Cómo explicar el no determinismo de la mecánica cuántica en el término de los laicos

En palabras simples, tal como lo entendí, y la forma en que a menudo les decía a mis alumnos mientras les enseñaba física moderna, la naturaleza probabilística y no determinista de la mecánica cuántica es similar a nuestro destino. Es increíble y loco cómo puede ser cierto, pero parece que lo es.

Una vez que salimos de casa, tenemos todo tipo de diferentes caminos predestinados alineados frente a nosotros. En el camino que seguimos todos los días a nuestro trabajo, en ese mismo camino, un día podría haber un agujero esperando que nos topemos, un viejo amigo esperando para sorprendernos, una providencia para salvarnos de un accidente inminente (debido a algunos amabilidad que hicimos) en la forma de ser salvados de una calamidad que cae mientras nos detenemos para amarrarnos el cordón, un autobús o avión perdido, obtener un asiento en un vuelo o ascender a clase ejecutiva de clase de entrenador, una sorpresa agradable, un accidente, etc. etc. Se esperan algunos de estos, como el sol brillando como de costumbre (amplitud de probabilidad 0.99), una señora de la tienda de flores vecina clasificando sus flores y regalándole un ramo de flores (digamos PA 0.44), o un largo -Perdido amigo de repente avistado (digamos PA 0.01), o siguiendo esta ruta o aquella en una bifurcación con la misma distancia (PA 0.5).

Un niño huérfano en una zona desafortunadamente empobrecida y un príncipe heredero nacido en un magnífico palacio tienen sus destinos aparentemente predeterminados, puede esperar los resultados, que no serán muy diferentes, pero puede haber excepciones, a lo que nos referimos en física como las grandes desviaciones. El niño podría seguir adelante y hacer una gran fortuna en su vida con trabajo duro y brillante suerte, y por otro lado, el padre del heredero aparente, el Rey, podría tener una desgracia y perder su reino y ser enviado al exilio con su descendencia. convertirse en indigente (puede encontrar ambos ejemplos en nuestra historia reciente de los últimos dos o tres siglos). Mucho de esto está más allá de nuestras manos, pero mucho de esto está a nuestro alcance. Por lo tanto, tal vez la mitad de nuestro destino está en nuestras manos, podemos hacer o deshacerlo, el resto no podemos hacer nada, excepto soportarlo. Esto es lo que el determinismo y las probabilidades son, en mi humilde opinión.

Esto es similar a la mecánica cuántica, donde los resultados dependen de las condiciones y observaciones, en otras palabras, en parte el gato está vivo y en parte muerto (véase el gato de Schrodinger), en parte el resultado está en nuestras manos y en parte en los números.

En primer lugar, esta teoría es un modelo matemático dado en un dominio de coordenadas lineales (t, x, y, z). En realidad, no sabemos qué es el espacio-tiempo , especialmente cuando nos acercamos a los límites cuánticos expresados ​​principalmente a través del principio de incertidumbre o la cuantificación de la acción en general.

En segundo lugar, una función de onda depende en gran medida del entorno, es decir, el comportamiento intrínseco de una partícula también está limitado por su entorno. Por ejemplo, en un experimento de doble rendija, la función de onda de la partícula está limitada por la geometría de las rendijas, la pared y la pantalla (sugerencia: trate de imaginar el espacio libre permitido a través de su transformación de Fourier), por lo que es obvio que el entorno es también es parte de la función de onda como una envoltura para una función de onda de movimiento libre de la partícula, por lo tanto, se puede concluir que es el entorno el que da forma al comportamiento de la partícula , pero no sabemos (ni podemos) conocer las condiciones iniciales exactas de un partícula particular, por lo que observamos las partículas que interactúan con la pantalla en diferentes posiciones y su no determinismo mencionado surge de nuestra ignorancia de las condiciones iniciales para una partícula particular. (Observación: esta es una de las interpretaciones, aunque en mi opinión no es totalmente completa).

Además de la física reconocida, mi opinión privada es que lo que se da como una función de onda de una partícula es solo una linealización matemática entre un conjunto de eventos discretos que simplemente suceden en otro tipo de “espacio” discreto. Representa el mismo “punto” (o combinaciones de ellos) de ese “espacio” y cuando proyecta el “punto” desde ese espacio a nuestro espacio-tiempo definido macroscópicamente con las supuestas coordenadas (t, x, y, z), adquiere un volumen y espacio de tiempo en nuestro espacio-tiempo (es decir, la función de onda, es el mismo espacio-tiempo en cierto modo) ya que la proyección no es un mapeo uno a uno. Actualmente, nuestra mejor manera de proyectar ese “espacio” en nuestras coordenadas comunes de espacio-tiempo es resolver las ecuaciones de Schrödinger y Maxwell (o algunas de sus derivadas, por supuesto).

Además, este mecanismo de proyección es probablemente una especie de la transformada de Fourier mencionada en su esencia y depende de la constelación mutua de estos puntos / elementos discretos. Probablemente, sus interacciones son totalmente aleatorias desde nuestra perspectiva, pero también están limitadas por la función de proyección, por lo que ver un evento / interacción desde ese espacio puede suceder donde y cuando su función de onda (la proyección) lo permita en nuestro supuesto sistema de coordenadas.

En términos simples, el no determinismo de la mecánica cuántica significa que las partículas se presentan continuamente con una selección de cursos a seguir, y las elecciones que hacen no son predecibles; la física solo puede decirnos las probabilidades de los diversos resultados.

Existe un debate filosófico sobre el mecanismo detrás de las probabilidades. Cuando una partícula toma una decisión, ¿se realizan todas las elecciones en líneas de tiempo paralelas, en cuyo caso tiene una forma de determinismo dentro del multiverso? ¿O solo una opción, en cuyo caso tenemos un genuino indeterminismo pero una inquietante falta de realidad? ¿Existen variables ocultas que, si las supiéramos, nos permitirían predecir con precisión las elecciones por adelantado (determinismo, nuevamente)? No existe un acuerdo general sobre las cuestiones filosóficas o “interpretativas”.

Cada cambio o movimiento que observamos es el resultado de amplitudes de probabilidad. Esto significa que todos los eventos no son 100% localmente causales, sino que, a nuestra escala, son suficientes para que tengamos aproximaciones como la mecánica clásica y, por lo tanto, fenómenos como la evolución.

Sin embargo, lo importante es que cuando los eventos no son localmente causales, o incluso causales, no necesariamente tiene que significar que no sean deterministas. Muchos físicos, como Brain Greene, creen que el pasado, el presente y el futuro están “ahí fuera”, porque hay muchos otros signos que parecen indicar esto.