Interpretaciones de la mecánica cuántica

Una interpretación de la mecánica cuántica es un conjunto de afirmaciones que tratan sobre la completitud, determinismo o modo en que deben entenderse los resultados de la mecánica cuántica y los experimentos relacionados con ellas. Aunque las predicciones básicas de la mecánica cuántica han sido confirmadas extensivamente por experimentos muy precisos, algunos científicos consideran que algunos aspectos del entendimiento que ésta proporciona son insatisfactorios y requieren explicaciones o interpretaciones adicionales que permitan un reconocimiento más cercano a la intuición de los resultados de los experimentos.

Principales participantes en el debate de interpretación

Schrödinger

Born

Everett

Los problemas sobre cómo deben entenderse ciertos aspectos de la mecánica cuántica son tan agudos que existen una serie de escuelas alternativas, que difieren por ejemplo en cuanto a si la teoría es subyacentemente determinista, o si algunos elementos tienen o no realidad objetiva, o si la teoría proporciona una descripción completa de un sistema físico.

El problema de la medida

El gran problema lo constituye el proceso de medición. En la física clásica, medir significa revelar o poner de manifiesto propiedades que estaban en el sistema desde antes de que midamos.

En mecánica cuántica el proceso de medición altera de forma incontrolada la evolución del sistema. Constituye un error pensar dentro del marco de la física cuántica que medir es revelar propiedades que estaban en el sistema con anterioridad. La información que nos proporciona la función de onda es la distribución de probabilidades, con la cual se podrá medir tal valor de tal cantidad. Cuando medimos ponemos en marcha un proceso que es indeterminable a priori, lo que algunos denominan azar, ya que habrá distintas probabilidades de medir distintos resultados. Esta idea fue y es aún objeto de controversias y disputas entre los físicos, filósofos y epistemólogos. Uno de los grandes objetores de esta interpretación fue Albert Einstein, quien a propósito de esta idea dijo su famosa frase "Dios no juega a los dados".

Independientemente de los problemas de interpretación, la mecánica cuántica ha podido explicar esencialmente todo el mundo microscópico y ha hecho predicciones que han sido probadas experimentalmente de forma exitosa, por lo que es una teoría unánimemente aceptada.

Formulación del problema

El problema de la medida se puede describir informalmente del siguiente modo:

1. De acuerdo con la mecánica cuántica un sistema físico, ya sea un conjunto de electrones orbitando en un átomo, queda descrito por una función de onda. Dicha función de onda es un objeto matemático que supuestamente describe la máxima información posible que contiene un estado puro.
2. Si nadie externo al sistema ni dentro de él observase o tratase de ver cómo está el sistema, la mecánica cuántica nos diría que el estado del sistema evoluciona de manera determinista dada por la ecuación de Schrödinger. Es decir, que podría ser perfectamente predecible hacia dónde irá el sistema.
3. La función de onda nos informa de cuáles son los resultados posibles de una medida y sus probabilidades relativas, pero no nos dice qué resultado concreto se obtendrá si un observador trata efectivamente de medir el sistema o averiguar algo sobre él. De hecho, la medida sobre un sistema es un valor impredecible de entre los resultados posibles.

Eso plantea un problema serio, si las personas, los científicos u observadores son también objetos físicos como cualquier otro, debería haber alguna forma determinista de predecir cómo, tras juntar el sistema en estudio con el aparato de medida, finalmente llegamos a un resultado determinista. Pero el postulado de que "una medición destruye la coherencia de un estado inobservado e inevitablemente tras la medida se queda en un estado mezcla impredecible", parece que solo nos deja 3 salidas:

• A) O bien pasamos a entender el proceso de decoherencia por lo cual un sistema pasa de tener un estado puro que evoluciona predeciblemente a tener un estado mezcla o impredecible (ver teoría del caos).
• B) O bien admitimos que existen unos objetos no-físicos llamados "conciencia" que no están sujetos a las leyes de la mecánica cuántica y que nos resuelven el problema.
• C) O tratamos de inventar cualquier hipótesis exótica que nos haga compatibilizar cómo por un lado deberíamos estar observando tras una medida un estado no fijado por el estado inicial y por otro lado que el estado del universo en su conjunto evoluciona de forma determinista.

El enunciado anterior, "una medición destruye la coherencia de un estado inobservado e inevitablemente tras la medida se queda en un estado mezcla impredecible, parece que sólo nos deja 3 salidas", es demasiado arriesgado y no probado. Si partimos de que las entidades fundamentales que constituyen la materia, precisamente, y al contrario de lo que deduce (B) no tienen consciencia de sí mismas, y sin preferencia alguna por el determinismo o el caos absoluto, solo pueden encontrar el equilibrio comportándose según leyes de probabilidad o lo que es lo mismo por leyes de "caos determinado". En la práctica cualquier defensa o negación de la teoría cuántica no responde a razonamientos matemáticos deductivos sino a impresiones o sugestiones con origen en axiomas filosóficos totalmente arbitrarios. Cabe notar que p.ej, la palabra "equilibrio" en este párrafo puede o no tener sentido y el valor de realidad que se conceda al mismo no está sujeto a demostración matemática alguna.

