«Para nada es cierto que un electrón a veces sea una partícula y otras una onda, o que sea de algún modo partícula y onda al mismo tiempo, o que «salte» erráticamente de un lugar a otro y esa clase de cosas. Pues esta clase de «extrañeza cuántica» deriva de que no se sabe diferenciar entre el microsistema como tal (el electrón) y sus observables (su posición, impulso y otras variables dinámicas). No se puede decir que la posición o impulso de un electrón sea incierta o indeterminada, por la sencilla razón de que un electrón no tiene posición alguna, ni tampoco impulso. En jerga técnica se describe por un vector de estado que por regla no será el vector propio de ningún observable. El caso es análogo al de una moneda, que al tirarla puede dar «cara» o «cruz». El hecho de que no se pueda decir de antemano qué resultado dará la moneda no significa que esté de algún modo «indeterminado». La llamada incertidumbre pertenece a la tirada, no a la moneda. La partícula es una cosa y sus observables otra. Dicho de otro modo, el electrón como tal no tiene posición ni impulso —salvo que resulte estar en un estado propio del observable en cuestión—».
Se ha escrito mucho sobre la filosofía de la mecánica cuántica y casi siempre se cae en el mismo error, anteponer los prejuicios a la discusión de las interpretaciones del formalismo físico-matemático. Un buen ejemplo es Wolfgang Smith, «El enigma cuántico. Descubriendo la clave oculta», Sekotia (2021) [188 pp.], traducido por José Antonio Estarelles. Smith discute la mecánica cuántica bajo el prisma de la metafísica aristotélica y pretende usarla para resolver el enigma cuántico, el problema del colapso del vector de estado (o de la función de onda). Pero la metafísica tradicional no puede resolver dicho problema, a pesar de las buenas intenciones —y de los prejuicios— del autor. De hecho, debo negar la mayor, el problema del colapso no requiere solución, pues ya no es un problema; el colapso del vector de estado es un concepto obsoleto, de interés histórico, que ha desaparecido de la versión moderna de la interpretación de Copenhague gracias al concepto de decoherencia cuántica de Hans Dieter Zeh y Wojciech Zurek , entre otros.
Smith es físico, matemático y filósofo, pero (quizás con intención) ignora en su libro los últimos 50 años de avances en la interpretación de la mecánica cuántica. El resultado es un libro que incumple con su promesa de resolver el enigma cuántico, aunque tiene capítulos en los que me parece acertado el uso de la metafísica. Solo suelo reseñar libros que me han gustado lo suficiente para recomendarlos a los lectores de este blog. Solo puedo recomendar este libro a quienes estén interesados en un intento de comprender la física cuántica desde los ojos de la filosofía aristotélica. Si es tu caso, seguro que lo disfrutarás.
El libro se inicia con un prefacio de Seyyed Hossein Nasr [pp. 9-11], que destaca que el autor «realiza un trabajo de excepcional significado que destruye las extravagantes afirmaciones del cientifismo, al mismo tiempo que desentraña el enigma de la mecánica cuántica a la luz de doctrinas perennes»; la verdad, en este libro ni se desentraña el enigma de la cuántica, ni se hace usando la doctrina filosófica aristotélica (que es lo que parece que pretende el autor). En el prefacio del autor a la tercera edición [pp. 13-15] se destacan los cambios en el capítulo que discute «el concepto de «causalidad vertical» por su conexión íntima con [la] teoría del diseño inteligente. [Así,] nuestro resultado principal [es] que el colapso del vector de estado también ha de atribuirse a la causalidad vertical. [Lejos] de constituir un deux ex machina para resolver la paradoja cuántica, [la causalidad vertical] constituye de hecho un principio universal de causalidad que la ciencia moderna está finalmente obligada a reconocer». Y en el prefacio del autor a la primera edición [pp. 17-20], se nos dice que «en la lista de «hechos extraños» [de la mecánica cuántica] que exigen una explicación está el fenómeno del colapso del vector de estado, que bien podría llamarse el enigma central de la física cuántica».
El primer capítulo «Redescubrir el mundo corpóreo» [pp. 21-44] destaca que «los atributos de los objetos corpóreos son, sin excepción, en cierto sentido contextuales. […] Nada en el mundo «simplemente existe», sino que existir es precisamente interactuar con otras cosas —lo que finalmente incluye observadores—.» Se inicia el segundo capítulo «¿Qué es el universo físico?» [pp. 45-70] con «me gustaría decir que el universo físico no es más que el mundo concebido según los físicos; pero en ese caso, está lejos de ser evidente cómo conciben el mundo los físicos. [El] físico no mira a la realidad con las facultades ordinarias de percepción, sino mediante instrumentos artificiales y lo que ve a través de tales «ojos» de factura humana es un extraño nuevo mundo constituido por cantidades y estructuras matemáticas. En pocas palabras, observa el universo físico, a diferencia del mundo corporal con el que estamos familiarizados».
«La cuestión es que una cosa es conocer y otra muy diferente saber cómo conocemos. […] Nadie ha percibido jamás un ensamblado de partículas subatómicas ni una colección de átomos. […] Todo objeto corpóreo X determina un objeto físico asociado SX, [siendo] X la presentación de SX. […] Podemos distinguir entre dos tipos o clases de entidades físicas: las que tienen presentación y las que no la admiten. Digamos subcorpóreo y transcorpóreo. […] Los instrumentos de medición han de ser corpóreos; [luego] el instrumento físico es forzosamente subcorpóreo; para ser exactos, ha de ser el SI de un instrumento corpóreo I».
