El demonio de Laplace

En la historia de la ciencia , el demonio de Laplace fue una notable articulación publicada del determinismo causal sobre una base científica por Pierre-Simon Laplace en 1814. ^[1] Según el determinismo, si alguien (el demonio) conoce la ubicación precisa y el momento de cada átomo en el universo, se deducen sus valores pasados ​​y futuros para un tiempo dado; pueden calcularse a partir de las leyes de la mecánica clásica . ^[2]

Los descubrimientos y teorías de las décadas posteriores sugieren que algunos elementos de los escritos originales de Laplace son erróneos o incompatibles con nuestro universo. Por ejemplo, los procesos irreversibles en termodinámica sugieren que el "demonio" de Laplace no podía reconstruir posiciones y momentos pasados ​​a partir del estado actual. ^{[ Aclaración necesaria ]}

Podemos considerar el estado actual del universo como el efecto de su pasado y la causa de su futuro. Una inteligencia que en un momento determinado conociera todas las fuerzas que ponen en movimiento a la naturaleza y todas las posiciones de todos los elementos que la componen, si esa inteligencia fuera lo bastante amplia para someter esos datos al análisis, abarcaría en una sola fórmula los movimientos de los cuerpos más grandes del universo y los del átomo más pequeño; para una inteligencia así nada sería incierto y el futuro, lo mismo que el pasado, podría estar presente ante sus ojos.

—  Pierre Simon Laplace, Ensayo filosófico sobre las probabilidades ^[3]

Este intelecto es a menudo denominado el demonio de Laplace (y a veces el superhombre de Laplace , en honor a Hans Reichenbach ). El propio Laplace no utilizó la palabra "demonio", que fue un adorno posterior. Como se tradujo al inglés arriba, simplemente se refirió a: "Una inteligencia... nada será incierta para ella, y el porvenir, como el pasado, estará presente en sus ojos". Esta idea parece haber sido generalizada en la época en que Laplace la expresó por primera vez en 1773, particularmente en Francia. Se pueden encontrar variaciones en Maupertuis (1756), Nicolas de Condorcet (1768), Baron D'Holbach (1770) y un fragmento sin fecha en los archivos de Diderot . ^[4] Estudios recientes sugieren que la imagen de una inteligencia calculadora superpoderosa también fue propuesta por Roger Joseph Boscovich en su Theoria philosophiae naturalis de 1758 . ^[5]

Según el ingeniero químico Robert Ulanowicz en su libro de 1986 Crecimiento y desarrollo , el demonio de Laplace llegó a su fin con el desarrollo, a principios del siglo XIX, de los conceptos de irreversibilidad , entropía y la segunda ley de la termodinámica . En otras palabras, el demonio de Laplace se basaba en la premisa de la reversibilidad y la mecánica clásica; sin embargo, Ulanowicz señala que muchos procesos termodinámicos son irreversibles, de modo que si las cantidades termodinámicas se toman como puramente físicas, entonces no es posible tal demonio, ya que no se podrían reconstruir posiciones y momentos pasados ​​a partir del estado actual.

La termodinámica de máxima entropía adopta un punto de vista muy diferente, considerando que las variables termodinámicas tienen una base estadística que es independiente de la física microscópica determinista. ^[6] Sin embargo, esta teoría ha recibido críticas en relación con su capacidad para hacer predicciones sobre la física; varios físicos y matemáticos, incluido Yvan Velenik del Departamento de Matemáticas de la Universidad de Ginebra , han señalado que la termodinámica de máxima entropía describe esencialmente nuestro conocimiento sobre un sistema, pero no describe el sistema en sí. ^[7]

Debido a su supuesto canónico de determinismo , el demonio de Laplace es incompatible con la interpretación de Copenhague , que estipula la indeterminación . La interpretación de la mecánica cuántica aún está muy abierta al debate y hay muchos que adoptan puntos de vista opuestos (como la interpretación de los muchos mundos y la interpretación de De Broglie-Bohm ). ^[8]

La teoría del caos se señala a veces como una contradicción con el demonio de Laplace: describe cómo un sistema determinista puede, no obstante, exhibir un comportamiento que es imposible de predecir: como en el efecto mariposa , variaciones menores entre las condiciones iniciales de dos sistemas pueden dar lugar a diferencias importantes. ^[9] Si bien esto explica la imprevisibilidad en casos prácticos, su aplicación al caso de Laplace es cuestionable: bajo la hipótesis del demonio estricto se conocen todos los detalles (con precisión infinita) y, por lo tanto, las variaciones en las condiciones iniciales son inexistentes. Dicho de otro modo: la teoría del caos es aplicable cuando el conocimiento del sistema es imperfecto, mientras que el demonio de Laplace supone un conocimiento perfecto del sistema, por lo tanto, la variabilidad que conduce al caos en la teoría del caos y la no variabilidad en el conocimiento del mundo que sostiene el demonio de Laplace no son comparables.

En 2008, David Wolpert utilizó la diagonalización de Cantor para desafiar la idea del demonio de Laplace. Lo hizo asumiendo que el demonio es un dispositivo computacional y demostró que no hay dos dispositivos de este tipo que puedan predecirse entre sí por completo. ^{[10] [11]} El artículo de Wolpert fue citado en 2014 en un artículo de Josef Rukavicka, donde se presenta un argumento significativamente más simple que refuta el demonio de Laplace utilizando máquinas de Turing, bajo el supuesto de libre albedrío. ^[12]

En su contexto completo, el demonio de Laplace, tal como es concebido, está infinitamente alejado de la mente humana y, por lo tanto, nunca podría ayudar a los esfuerzos de predicción de la humanidad:

Todos estos esfuerzos en la búsqueda de la verdad tienden a conducir [a la mente humana] continuamente hacia la vasta inteligencia que acabamos de mencionar, pero de la cual permanecerá siempre infinitamente alejada.

—  Pierre Simon Laplace, Ensayo filosófico sobre las probabilidades ^[3]

A pesar de ello, el físico inglés Stephen Hawking afirmó en su libro Breve historia del tiempo que “Laplace sugirió que debería existir un conjunto de leyes científicas que nos permitieran predecir todo lo que sucedería en el universo”. ^[13]

De manera similar, en el libro Caos de James Gleick , el autor parece confundir el demonio de Laplace con un "sueño" de previsibilidad determinista humana, e incluso afirma que "Laplace parece casi un bufón en su optimismo, pero gran parte de la ciencia moderna ha perseguido su sueño" (pág. 14).

Recientemente, se ha invocado al demonio de Laplace para resolver una famosa paradoja de la física estadística, la paradoja de Loschmidt . ^[14] El argumento es que, para invertir todas las velocidades en un sistema de gas, las mediciones deben realizarse mediante lo que efectivamente se convierte en un demonio de Laplace. Esto, en conjunción con el principio de Landauer , permite una salida a la paradoja.

Recientemente se ha propuesto un límite a la potencia computacional del universo, es decir, la capacidad del demonio de Laplace para procesar una cantidad infinita de información. El límite se basa en la entropía máxima del universo, la velocidad de la luz y la cantidad mínima de tiempo que se tarda en mover la información a través de la longitud de Planck , y se ha demostrado que la cifra es de unos 10 ¹²⁰ bits. ^[15] En consecuencia, cualquier cosa que requiera más que esta cantidad de datos no puede calcularse en la cantidad de tiempo que ha transcurrido hasta ahora en el universo. En 2012, Iegor Reznikoff propuso una prueba lógica sencilla de la imposibilidad de la idea de Laplace: postula que el demonio no puede predecir su propia memoria futura. ^[16]