Interpretaciones

Comúnmente existen diversas interpretaciones de la mecánica cuántica, cada una de las cuales en general afronta el problema de la medida de manera diferente. De hecho si el problema de la medida estuviera totalmente resuelto no existirían algunas de las interpretaciones rivales. En cierto modo la existencia de diferentes interpretaciones refleja que no existe un consenso sobre cómo plantear precisamente el problema de la medida. Algunas de las interpretaciones más ampliamente conocidas son las siguientes:

• Interpretación estadística, en la que se supone un estado cuántico describe una regularidad estadística, siendo explicables los diferentes resultados de la medida de un observable atribuibles a factores estocásticos o fluctuaciones debidas al entorno y no observables. La electrodinámica estadística es una teoría de los electrones en que el comportamiento cuántico, aparentemente aleatorio, de los electrones de un sistema es atribuible a las fluctuaciones del campo electromagnético debido al resto de electrones del universo.
• Interpretación de Copenhague es la interpretación tradicional de la mecánica cuántica, universalmente aceptada en sus inicios al respaldarse en principios comprobados, a la que se han adherido la mayoría de manuales de mecánica cuántica tradicionalmente. Debida inicialmente a Niels Bohr y el grupo de físicos que trabajaba con él en Copenhague hacia 1927. Se asume el principio de incertidumbre y el principio de complementariedad de las descripciones ondulatoria y corpuscular.
• Interpretación participatoria del principio antrópico.
• Interpretación de historias consistentes.
• Teorías de colapso objetivo. De acuerdo con estas teorías, las superposiciones de estados se destruyen aunque no se produzca observación, difiriendo las teorías en qué magnitud física es la que provoca la destrucción (tiempo, gravitación, temperatura, términos no lineales en el operador de evolución...). Esa destrucción es lo que evita las ramas que aparecen en la teoría de los multi-universos o universos paralelos. La palabra "objetivo" procede de que en esta interpretación tanto la función de onda como el colapso de la misma son "reales", en el sentido ontológico. En la interpretación de los muchos-mundos, el colapso no es objetivo, y en la de Copenhague es una hipótesis ad hoc.
• Interpretación de los universos paralelos. De acuerdo a esta hipótesis, tras una medida todos los resultados posibles se realizan de alguna manera, aunque un observador concreto solo observa uno de los resultados (los otros resultados se producirían en réplicas de nuestro universo, que no interacción con el universo percibido del primer observador).
• Interpretación de Bohm es una interpretación que prescinde del principio de localidad y postula un modelo de variables ocultas en la que la aleatoriedad aparente se debe al valor desconocido de dichas variables ocultas. De acuerdo con Bohm si se conociera el valor de las variables ocultas el resultado sería completamente determinista.

Interpretaciones de la Mecánica cuántica

Interpretación	Autor(es)	¿Determinista?	¿Función de onda real?	¿Historia única?	¿Variables ocultas?	¿Colapso de la función de onda?	¿Rol del observador?
Mecánica estocástica	Edward Nelson, 1966	No	No	Sí	No	No	Ninguno
Interpretación estadística	Max Born, 1926	Sin respuesta	No	Sí	Indefinido	No	Ninguno
Interpretación de Copenhague	Niels Bohr, Werner Heisenberg, 1927	No	No	Sí	No	Sin respuesta	Sin respuesta
Interpretación de los universos paralelos	Hugh Everett, 1957	Sí	Sí	No	No	No	Ninguno
Interpretación de las muchas mentes	H. Dieter Zeh, 1970	Sí	Sí	No	No	No	Interpretativa^[1]​
Historias consistentes	Robert B. Griffiths, 1984	Indefinido^[2]​	Indefinido^[2]​	No	No	No	Interpretativa^[3]​
Lógica cuántica	Garrett Birkhoff, 1936	Indefinido	Indefinido	Si^[4]​	No	No	Interpretativa^[3]​
Interpretación de Bohm	Louis de Broglie, 1927 David Bohm, 1952	Sí	Sí^[5]​	Sí^[6]​	Sí	No	Ninguno
Interpretación transaccional	John G. Cramer, 1986	No	Sí	Sí	No	Sí^[7]​	Ninguno
Mecánica cuántica relacional	Carlo Rovelli, 1994	Indefinido	No	Indefinido^[8]​	No	Sí^[9]​	Intrínseco
Interpretación de von Neumann	von Neumann, 1932, Wheeler, Wigner	No	Sí	Sí	No	Sí	Causal
Teorías de colapso objetivo	Ghirardi-Rimini-Weber, 1986	No	Sí	Sí	No	Sí	Ninguno