«No puede haber conocimiento del dominio físico sin presentación, incluso tal como no puede haber conocimiento del mundo corpóreo en ausencia de la percepción sensorial. […] Lo que el instrumento da son datos; pero esto no es lo que busca el físico. Los datos son un medio, pero no el fin del proceso observacional. Lo que busca el físico es el objeto físico; o, mejor dicho, cierto conocimiento o captación intelectual de este. […] Lo que busca el físico, y lo que puede captar a su propia manera, es lo necesario en lo contingente o lo eterno en lo efímero».
En el tercer capítulo «Mundo microscópico e indeterminación» [pp. 71-98] el autor nos recuerda que «un sistema físico clásico no es más que una distribución en el espacio y el tiempo de ciertas magnitudes observables escalares o tensoriales. [La] reducción clásica (del sistema a sus observables) solo es admisible en lo que se podría llamar el límite clásico, es decir, bajo condiciones que garanticen que los efectos de la indeterminación no juegan un papel mensurable o significativo. [Los] llamados objetos a gran escala de la física son en realidad tan «extraños» como los electrones o los quarks; lo que sucede es que cuando se trata de los primeros, suele permitírsenos ignorar su extrañeza al concebirlos en términos de modelos clásicos. [Aunque] lo que es así son precisamente los modelos, no los objetos mismos».
«Puede decirse que la medición abole el determinismo al interrumpir la evolución «normal» del sistema físico. [Se] podría decir que el sistema físico original culmina —o se metaforsea— con el colapso del vector de estado. [Aunque] al término de una medición [el] valor de un observable particular se ha determinado, el sistema permanece en superposición de estados propios para la mayor parte de los demás observables. [El] sistema es y sigue siendo un ensamblado o síntesis de posibilidades. En palabras de Heisenberg, no es realmente una «cosa ni un hecho», sino más bien una especie de potencialidad».
«La superposición es fundamental para la mecánica cuántica y parece ser un fenómeno ondulatorio, [lo que] nos lleva a deducir que las entidades cuánticas pueden ser ondas; muchos físicos han considerado esta idea seriamente. [Pero] se tratará de ondas «subempíricas», ondas que, en principio, no se pueden observar. [No] está claro que se gane algo hablando de sistemas cuánticos en el sentido de «ondas». A fin de cuentas, parece que el principio de superposición nos dice todo lo que puede decirse y se ha de decir sobre la cuestión. Las entidades cuánticas pueden superponerse «como si fueran una especie de ondas». Puede decirse que la teoría cuántica ha resuelto el dilema onda-partícula relegando ambos conceptos mutuamente contradictorios a diferentes planos ontológicos: las ondas al plano físico, y las partículas al corpóreo».
¿La mecánica cuántica constituye una teoría «completa»? «La aparente compleción de la física clásica indica el hecho de que trata, no tanto de realidades físicas, sino con abstracciones convenientes. Hay razón para el provocador precepto de Whitehead: «La exactitud es una farsa». [La] transición desde la mecánica clásica a la cuántica, lejos de complicar el formalismo, implica una tremenda simplificación; pues, de hecho, el principio de superposición hace entrar en juego lo que realmente resulta más manejable de todas las estructuras matemáticas: un espacio de Hilbert. Todo matemático entiende muy bien el lujo que supone trabajar en un espacio lineal; de hecho, eso es hallarse, matemáticamente hablando, en el mejor de los mundos posibles».
«El descenso de la actualidad a la potencialidad tiene lugar a nivel macroscópico: tiene lugar en el mismo momento en que pasamos de un objeto corpóreo X a su objeto asociado subcorpóreo SX. [El] hecho de que SX sea reductible a átomos no implica que X también lo sea; pues, de hecho, X y SX no se sitúan en el mismo plano ontológico. [Esto es,] SX existe como potencialidad, mientras que X existe como «cosa o hecho».
No me ha gustado el capítulo cuarto, «Materia quantitate signata» [pp. 99-118], donde el autor recurre a la filosofía aristotélica, a los conceptos de hyle («material») y morphe («forma»). El quinto capítulo «Sobre si «Dios juega a los dados»» [pp. 119-133], que «no es un asunto científico, sino incorregiblemente metafísico. [Un] problema que solo puede resolverse metafísicamente». Me resulta aburrida la discusión sobre la pericóresis del símbolo del yin-yang (cual me resultan las discusiones teológicas sobre la trinidad).
En el sexto capítulo «Causalidad vertical» [pp. 135-153], el autor derrapa: «ahora estamos en posición de comprender el fenómeno del colapso del vector de estado desde la metafísica tradicional. [La] ciencia dura [es] autocorrectiva, y en cierto modo más sabia que los científicos que la cultivan; mientras tengamos «ojos para ver» puede llevarnos a la verdad». El autor declara sus intenciones en este capítulo: «Sostengo que lo que se requiere es una base en las doctrinas metafísicas tradicionales de la humanidad: los mismos principios que se han desacreditado desde la Ilustración como primitivos, precientíficos y pueriles. [Es] el momento de una nueva reinterpretación de los hallazgos científicos basada en principios precartesianos; lo que se requiere es un cambio radical de mentalidad, una auténtica metanoia. Que las doctrinas de la ciencia conduzcan al progreso humano o a la rutina de nuestro intelecto pende en la balanza».
Finaliza el libro con un Apéndice «Breve introducción a la teoría cuántica» [pp. 155-182], el glosario [pp. 183-186] y el índice onomástico [pp. 187-188]. No sé si algún filósofo se beneficiará de dicha breve introducción a la cuántica, pues el contenido es muy desigual en cuanto a nivel. En cualquier caso, supongo que nadie leerá este libro para aprender física cuántica. Lo dicho, quizás algunos aficionados a la filosofía disfruten con este libro… La verdad, yo esperaba mucho más.
Muchas gracias por la reseña Francis. Seguro que ya lo has hecho anteriormente en alguna ocasión, pero ¿Hay algún libro que podrías recomendar para que una persona ajena al mundo de las ciencias pudiera acercarse a la actual (y correcta) interpretación del mundo cuantico?
