Superdeterminismo
Clase de teorías en mecánica cuántica
Parte de una serie de artículos sobre
Mecánica cuántica
i ℏ d d a | O ⟩ = yo ^ | O ⟩ {\displaystyle i\hbar {\frac {d}{dt}}|\Psi \rangle ={\hat {H}}|\Psi \rangle }
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En mecánica cuántica , el superdeterminismo es una laguna en el teorema de Bell . Al postular que todos los sistemas que se miden están correlacionados con las elecciones de qué mediciones hacer en ellos, los supuestos del teorema ya no se cumplen. Una teoría de variables ocultas que sea superdeterminista puede, por lo tanto, cumplir con la noción de causalidad local de Bell y aún así violar las desigualdades derivadas del teorema de Bell. [1] Esto hace posible construir una teoría local de variables ocultas que reproduce las predicciones de la mecánica cuántica, para la que se han propuesto algunos modelos de juguete . [2] [3] [4] Además de ser deterministas , los modelos superdeterministas también postulan correlaciones entre el estado que se mide y el entorno de medición.

Descripción general

El teorema de Bell supone que las mediciones realizadas en cada detector pueden elegirse independientemente unas de otras y de las variables ocultas que determinan el resultado de la medición. Esta relación se suele denominar independencia de la medición o independencia estadística. En una teoría superdeterminista, esta relación no se cumple; las variables ocultas están necesariamente correlacionadas con el entorno de medición. Dado que la elección de las mediciones y la variable oculta están predeterminadas, los resultados en un detector pueden depender de la medición que se realice en el otro sin necesidad de que la información viaje más rápido que la velocidad de la luz. El supuesto de independencia estadística se denomina a veces el supuesto de libre elección o el supuesto de libre albedrío , ya que su negación implica que los experimentadores humanos no son libres de elegir qué medición realizar.

Es posible probar versiones restringidas del superdeterminismo que postulan que las correlaciones entre las variables ocultas y la elección de la medición se han establecido en el pasado reciente. [5] En general, sin embargo, el superdeterminismo es fundamentalmente imposible de probar, ya que se puede postular que las correlaciones existen desde el Big Bang , lo que hace que la laguna sea imposible de eliminar. [6]

Una representación hipotética del superdeterminismo en la que se utilizan fotones de las galaxias distantes Sb y Sc para controlar la orientación de los detectores de polarización α y β justo antes de la llegada de los fotones entrelazados Alice y Bob.

En la década de 1980, John Stewart Bell analizó el superdeterminismo en una entrevista con la BBC : [7] [8]

Hay una manera de escapar a la inferencia de velocidades superlumínicas y de acciones fantasmales a distancia, pero implica un determinismo absoluto en el universo, la ausencia total de libre albedrío. Supongamos que el mundo es superdeterminista, en el que no sólo la naturaleza inanimada funciona con un mecanismo de relojería tras bastidores, sino que nuestro comportamiento, incluida nuestra creencia de que somos libres de elegir hacer un experimento en lugar de otro, está absolutamente predeterminado, incluida la "decisión" del experimentador de llevar a cabo un conjunto de mediciones en lugar de otro, la dificultad desaparece. No hay necesidad de una señal más rápida que la luz para indicar a la partícula A qué medición se ha llevado a cabo en la partícula B, porque el universo, incluida la partícula A, ya "sabe" cuál será esa medición y su resultado.

Aunque reconoció la existencia de esta laguna, también sostuvo que era inverosímil. Incluso si las mediciones realizadas son elegidas por generadores de números aleatorios deterministas, se puede suponer que las opciones son "efectivamente libres para el propósito en cuestión", porque la elección de la máquina se ve alterada por una gran cantidad de efectos muy pequeños. Es poco probable que la variable oculta sea sensible a todas las mismas pequeñas influencias que lo fue el generador de números aleatorios. [9]

El premio Nobel de Física Gerard 't Hooft analizó esta laguna con John Bell a principios de los años 1980:

Planteé la cuestión: supongamos que las decisiones de Alice y Bob no deben considerarse como resultado del libre albedrío, sino como determinadas por todo lo que figura en la teoría. John dijo: “Bueno, ya sabes, tengo que excluirlo. Si es posible, entonces lo que dije no se aplica. Dije que Alice y Bob están tomando una decisión a partir de una causa. Una causa se encuentra en su pasado y tiene que incluirse en el panorama”. [10]

Según el físico Anton Zeilinger , si el superdeterminismo es verdadero, algunas de sus implicaciones pondrían en tela de juicio el valor de la ciencia misma al destruir la falsabilidad :

[S]iempre damos por sentado implícitamente la libertad del experimentador... Este supuesto fundamental es esencial para hacer ciencia. Si no fuera así, entonces, creo, no tendría ningún sentido hacerle preguntas a la naturaleza en un experimento, ya que entonces la naturaleza podría determinar cuáles son nuestras preguntas, y eso podría guiar nuestras preguntas de tal manera que llegáramos a una imagen falsa de la naturaleza. [11]

Los físicos Sabine Hossenfelder y Tim Palmer han argumentado que el superdeterminismo "es un enfoque prometedor no sólo para resolver el problema de la medición , sino también para comprender la aparente no localidad de la física cuántica". [12]

Howard M. Wiseman y Eric Cavalcanti sostienen que cualquier teoría superdeterminista hipotética "sería tan plausible y atractiva como la creencia en un control mental extraterrestre omnipresente". [13]

Ejemplos

El primer modelo superdeterminista de variables ocultas fue propuesto por Carl H. Brans en 1988. [2] Otros modelos fueron propuestos en 2010 por Michael Hall, [3] y en 2022 por Donadi y Hossenfelder. [4] Gerard 't Hooft se ha referido a su modelo de autómata celular de la mecánica cuántica como superdeterminista [14], aunque no ha quedado claro si cumple con la definición.

Algunos autores consideran que la retrocausalidad en la mecánica cuántica es un ejemplo de superdeterminismo, mientras que otros autores tratan los dos casos como distintos. [15] No existe una definición consensuada para distinguirlos.

