay forma de probarlo. Además de eso es más o menos lo que hacen las variables ocultas.

De todos modos, digamos que el universo era determinista en su base. Digamos que sucedieron dinámicas no lineales en escalas continuas de longitud y tiempo inaccesibles para las mediciones humanas. En mi humilde opinión esto es bastante cierto. La mezcla caótica mezclaría los estados iniciales para que las mediciones humanas parecieran medir distribuciones de probabilidad. Entonces, incluso en un universo determinista, es razonable esperar una dinámica probabilística medida.

Finalmente, insistir en usar variables continuas tiene que resultar en algún tipo de desenfoque después de un número limitado de dígitos significativos o hay demasiada información en la variable. Esto se hace por la mecánica cuántica. Alternativamente, las variables podrían ser discretas pero deterministas, pero apuesto a que tal teoría requeriría mediciones en torno a la longitud y el tiempo de Planck.
Como comentario final, no entiendo por qué a las personas no les gustan las variables probabilísticas. Me parece egocéntrico que cualquier humano crea que su intuición sobre la estructura fundamental de la naturaleza es casi correcta, ya que en este dominio se ha demostrado que la intuición de los hombres buenos está equivocada una y otra vez. Deberíamos seguir las medidas.

Buena idea, pero me opongo a una de sus premisas subyacentes pero tácitas.

La aleatoriedad en el movimiento browniano y los trompos, aunque aparentemente impredecible, en realidad está muy bien caracterizada. Con eso quiero decir que no solo hay ecuaciones para modelar estos procesos, sino que incluso podemos obtener predicciones convergentes sobre su comportamiento a medida que el tiempo llega al infinito. Tenga en cuenta la palabra clave aquí: convergente.

La aleatoriedad en la mecánica cuántica es un juego completamente diferente. Ciertamente tenemos ecuaciones para predecir los estados cuánticos de una partícula. Y sí, la forma en que los estados evolucionan con el tiempo está bien caracterizada. Pero hay una diferencia crucial. Incluso si podemos predecir el comportamiento de una partícula en términos de su estado, esto no cambia que el “estado” de una partícula no sea una cosa precisa. Tome la ubicación de la partícula, por ejemplo. Podemos calcular la distribución de probabilidad de una partícula en una ubicación. Pero eso es todo. Nuestra predicción nunca convergerá en un punto singular. Siempre estamos atrapados con una nube nebulosa.

Bueno, ok, en términos de posición, el movimiento browniano es el mismo ¿no? Cierto. Pero hay otra distinción. Podemos decir con confianza que en el tiempo t = 1836262935 nuestra partícula browniana estará en una sola ubicación. Si hiciéramos el mismo experimento con una partícula cuántica, estaría en CADA ubicación posible a la vez. Si intentamos medirlo, colapsaría en una ubicación única con una probabilidad conocida, pero antes de la medición no tiene una ubicación única.

El tipo de aleatoriedad es muy diferente entre los dos casos. Sin embargo, no pretendo ser un experto en el tema. Incluso puede ser completamente correcto hacer esta pregunta; Creo que los físicos de la teoría de cuerdas pueden tener exactamente el mismo pensamiento: que hay algo más subyacente a la mecánica cuántica. segundos, la partícula que se mueve por movimiento browniano estará en una sola ubicación. Simplemente no estamos seguros de dónde está eso hasta que suceda. Una partícula cuántica estará en CADA ubicación posible, según lo regido por su evolución del estado cuántico.

Si su única herramienta de medición se mueve a la velocidad de la luz y lo que está tratando de medir es rebotar a la velocidad de la luz, no podrá medirla con certeza perfecta.

El hecho de que las reglas del juego estén determinadas no significa que el juego lo esté.

Sí, hay una aleatoriedad real. No contradice el determinismo en general, al menos el llamado determinismo adecuado que estamos experimentando en la realidad actual.

Sin embargo, contradice el 100% de determinismo completo, lo que no permite ninguna aleatoriedad. Pero no hay razón para preocuparse, el determinismo total es solo una construcción imaginaria, básicamente una especie de religión, que no explica el origen de nada ni describe la realidad en la que vivimos.