Lo pregunto porque te he escuchado en repetidas ocasiones insistir sobre las erróneas interpretaciones que aún circulan entre el gran público.
Gracias de nuevo. Un saludo
Antontxu, para una persona ajena a las ciencias me es muy difícil recomendar un buen libro sobre la interpretación de la física cuántica. No siendo libros específicos sobre interpretaciones, te recomiendo el muy breve «Cuántica. Tu futuro en juego» de José Ignacio Latorre (LCMF, 25 feb 2017), https://francis.naukas.com/2017/02/25/resena-cuantica-de-jose-ignacio-latorre/, y el más extenso «Cuántica. Qué significa la teoría de la ciencia más extraña» de Philip Ball (traducción de «Beyond Weird», que yo leí en inglés, no puedo evaluar la traducción pues no lo he leído en español).
Voy de inmediato a por los títulos recomendados.
El objetivo es asimilar algunos conceptos más sobre esta materia para transmitírselos a mis curiosos hijos (los cuales parecen encaminados al mundo de las ciencias) …pero centrándome en contrastarlos con esas ideas equivocadas -sobre las cuales sueles advertir- que pueden surgir al abordar estos temas desde la perspectiva de la física intuitiva, la clásica …..y de paso, por supuesto, saciar mi curiosidad en la medida de mis posibilidades.
Una vez más, muchísimas gracias por tu amable atención, Francis.
Un saludo
Francis, yo pienso que la metafísica actúa como complemento a la ciencia, existen científicos que sienten que la ciencia no puede explicar ciertas cosas y abrazan la metafísica buscando respuestas. Existe en la historia de la ciencia algún aporte de la metafísica?
Pascal, la ciencia no necesita ni la metafísica ni la religión, aunque pueda haber científicos que abracen la metafísica o la religión.
Francis, hay una cosa que no entiendo acerca del del colapso de función de onda.
Simplificándolo con una analogía, supongamos una moneda (cara o cruz), asumiremos que la probabilidad es 50%/50%. Entonces nos informan que la moneda está trucada para salir 100%cara/0%cruz,
¿ el cambio de pasar de unas primeras probilidades irreales (50-50) a una segundas probabilidades reales (100-0) al aportar la información correcta debería necesitar algún tiempo o ser dependiente del espacio en algún sentido?
No consigo ver que hace del colapso de función de onda algo tan asombroso.
En M.C. no hay un cambio de probabilidades de 50% a 100% con la medición, sino una actuación que conduce de la probabilidad al hecho. En ningún momento cambia el Hamiltoniano ni la ecuación de Schrödinger. (Incluso si se incluye el aparato de medida y se usa la aproximación de la decoherencia, la probabilidad de cada «rama» del Universo sigue siendo la misma de antes.) Ese es el misterio del colapso: que no puede describirse con la ecuación de Schrödinger ni con la de von Neumann-Liouville.
Sólo hay cambio de probabilidad si la medida no es destructiva y luego se hace otra medida sobre el sistema, suponiendo que en el ínterim no cambie la función de ondas.
Gracias Max, entiendo entonces que el misterio exactamente es describir el colapso preservando la unitariedad, ¿no?, algo que deduzco imposible.
Repito, Javi, no hay ningún misterio en el colapso, de hecho, no existe el colapso. La evolución es siempre unitaria. El único problema es que no sabemos describir la evolución unitaria del sistema conjunto formado por el aparato de medida y el sistema cuántico medido; solo por ello se actualizar el estado tras la medida con la proyección del estado.
Yo estoy de acuerdo: me parece tarea imposible.
Y el misterio es que tenemos reglas pero no una conceptualización clara del tipo de realidad que está «obligada» a seguir esas reglas, de ahí que mucha gente busque una metafísica adecuada para la materia, ahora que sabemos que obedece las reglas de la mecánica cuántica.
Se sabe que hay un nuevo cálculo de probabilidades, pero la probabilidad siempre ha estado unida a «falta de información», o sea, a variables ocultas (ya sea la mente de una diosa, la fortuna, o leyes deterministas en situaciones caóticas). Siempre ha existido un mecanismo físico que conduce a los hechos (la moneda o el dado dando vueltas), distinto al mecanismo que conduce a las predicciones (la mente de Laplace o el cuaderno del físico). ¿Qué hacer cuando la estocasticidad es intrínseca, cuando es imposible encontrar un punto del espacio-tiempo donde se produzca el hecho, que no sea la mente de cada observador? La aproximación de la decoherencia justifica la elección de una base, relacionada con el espacio físico dada la localidad de las interacciones en el Hamiltoniano, pero, ¿quién, cómo y cuándo se elige un elemento de la diagonal?
Javi, el colapso de la función de onda no existe, es un concepto obsoleto. La evolución unitaria se aplica tanto al sistema de medida como al sistema medido durante todo el proceso de la medida; cuando el sistema de medida es tan complicado que no se puede describir en pie de igualdad al sistema medido, se recurre a actualizar el estado del sistema medido tras la conclusión de la medida para hacer compatibles la evolución de ambos (esto es lo que se llama proyección del estado tras la medida). Si esta actualización se realiza de forma correcta, en futuras medidas el resultado será compatible con dicha actualización; si se realiza de forma incorrecta, habrá discrepancias, que señalarán que se ha realizado mal. No hay ningún misterio en todo esto.
Pues nuestra amiga Sabine Hossenfelder parece que sigue empeñada en que sí hay tal colapso y problema de la medida; de hecho hace poco en una entrevista comentaba que trabajaba en ese problema. Tiene un vídeo donde explicaba que ninguna interpretación lo resolvía, y me da pereza ir verlo para recordar que decía sobre la decoherencia, la verdad, supongo que será lo habitual de que no se puede discernir el límite de lo que es un sistema complejo, es decir, cuándo, las interacciones, dejan de ir produciendo entrelazamiento para adquirir una propiedad definida para el observador… Pero vamos, ella lo vende como un problema abierto y sin consenso.