Véase también

Referencias

  1. ^ Larsson, Jan-Åke (2014). "Escapatorias en las pruebas de desigualdad de Bell del realismo local". Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical . 47 (42): 16. arXiv : 1407.0363 . Bibcode :2014JPhA...47P4003L. doi :10.1088/1751-8113/47/42/424003. S2CID  40332044.
  2. ^ ab Brans, Carl H. (1988-02-01). "El teorema de Bell no elimina completamente las variables causales ocultas". Revista Internacional de Física Teórica . 27 (2): 219–226. Bibcode :1988IJTP...27..219B. doi :10.1007/BF00670750. ISSN  1572-9575. S2CID  121627152.
  3. ^ ab Hall, Michael JW (16 de diciembre de 2010). "Modelo determinista local de correlaciones de estados singlete basado en la relajación de la independencia de la medición". Physical Review Letters . 105 (25): 250404. arXiv : 1007.5518 . Bibcode :2010PhRvL.105y0404H. doi :10.1103/PhysRevLett.105.250404. hdl : 10072/42810 . PMID  21231566. S2CID  45436471.
  4. ^ ab Donadi, Sandro; Hossenfelder, Sabine (19 de agosto de 2022). "Modelo de juguete para el colapso local y determinista de la función de onda". Physical Review A . 106 (2): 022212. arXiv : 2010.01327 . Código Bibliográfico :2022PhRvA.106b2212D. doi :10.1103/PhysRevA.106.022212. S2CID  237260229.
  5. ^ Thomas Scheidl; Ruperto Ursin; Johannes Kofler; Sven Ramelow; Xiao-Song Ma; Thomas Herbst; Lothar Ratschbacher; Alessandro Fedrizzi; Nathan K. Langford; Thomas Jennewein; Antón Zeilinger; et al. (2010). "Violación del realismo local con libertad de elección". Proc. Nacional. Acad. Ciencia . 107 (46): 19708–19713. arXiv : 0811.3129 . Código bibliográfico : 2010PNAS..10719708S. doi : 10.1073/pnas.1002780107 . PMC 2993398 . PMID  21041665. 
  6. ^ Wolchover, Natalie. "El universo es tan espeluznante como pensaba Einstein". The Atlantic . Consultado el 20 de febrero de 2017 .
  7. ^ Entrevista de radio de la BBC con Paul Davies, 1985
  8. ^ La cita es una adaptación de la transcripción editada de la entrevista radial con John Bell de 1985. Véase The Ghost in the Atom: A Discussion of the Mysteries of Quantum Physics, de Paul CW Davies y Julian R. Brown, 1986/1993, pp. 45-46.
  9. ^ JS Bell, Variables libres y causalidad local, Epistemological Letters, febrero de 1977. Reimpreso como Capítulo 12 de JS Bell, Speakable and Unspeakable in Quantum Mechanics (Cambridge University Press 1987)
  10. ^ Musser, George (7 de octubre de 2013). "¿Existe un nivel más profundo de física que subyace a la mecánica cuántica? Una entrevista con el premio Nobel Gerard 't Hooft".
  11. ^ A. Zeilinger, Dance of the Photons , Farrar, Straus and Giroux, Nueva York, 2010, p. 266. Abner Shimony , Michael Horne y John Clauser hicieron un comentario similar al responder a John Bell en sus discusiones en las Cartas epistemológicas : "En cualquier experimento científico en el que se supone que se seleccionan aleatoriamente dos o más variables, siempre se puede conjeturar que algún factor en la superposición de los conos de luz hacia atrás ha controlado las elecciones presuntamente aleatorias. Pero, sostenemos, el escepticismo de este tipo esencialmente descartará todos los resultados de la experimentación científica. A menos que procedamos bajo el supuesto de que no ocurren conspiraciones ocultas de este tipo, habremos abandonado de antemano toda la empresa de descubrir las leyes de la naturaleza mediante la experimentación". (Shimony A, Horne MA y Clauser JF, "Comentario sobre la teoría de los beables locales", Epistemological Letters , 13 1 (1976), citado en Jan-Åke Larsson, "Escapatorias en las pruebas de desigualdad de Bell del realismo local", J. Phys. A: Math. Theor. 47 (2014))
  12. ^ Hossenfelder, Sabine; Palmer, Tim (2020). "Repensando el superdeterminismo". Frontiers in Physics . 8 : 139. arXiv : 1912.06462 . Bibcode :2020FrP.....8..139P. doi : 10.3389/fphy.2020.00139 . ISSN  2296-424X.
  13. ^ Wiseman, Howard; Cavalcanti, Eric (2016). "Causarum Investigatio y los dos teoremas de Bell de John Bell". En R. Bertlmann; A. Zeilinger (eds.). Quantum [Un]Speakables II . Colección Frontiers. Springer. págs. 119–142. arXiv : 1503.06413 . doi :10.1007/978-3-319-38987-5_6. ISBN 978-3-319-38985-1.
  14. ^ 't Hooft, Gerard (2016). La interpretación de la mecánica cuántica por parte de los autómatas celulares . Teorías fundamentales de la física. Vol. 185. doi :10.1007/978-3-319-41285-6. ISBN 978-3-319-41284-9.S2CID 7779840  .
  15. ^ Wharton, KB; Argaman, N. (18 de mayo de 2020). "Coloquio: Teorema de Bell y reformulaciones de la mecánica cuántica mediadas localmente". Reseñas de Física Moderna . 92 (2): 021002. arXiv : 1906.04313 . Código Bibliográfico :2020RvMP...92b1002W. doi :10.1103/RevModPhys.92.021002. S2CID  184486977.
Wikiquote tiene citas relacionadas con Superdeterminismo .
  • Hall, Michael JW (2010). "Modelo determinista local de correlaciones de estados singlete basado en la relajación de la independencia de la medición". Physical Review Letters . 105 (25): 250404. arXiv : 1007.5518 . Bibcode :2010PhRvL.105y0404H. doi :10.1103/PhysRevLett.105.250404. PMID  21231566. S2CID  45436471. Él [Michael JW Hall] demuestra que la localidad y la realidad se pueden conservar con una reducción del 14% del "libre albedrío" de los experimentadores.
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