¿Qué quiere decir con diferentes interpretaciones de la mecánica cuántica?

Es más fácil entender la cuestión de las interpretaciones si nos fijamos en la historia de la mecánica cuántica. Primero, de Broglie predijo que la materia debería estar hecha de ondas, porque las dimensiones de las diversas cantidades involucradas funcionarían realmente bien si hiciera esa suposición. Luego, Davisson y Germer demostraron que era cierto, descubriendo que los electrones formaban patrones de difracción en forma de onda similares a los de los rayos X cuando se dispara a través de un objetivo de níquel. Luego, Schrödinger encontró una ecuación que describía el movimiento de las ondas. El único problema era que nadie sabía cuáles eran realmente las olas. Eso es lo que llamamos una cuestión de interpretación.

Max Born propuso que esta ecuación representaba la probabilidad de que el electrón estuviera en un lugar particular. Esta idea fue rechazada por Einstein y Schrödinger.

A otros, como Niels Bohr y Heisenberg, les gustó la interpretación de la probabilidad y la llevaron un paso más allá, diciendo que un electrón ni siquiera tiene una posición o un momento hasta que realmente se mide. También dijeron que la medición del electrón provoca el “colapso” de la función de onda de Schrödinger porque las probabilidades se convierten en una certeza.

Más tarde, Everett demostró que también era posible explicar nuestras observaciones de una manera diferente, sin tal colapso. Este fue el origen de la interpretación de “muchos mundos”, que DeWitt popularizó más tarde.

Parecería que Bohr y otros prefirieron la noción de colapso porque evita las objeciones filosóficas de la existencia de múltiples copias del observador. En realidad, incluso con su interpretación, los átomos individuales del observador tienen posiciones desconocidas, pero tan pronto como la incertidumbre microscópica se convierte en algo que realmente podemos observar, eligen decir que las posibilidades adicionales se eliminan por colapso.

En este punto, no podemos decir con certeza cuál es la interpretación correcta.

Por “diferentes interpretaciones”, nos referimos a historias irracionales y bocetos de posibles teorías alternativas que están siendo inventadas por personas que no son capaces de comprender la mecánica cuántica, ya sea porque son demasiado limitadas intelectualmente o demasiado tercas y prejuiciosas.

La primera “interpretación” fue nombrada por el propio Werner Heisenberg. En un libro de la década de 1950, describió los postulados generales de la mecánica cuántica como la “interpretación de Copenhague”. Al hacerlo, inmediatamente alentó a otras personas a proponer “interpretaciones alternativas”. Era consciente de este error incluso antes de que el libro fuera publicado y siempre insistió en el hecho de que todas las “otras interpretaciones” no tienen sentido.

La mecánica cuántica es una teoría completamente consistente, sólida, precisa, precisa y altamente predictiva que está de acuerdo con todas las observaciones que los humanos hayan hecho. Se basa en algunos axiomas muy fundamentales, los postulados de la mecánica cuántica, que en muchos aspectos son cualitativamente diferentes de las reglas de la física clásica.

Debido a que las reglas son tan diferentes de la física clásica, muchas personas eligen negar las reglas de una forma u otra, descartarlas como una mera “interpretación” e inventar sus propias teorías e historias alternativas. Ninguna de estas teorías o historias alternativas se puede completar a un competidor viable de la mecánica cuántica.

Ha habido diferentes interpretaciones de muchas teorías físicas.

En el sistema ptolemaico, las estrellas eran solo puntos de luz incrustados en las superficies de las esferas celestes. Ahora los aceptamos como soles lejanos.

En el sistema copernicano, el modelo heliocéntrico era solo una conveniencia de cálculo. Ahora aceptamos que la Tierra realmente rodea al Sol.

Los átomos fueron tratados como herramientas de cálculo, invocados para explicar cómo los diferentes gases se combinan y combinan en varias proporciones. Incluso hasta principios de 1900, su existencia literal se debatía ferozmente. Ahora aceptamos la existencia literal de los átomos.

Quarks que propusimos como dispositivos ficticios, pero cada vez más aceptamos su existencia literal.

En mecánica cuántica, la función de onda se trató originalmente como una herramienta de cálculo para encontrar probabilidades. Esto se llamó la interpretación de Copenhague. En 1957, Hugh Everett propuso lo que ahora llamamos la interpretación de muchos mundos, que la función de onda tiene una existencia literal. La historia sugiere que esta interpretación eventualmente reemplazará las interpretaciones menos literales.

La mecánica cuántica se define por un formalismo matemático. Una interpretación es un conjunto de declaraciones que relacionan ese formalismo con el mundo que experimentamos, el mundo de los experimentos. También puede venir con una ontología, una declaración de qué cosas existen de acuerdo con la interpretación, también podría agregar más matemáticas al formalismo existente.

Se necesita una interpretación porque, por sí solo, el formalismo solo se refiere a objetos matemáticos que se comportan de cierta manera en espacios matemáticos abstractos. No está claro cómo nada de eso se refiere al experimento que el formalismo debe explicar.

El formalismo a menudo se llama “teoría cuántica”, pero en cierto sentido no hay teoría. En cambio, tenemos un montón de interpretaciones que esperan eventualmente convertirse en la teoría física de la mecánica cuántica.

Simplemente significa que las mismas medidas observadas y la misma fórmula pueden recibir diferentes explicaciones.

Una explicación es que hay una función de onda por partícula, y cuando se “observa”, la función de onda “colapsa” en un solo resultado. Un poco como una distribución de probabilidad que se convierte en un valor único. Esta es la interpretación de Copenhague.

Esta interpretación no es muy satisfactoria, deja abierta la pregunta de qué es exactamente una observación, y puede causar que ocurra un evento de “colapso” distante al instante (más rápido de lo que podría llegar la luz). ¿Es el “colapso” un cambio físico real? También parece involucrar un generador de números aleatorios, que actúa para elegir un solo valor en la función de onda … Creo que Einstein estaba disgustado con esto cuando se quejó de que “Dios (es decir, las leyes del universo) no juega a los dados”. Muchas personas no piensan en esta interpretación como real, más bien como un buen modelo para obtener los resultados correctos cuando haces experimentos (la filosofía de “cállate y calcula”).

Otra interpretación es que el universo es una función de onda grande, es solo que cuando una partícula (onda) colisiona con un objeto complejo, las áreas de la función de onda se desincronizan y ya no son coherentes, por lo que son independientes. El resultado es que el ‘universo’ donde ve una ubicación exacta de partículas es independiente del ‘universo’ donde ve una ubicación detectada diferente, por lo que en cualquier universo parece que la función de onda se ha colapsado. Esta es la hipótesis de muchos mundos.

Una ventaja alegada de la interpretación de Many Worlds es que es más simple. Elimina los mecanismos de generación de números aleatorios, colapso de la función de onda y el evento de ‘observación’ mal definido, reemplazándolo por un efecto de decoherencia mejor fundado. Creo que Einstein habría sido mucho más feliz con este enfoque de la mecánica cuántica.

De todos modos, hay muchas más interpretaciones, y creo que la lección es que necesitamos más información y más teoría antes de tener una interpretación clara.

Una interpretación de una teoría de la física es una conjetura de lo que “realmente” está sucediendo, una conjetura de lo que es realmente fundamental (en el fondo de todo).

Entonces, la mecánica cuántica no es diferente de cualquier otra teoría que la precedió (simplemente parece ser la teoría más fundamental en este momento).

Comparto la motivación para querer saber qué hay en el fondo de todo.

Por cierto, creo en una realidad matemática, que de alguna manera, por loca que parezca, lo más fundamental es la matemática.