«aunque tiene capítulos en los que me parece acertado el uso de la metafísica» como es posible ésto?
Nando, esa frase destaca que tiene un par de capítulos de metafísica sobre la importancia de distinguir entre la realidad «real» (que no depende del conocimiento de la ciencia) y la realidad física (la descrita por los conocimientos científicos de los físicos, que cambia con la época, en función de la información que recaban con sus instrumentos, que también cambian con la época). Así la realidad «real» a finales del siglo XIX era la misma que a principios del siglo XXI, pero la realidad física a finales del XIX es muy diferente de la actual. Pero todo esto no está relacionado de forma directa con el objetivo del libro, aclarar el supuesto enigma cuántico asociado al problema de la medida.
Más de 100 años después del descubrimiento de la mecánica cuántica seguimos debatiendo sobre cual es la «correcta» interpretación de la misma y sobre el misterio del proceso de medida. Es evidente que este problema está relacionado con que nosotros tenemos una visión clásica del mundo y para tratar de entender cualquier cuestión tratamos de visualizarla en términos de cosas conocidas (muelles que oscilan, esferas que chocan, etc). En mi opinión debemos aceptar que el mundo, a nivel fundamental, es cuántico y que el mundo clásico es solo una aproximación que surge a distancias macroscópicas. Creo que para visualizar mejor los extraños procesos del mundo cuántico es mejor usar la formulación de Feynman, trataré de explicarme a «grosso modo»: la probabilidad de que una partícula localizada en el punto A en el instante Ta sea detectada en el punto B en el instante Tb está dada por una SUMA ponderada. En esta suma se tienen en cuenta TODOS los posibles trayectos entre A y B, la clave está en que el trayecto más probable es el que minimiza la acción (el trayecto con menor «dispersión» en la acción) y este trayecto coincide cuando evaluamos distancias macroscópicas con la trayectoria clásica. La frase clave es que SOLO A GRANDES DISTANCIAS (mucho mayores que h) predomina el mundo clásico debido a una «interferencia destructiva» (en la suma de caminos de Feynman los términos alejados de la trayectoria clásica se cancelan),sin embargo, a distancias pequeñas si observamos una superposición. Lo que quiero resaltar es coincido con la visión de que en realidad, el mundo clásico NO EXISTE, siempre hay superposición solo que esta no es observable a grandes escalas. Creo que la formulación de Feynman encaja mucho mejor con la interpretación de Everett que con la de Copenhage ya que en esta última se sigue asumiendo de alguna forma la existencia de un mundo clásico en el que se produce el resultado de la medida (es muy difícil librarnos del sesgo clásico). Hay que resaltar que el trabajo original de Hugh Everett III no menciona para nada la existencia de muchos mundos (esa visión fue popularizada por muchos físicos después) sino la existencia de una función de onda Universal en la que hay un potencial observador para cada posible resultado de la medida. Esto evita el llamado problema de la medida aunque implica la existencia de una especie de «superposición de geometrias» más en linea con ciertas formulaciones de gravedad cuántica como la ecuación de Wheeler-DeWitt o el estado de Hartle-Hawking.
Por supuesto esta es solo una visión personal, la última palabra la tendrá la ansiada teoría cuántica de la gravedad, si es que algún día conseguimos alcanzarla…
Es muy similar al antiguo problema de la consciencia , dónde se buscaba, a grandes rasgos, encontrar en alguna parte más pequeña del cerebro, exactamente, la misma propiedad que se quería explicar, la propia consciencia.
Es un poco absurdo pensar que propiedades como la posición o el momento angular tengan que seguir presentes en las excitaciones del campo…lo que deberíamos hacer es ver cómo logran que exista tal propiedad a nivel macroscópico aceptando y poniendo nombre a su forma de comportarse, como hemos aceptado y puesto nombre a lo que observamos en la naturaleza a nivel macroscópico.
El problema es que no podemos evitar pensar en términos de objetos conocidos y una partícula fundamental ni es una bolita ni es una onda clásica. No tiene sentido preguntar cuál es la posición exacta o el momento exacto o el valor del spin de una partícula antes de medirlo. Estas propiedades que nos parecen tan naturales en nuestro mundo cotidiano se «difuminan», se «dispersan» por ciertas regiones del espacio-tiempo a nivel fundamental. De hecho, a nivel fundamental el propio espacio-tiempo debería fluctuar pero esto es algo que todavía no comprendemos… Como no comprendemos la verdadera naturaleza (cuántica) del tiempo…
Hola, Francis,
Primero de todo, felicitarte por tu sin duda extraordinaria labor en este blog, que es digna de elogio.
En segundo lugar, y ya en relación al tema aquí abordado, me ha sorprendido tu afirmación categórica acerca de la inexistencia del colapso, pues si bien es cierto que ésta es una postura sostenida por muchos físicos que trabajan en el programa de Decoherencia Cuántica, no menos cierto es que no es compartida por toda la comunidad científica. De hecho, siendo rigurosos, se trata de una corriente del pensamiento no avalada aún de manera general por los resultados matemáticos y experimentales derivados de dicho programa de investigación. Sin ir más lejos, dentro de dicho marco matemático, el colapso del sistema-aparato es aparente, pues aunque como consecuencia del entorno el operador densidad reducido del sistema-aparato acabe teniendo finalmente la forma característica de un estado mixto, el operador densidad del sistema global sistema-aparato-entorno sigue siendo el de un estado puro, por lo que el sistema global sigue estando en un estado superposición, y por ende, el observable medido sigue sin estar bien definido según el formalismo cuántico. Es más, al tomar la traza parcial sobre los estados del entorno para hacer cálculos sobre el operador densidad reducido del sistema-aparato, no estamos teniendo en cuenta la coherencia de fase global entre el sistema, el aparato y el entorno, por lo que el mecanismo de decoherencia en ningún momento afecta a dicha fase. En consecuencia, el sistema-aparato-entorno sigue en un estado superposición, no legitimándonos nada a afirmar lo contrario. Es por ello que no se puede afirmar que se haya producido un colapso real de algo, ni tampoco que la Decoherencia resuelva el problema de la lectura definida del aparato de medición.
Me consta, no obstante, que el concepto de envarianza introducido por Zurek resulta lo suficientemente prometedor como para poder resolver quizás los problemas a los que conduce el citado operador densidad reducido, pero desconozco si lo ha llegado lograr. Si lo ha hecho, te agradecería me pasaras algún «paper» sobre ello para poder estar completamente actualizado. Incluso si dispusieras de tiempo y te apeteciera, estaría bien poder discutirlo privadamente de físico a físico.
¡Un saludo y sigue en la misma línea, pues eres una inspiración para muchos, Francis!
Pero Fernando, el sistema-aparato-entorno, en un experimento de laboratorio ¿está realmente en superposición? La respuesta es que no, un laboratorio con su aparato que pesa un par de kilos y su personal NO está en superposición; lo que tenemos es una teoría que no delimita lo que es macro de lo que es micro…pero por mucho que hoy en día se pueda lograr aislar átomos y avanzar en ese terreno, creo que a nadie se le escapa que aislar un gato, por ejemplo, está fuera de todo futuro tecnológico por los propios principios de la física cuántica; porque muchas veces nos dejamos llevar por la mecánica cuántica, o por la lógica de la computación cuántica, pero nos olvidamos de la física.
Claro, pero más que no lo podamos evitar, es que no tenemos otra forma.
O tienes un «porqué», el cual tiene que hacer referencia indefectiblemente a la experiencia sensible, o si no tienes tal experiencia solo te queda una mera descripción, normalmente matemática.
Por ejemplo, si yo te digo que el hielo resbala porque la presión del pie aumenta la temperatura de la superficie del hielo, luego las partículas vibran más, luego los enlaces se rompen y se hace una película de agua, para ti eso es un porqué, pero para un extraterrestre que jamás haya visto un material como el agua, o que nunca haya experimentado que una vibración de partículas cambie el estado de nada, eso no es un porqué, es una mera descripción de un hecho sin un fondo intuitivo, no es una metáfora que pueda enlazar con algo conocido en su experiencia… Él te diría que muy bien ..pero…¿Por qué?
Todos entendemos porqué dos partículas se repelen por intercambio de fotones, pero cuando se trata de porqué se atraen por este mismo intercambio deja de ser un «porqué» realmente para convertirse en una descripción al entrar en juego elementos fuera de nuestra experiencia sensible.
Por lo que a mí entender no es tanto que las propiedades se difuminen como que simplemente no las tiene y nosotros andamos «forzándolas». Un electrón suelta un fotón y decimos que está alineado su spin en tal dirección porque el campo, a nivel macro tiene tal spin…pero el electrón, que se sepa, solo ha soltado un fotón.
Pero bueno, en el fondo estamos de acuerdo.
Nota: también está el «porqué» de tipo propósito (porque Dios así lo dispuesto. Porque paco así lo quiso) , pero esto es otra discusión.
Soy físico. Llevo más de 20 años intentando convencer a colegas y amigos de que la decoherencia es la interpretación correcta al problema de la medida en cuántica. La mayor objeción que he encontrado en los demás para aceptar esta idea no es su coherencia o lógica, sino que, ni en los libros de texto, ni en los de divulgación y en la mayoría de los artículos científicos, de lo que se habla es de colapso de la función de onda o en el mejor de los casos de pérdida de información de la matriz densidad (interpretación de Von Newman).
He llegado a la conclusión de que, en los libros de divulgación se habla de colapso de la función de onda porque permite decir cosas «extrañas» sobre la física y eso vende.
Por otra parte, los grandes libros de texto sobre cuántica se escribieron hace 40 años o más y fueron escritos por autores que habían estudiado las bases de la cuántica 40 años antes y por tanto, cuando el colapso de la función de onda era incuestionable.
En mi opinión faltan de 10 a 20 años para veamos libros de divulgación que incluyan la decoherencia como solución al problema de la medida.
Yo solo vi, en 1995, una pincelada sobre lo que era la decoherencia (apenas unas líneas) en el libro «El quark y el jaguar» del gran Murray Gell-Mann. Después de aquello, nada.
Una pregunta, como estudiante de física… Según entiendo con la explicación de la decoherencia lo que se afirma es que el sistema mantiene una evolución unitaria y simplemente se «traslada» la superposición de la partícula a una superposición del sistema partícula-observador. Esta solución siempre me ha parecido la más consistente aunque a veces sea difícil aceptar que el observador también se encuentre en superposición. Tal vez no he comprendido el argumento pero no sé como explicaría la regla de Born. ¿Qué libro recomendarían para profundizar más en este tema? (Mi aprendizaje en mecánica cuantica fue con los primeros dos tomos de Cohen-Tannoudji)
Off Topic: Por cierto, comencé a leer tu blog Francis y el blog de Daniel Marín en el Bachillerato y ambos influyeron muchísimo para la elección de carrera. Este año me gradúo y quería agradecer el trabajo que haces en la divulgación de la ciencia en español. Saludos desde Centro América.
Jorge, olvida el observador, la superposición es entre el sistema de medida y el sistema medido. Cuando ambos son microscópicos ambos están en superposición y evolucionan de forma unitaria (como ocurre cuando se ejecuta un algoritmo en un ordenador cuántico); pero cuando uno es macroscópico y el otro microscópico no se puede llevar a cabo la evolución unitaria del sistema conjunto por lo que se recurre a la proyección del estado tras la medida, que actúa como un proceso de reinicio de la evolución unitaria del segundo sistema.
Si has estudiado los dos volúmenes de la Mecánica Cuántica de Cohen-Tannoudji et al. habrás notado que en ninguno de los dos aparece el término «colapso de la función de onda» y que el problema de la medida se discute de forma somera y colateral. Todo es evolución unitaria (como debe ser en un libro moderno).
Supuestamente, la regla de Born la deriva Zurek a partir de su concepto de envarianza, que es una propiedad de simetría que caracteriza a los estados entrelazados como el del sistema con el aparato de medición y el entorno.
Enrique, el programa de Decoherencia no resuelve el problema de la medida por lo que he expuesto más arriba: el sistema-aparato-entorno sigue en estado superposición, por lo que, por las reglas estándar de la Mecánica Cuántica, no se le puede asociar un observable bien definido al sistema que sea justamente el que mides con el aparato de medición.
En la medida en que no sea resuelto el problema de la medida por la Teoría de la Decoherencia seguiremos viendo en los libros de texto la mención al postulado del colapso, que es la solución más simple de todas. Ahora, dicho postulado es el origen del problema de la medida, sobre el cual arroja más luz el programa de Decoherencia Cuántica. Es por ello que, en vista también de sus éxitos experimentales, debería prestársele algo de atención al mecanismo de decoherencia en los libros de texto.
Fernando, el colapso no es la más sencilla de todas…es nada; no estás describiendo nada; solo estás diciendo que tienes una medida real…no hay descripción de ningún procesos en absoluto. La descripción más sencilla hoy por hoy es la decoherencia.
Por otro lado, si dejas a un lado la mecánica cuántica y te fijas en la física cuántica, te darás cuenta de que nunca, nunca vas a tener un laboratorio con su personal en superposición; no importa qué tecnología tengas jamás en el futuro…tiene un límite, y el que la mecánica cuántica no nos pueda discernir ese límite , que no nos pueda decir que es macro o es micro no es solo de la Teoría de la Decoherencia, es de CUALQUIER teoría cuántica que lleva a la descripción mecánica actual. Falta aun conocer hacia a donde nos llevará la física cuántica para poder discernir este límite.
Pedro, la decoherencia no puede ser la descripción matemática más simple posible de las 2 porque:
1.- El mecanismo de decoherencia trata de llegar a los mismos resultados que la Mecánica Cuántica ortodoxa pero siguiendo un desarrollo matemático mucho más largo y enrevesado.
2.- Es clave en dicho mecanismo la toma de la traza parcial para el cálculo del operador densidad reducido del sistema-aparato en el problema de la medida. Pero dicho mecanismo matemático equivale a separar artificiosamente el vector de estado del entorno del vector de estado del sistema-aparato (para así obtener la máxima información que podemos llegar a tener del sistema y el aparato conjuntamente sin considerar el estado del entorno), razón por la cual tal mecanismo no representa ningún proceso físico real. De hecho, si lo fuera, tal procedimiento produciría el mismo efecto que el postulado débil de proyección: una evolución no unitaria de un estado puro a un estado mezcla (es lo que tiene aplicar una traza parcial matemáticamente). Es por ello que conduciría al mismo problema que el colapso pero de una manera más compleja matemáticamente.
3.- Si la decoherencia solucionara el problema de la medida llegando a los mismos resultados que la Mecánica Cuántica ortodoxa, seguiría representando el camino matemático más complejo de los 2, pero también sería la única propuesta legítima de las ambas, no cabiendo por ello discusión alguna sobre la simplicidad matemática. Pero puesto que la decoherencia no resuelve los problemas suscitados por la Mecánica Cuántica ortodoxa ni describe satisfactoriamente nada matemáticamente, la hipótesis del colapso y la de la decoherencia se hallan en igualdad de condiciones. Siendo así, resulta legítima la comparación entre ambas propuestas desde el punto de la simplicidad matemática, y en esta comparativa no sale muy bien parada la Teoría de la Decoherencia por el punto 1 mío.
Tanto la hipótesis del colapso como el mecanismo de decoherencia no resultan satisfactorios intelectualmente, aunque eso sí, la decoherencia aporta un valor adicional, pues los experimentos apuntan a que tal mecanismo existe. Sin embargo, parece faltarnos alguna pieza relevante dentro del programa de Decoherencia, pues de lo contrario ya tendríamos resuelto problemas como el de la medida.
Respecto a lo último que comentas, experimentalmente tú no observas que el sistema, el aparato y el entorno se hallen en un estado superposición. Sin embargo, en contra de este hecho experimental, el programa de Decoherencia conduce a estados superposición del sistema global sistema-aparato-entorno (pues la toma de la traza parcial no elimina la coherencia de fase global entre el sistema, el aparato y el entorno). Es por ello que la decoherencia no resuelve nada (aunque intuyo que es parte de la solución).
De hecho, el propio Zurek reconoce que el colapso gradual al que el mecanismo de decoherencia conduce mediante la evolución unitaria del sistema-aparato representa en el fondo un colapso aparente, pues el sistema global sistema-aparato-entorno sigue sin colapsar desde su estado superposición inicial. En tal caso, el formalismo matemático de la Mecánica Cuántica en el cual se apoya el programa de Decoherencia conduce a que el observable del sistema no esté bien definido.
Es más, puesto que el estado global es autoestado de otro observable diferente al del aparato de medición, sería éste último observable el que estaría bien definido, no el que mide el aparato de medición. Pero obviamente no vemos nada de esto, por lo que la decoherencia fracasa a la hora de describir correctamente toda esta clase de procesos.
Así pues, y a modo de resumen, la idea de que no existe colapso alguno no sólo no está demostrada matemáticamente dentro del marco de la decoherencia cuántica, sino que además tampoco está respaldada experimentalmente de modo concluyente. No obstante, sí se han observado procesos en los que, contrariamente a lo que esperaríamos con la Mecánica Cuántica ortodoxa, el colapso no tiene lugar abruptamente, sino gradualmente, por lo que aunque el programa de Decoherencia no sea satisfactorio matemáticamente, sí resulta prometedor. Ahora, tal vez no sea toda la historia…
No sé que sentido tienen las discusiones filosóficas sobre la mecánica cuántica cuando ésta ya ha sido superada por la teoría cuántica de campos. Para hacer cálculos va bien, igual que va bien la gravitación clásica, pero nadie describiría el mundo con la mecánica de newton. Tal como se ha comentado en este blog, ya no se consideran partículas ni ondas, sino campos. Existe un campo de electrones que abarca todo el espacio y cada electrón es una excitación de ese campo en interacción con los campos de los fotones, bosones W y Z, etc. Además la masa no es una característica del electrón sin que es consecuencia de su interación con la partícula de Higgs. En resumen, que no se puede hablar de un electrón aislado sino de la excitación del campo en interacción con otros campos.
Es algo forzado no Juan?, tenemos un sistema de n partículas del que nos encantaría seguir la pista con precisión arbitraria a todas y cada una de las partículas del sistema, pero el principio de indeterminación (y muy de fondo la incompletitud) nos dice que no podemos.
Intentamos salvar el problema de no poder seguir la pista a todos los elementos estudiando el conjunto de elementos (campos), y lo hacemos muy bien sin duda,
….pero nos encantaría que el universo fuese cuántico, determinista, a ser posible no probabilístico, aún así llegar a resultados en una cantidad finita de pasos, etc…
Podemos no pensar en cuántica ni campos y pensar en cuerdas para llegar más lejos, pero la realidad parece superar a la ficción todavía.
No es cierto que la Teoría Cuántica de Campos haya resuelto los problemas suscitados por la Mecánica Cuántica. De hecho, presenta problemas tanto a nivel conceptual como matemático, algunos de los cuales ni siquiera existen en la Mecánica Cuántica.
Si deseas saber más, te recomiendo la lectura de los siguientes 2 artículos:
https://arxiv.org/pdf/quant-ph/0609163.pdf
https://plato.stanford.edu/entries/quantum-field-theory/#AxioRefoQFTTheiInteSign
No todo lo que reluce es oro en la Teoría Cuántica de Campos…
Tiene mucho sentido, Juan. Aun hablando de excitaciones del campo electromagnético en continua interacción, siempre puedes aislar y dar nombre a un conjunto de propiedades definidas como el electrón , de hecho uno de los logros de la mecánica cuántica es describir cómo la media de probabilidades de cada electrón ,en la medida por ejemplo del spin, se corresponde a lo esperado clásicamente. Por supuesto el spin tiene más sentido a nivel de campo pero eso no hace que desaparezca el entrelazamiento o la superposición , y todo eso siempre abrirá un abanico muy interesante para discusiones sobre lógica y filosofía al margen y en paralelo con la física.
El método científico de la física cuántica difiere del método de las demás disciplinas, luego ahí tienes trabajo para la filosofía de la ciencia también.
Hola Juan, aún coincidiendo plenamente con casi todo tu planteamiento, la teoría cuántica de campos no resuelve el conocido como problema de la medida, que se ilustra, de una forma muy sencilla, con el experimento de la doble rendija: cuando no se mide por donde pasa, el electrón se comporta como onda, cuando se mide se comporta como corpúsculo.
Es precisamente la decoherencia la que señala que el aparato de medida, al ser un objeto externo al sistema que hemos considerado y que además está formado por una enorme cantidad de partículas, rompe la coherencia del sistema, impidiendo que se produzca la interferencia y, por tanto, que veamos el electrón como onda.
Para una mujer corriente , analfabeta de ciencia y de casi todo , leerles me gusta pese al final tener una certeza mayor de mi ignorancia. Continuo leyendo …..
Me parecía Francis habías reseñado el libro «Decoherencia y la transición cuántico-clásica» (Decoherence and the quantum-to-classical transition) de Maximilian Schlosshauer, que parece pertinente a los temas que tocas acá. Pero no encontré la reseña, quizás estoy equivocado.
No, Andrés, no lo he reseñado. La verdad, he reseñado pocos libros en inglés… quizás tendría que reseñar más.
Pues si te da la vida, Francis, estaría genial; muchos libros que tengo son por tus reseñas.
Aunque no es reciente, el mismo autor tiene un artículo que resume las ideas centrales del programa de Decoherencia: https://arxiv.org/pdf/quant-ph/0312059.pdf
que opinais de este libro: EL ENIGMA CUANTICO: ENCUENTROS ENTRE LA FISICA Y LA CONCIENCIA
BRUCE ROSENBLUM
FRED KUTTNER
Joan, el libro de Rosenblum y Kuttner parece empezar bien con su discusión de la historia que antecede a EPR y las desigualdades de Bell, pero entonces, cuando llega al nudo de la cuestión del «enigma cuántico» se hunde en la miseria; en lugar de discutir lo que se sabe sobre el asunto derrapa con el tema de la conciencia y acaba engañando al lector que esperaba una discusión sobre el «enigma cuántico» y se encuentra una discusión metafísica que no está relacionada ni con el título, ni con el resto del libro. En mi opinión, un libro bien escrito, de lectura fácil, pero muy poco recomendable para quien quiera aprender algo sobre física cuántica.
Buenas,
Soy el traductor de esta obra de Wolfgang Smith.
Tengo que decir que no es cierto que el autor desconozca o ignore la decoherencia, ni lo que algunos quieren extraer de ello, como demuestra su respuesta de 2019 al doctor McAndrew, «To Be or Not To Be an Apple» (philos-sophia.org/be-or-not-be-apple):
“El famoso ‘problema de la medición’, … a pesar de las famosas pretensiones en sentido contrario, en realidad no se ha resuelto hasta ahora: ni el tour de force de la mecánica de Bohm, ni la teoría de los ‘muchos mundos’, ni la ‘decoherencia’, ni ninguna otra de sus propuestas [de la comunidad de física] ha logrado aún resolver ese dilema.”
En fin, el colapso del vector de estado para nada es un “problema obsoleto”, ni “de interés histórico”. Es una cuestión plenamente vigente, por incómoda que sea para tantos.
Entra Smith más en la decoherencia en los capítulos 2 y 4 de su título “The Vertical Ascent” (2020), que en gran medida se pueden consultar en la web del autor: “The Tripartite Wholeness” (philos-sophia.org/the-tripartite-wholeness) y “Lost in Math: The Particle Physics Quandary” (philos-sophia.org/particle-physics-quandary) donde, como en otro acertado comentario aquí, también se menciona a Sabine Hossenfelder.
Dicho esto, y dejando a un lado el desafío que plantea la misma decoherencia para la interpretación totalista de la física cuántica, supongo que verá por qué me parece que esta reseña que hace al libro está exenta de valor crítico, aunque agradezco el interés prestado.
Gracias, José, por tu comentario.
Pero hay que entender, José, en cada caso, a qué se refieren con que hay que resolver el problema del colapso; pues hay profesionales que de alguna forma se está quedando atrás respecto al consenso de los especialistas, o buscan simplemente tener atención; es decir, una cosa es entender que no sabemos aun delimitar exactamente (si acaso tal cosa es posible) cuando lo que se agrega al sistema deja de estar entrelazado para tener ya unos valores reales definidos y otra muy distinta seguir empeñado en exigirle a la naturaleza una finura, una resolución, que no tiene. Además la palabra colapso nos lleva también a motivaciones filosóficas de tipo positivistas respecto al Observador que hoy por hoy no se sostienen, ni físicamente, pues en Alfa centauro hay procesos cuánticos sin observadores , que sepamos, y filosóficos, pues el observador finalmente solo puede ser uno, YO, y nadie más, y a no ser que mi señor padre (como le dijo su mentor al gran Sidney Coleman) hiciera colapsar la función de onda antes de que yo naciera, pues mal lo llevamos….
Hola Pedro,
Bueno, he de decirte que no veo el «pero». A decir verdad, los puntos que mencionas están, a mi entender, muy bien tratados en la obra de Wolfgang Smith. No me parece alguien que quiera meramente llamar la atención, sino que tiene algo valioso que aportar. Si emplea el término «colapso del vector de estado», es porque remite al «copenhaguenismo» de donde proviene, no porque él mismo mantenga el positivismo. Tiene también algo que decir en cuanto al observador, aunque son temas que de otra parte se extienden al resto de sus obras.
Dos palabras:
Evolución unitaria.
Como curiosidad en la historia de la física ¿ Desde cuando y porque ( me refiero a pruebas empíricas o formalismos matemáticos ) han dejado obsoleto a los procesos R (como colapso del vector de estado )
Alf, la idea de los pioneros era que el colapso de la función de onda era un mecanismo dinámico diferente de la evolución unitaria. El formalismo de integrales de camino en mecánica cuántica y la interpretación de muchos mundos fueron cambiando la mentalidad de la mayoría de los físicos poco a poco. Durante la década de los 1970 la idea de que la única dinámica necesaria es la evolución unitaria y de que el colapso es un artificio innecesario se fue imponiendo poco a poco.
A finales de la década de los 1970, los libros de texto de mecánica cuántica empezaron a omitir el problema de la medida como un problema que todo físico tuviera que conocer y el colapso dejó de mencionarse en la mayoría de dichos libros de texto, que ya solo discutían la evolución unitaria. Ya en los 1980 el colapso quedó degradado a las monografías específicas y a artículos de investigación sobre física más allá de la mecánica cuántica. A pesar de ello, la idea de que el colapso es un concepto obsoleto (además de innecesario) no se ha impuesto hasta principios del siglo XXI.
Gracias por tu respuesta
Muy buena reseña para evitar perder el tiempo con el libro: si un filósofo me viene con la idea de «Sostengo que lo que se requiere es una base en las doctrinas metafísicas tradicionales de la humanidad: los mismos principios que se han desacreditado desde la Ilustración como primitivos, precientíficos y pueriles» en un intento de revivir discusiones aristotélicas aplicadas a ideass que no parece comprender y termina con «[Es] el momento de una nueva reinterpretación de los hallazgos científicos basada en principios precartesianos; lo que se requiere es un cambio radical de mentalidad, una auténtica metanoia. Que las doctrinas de la ciencia conduzcan al progreso humano o a la rutina de nuestro intelecto pende en la balanza», veo que no tengo algo que hacer ahí, porque es el camino en el que algunos, en nombre de teorías que parecen estar muy lejos de entender pero que les funcionan muy bien para apantallar a gente que está en la búsqueda del absoluto, se montan para acabar confundiendo sus necesidades y la realidad. ¿Principios precartesianos? Constantemente me encuentro con metafísicos y supuestos materialistas filosóficos que matan una y otra vez a Descartes … y el muerto sigue gozando de buena salud.
Escribo esto como alguien que está aprendiendo a filosofar como escribía Kant, y que no se siente a gusto con la idea de buscar el absoluto en ideas y lugares que tienen otras cosas en mente. Y me sigue fascinando que una idea física como la mecánica cuántica sigan queriendo usarla para … lo que sea menos tratar de entender ciencia.
Saludos y gracias por tu trabajo.