Véase también

• Interpretación de Everett
• Electrodinámica cuántica
• Filosofía de la física

Referencias

Notas

1. Los observadores separan la función de onda universal hacia escenarios de experiencia ortogonales.
2. En caso de que la función de onda sea real esto conlleva una interpretación de la multiplicidad de historias y universos. Si tal función onda resultara impreciso saber su realidad pero es sabido que da la información justa, entonces se podría tomar la llamada “interpretación existencialista” mencionada por Zurek.
3. La mecánica cuántica se considera como una manera de predecir las observaciones, o una teoría de la medición.
4. Pero la lógica cuántica es más limitada en su aplicabilidad que las historias coherentes.
5. Donde la función de onda piloto y la partícula son reales.
6. Una única historia por cada partícula pero múltiples historias de la onda.
7. En la interpretación transaccional el colapso del estado del vector se interpreta como la realización de la transacción entre el emisor y receptor.
8. La comparación de las historias entre sistemas en esta interpretación no tiene un significado bien definido.
9. Cualquier interacción física se trata como un caso de colapso en relación a los sistemas involucrados, no sólo en el caso macroscópico o de observadores conscientes.

Bibliografía

• Zeh, Heinz Dieter (2001). «Decoherencia: Conceptos Básicos y su Interpretación». arXiv:9506020.  (Texto en español)
• Hawking, S. W. & Ellis, G. F. R. (1973): The Large Scale Structure of Space-time, Cambridge, Cambridge University Press, ISBN 0-521-09906-4.
• Roger Penrose (2006): El camino de la realidad, Ed. Debate, Madrid, ISBN 978-84-8306-681-2.
• Albert, David Z. (mayo de 1994). «Bohm's Alternative to Quantum Mechanics». Scientific American 270: 58-67. 
• Barbosa, G. D.; N. Pinto-Neto (2004). «A Bohmian Interpretation for Noncommutative Scalar Field Theory and Quantum Mechanics». Physical Review D 69: 065014. doi:10.1103/PhysRevD.69.065014. arΧiv:hep-th/0304105.  La referencia utiliza el parámetro obsoleto |coautores= (ayuda)
• Bohm, David (1952). «A Suggested Interpretation of the Quantum Theory in Terms of "Hidden Variables" I». Physical Review 85: 166-179. doi:10.1103/PhysRev.85.166. 
• Bohm, David (1952). «A Suggested Interpretation of the Quantum Theory in Terms of "Hidden Variables", II». Physical Review 85: 180-193. doi:10.1103/PhysRev.85.180. 
• Bohm, David; B.J. Hiley (1993). The Undivided Universe: An ontological interpretation of quantum theory. London: Routledge. ISBN 0-415-12185-X.  La referencia utiliza el parámetro obsoleto |coautores= (ayuda)
• Durr, Detlef; Goldstein, Sheldon; Tumulka, Roderich; Zangh, Nino (Diciembre de 2004). «Bohmian Mechanics» (PDF). Physical review letters 93 (9): 090402. ISSN 0031-9007. PMID 15447078. 
• Holland, Peter R. (1993). The Quantum Theory of Motion: An Account of the de Broglie–Bohm Causal Interpretation of Quantum Mechanics. Cambridge: Cambridge University Press. ISBN 0-521-48543-6. 
• Passon, Oliver (2004). Why isn't every physicist a Bohmian?. arΧiv:quant-ph/0412119. 
• Sanz, A. S.; F. Borondo (2003). «A Bohmian view on quantum decoherence». The European Physical Journal D 44: 319. doi:10.1140/epjd/e2007-00191-8. arΧiv:quant-ph/0310096.  La referencia utiliza el parámetro obsoleto |coautores= (ayuda)
• Sanz, A.S. (2005). «A Bohmian approach to quantum fractals». J. Phys. A: Math. Gen. 38: 319. doi:10.1088/0305-4470/38/26/013.  (Describes a Bohmian resolution to the dilemma posed by non-differentiable wavefunctions.)
• Silverman, Mark P. (1993). And Yet It Moves: Strange Systems and Subtle Questions in Physics. Cambridge: Cambridge University Press. ISBN 0-521-44631-7. 
• Streater, Ray F. (2003). . Archivado desde el original el 3 de abril de 2005. Consultado el 25 de junio de 2006. 

Enlaces externos

• Sobre la Mecánica Cuántica Relacional Carlo Rovelli. Dep. de Física y Astronomía, Univ. de Pittsburgh, EE. UU. (1 de febrero de 2008)

• El Postulado Cuántico y el Desarrollo Reciente de la Teoría Atómica. Por el Prof. N. Bohr, For.Mem.R.S. Suplemento de Nature, 14 de abril de 1928.
• Una Interpretación Sugerida de la Teoría Cuántica en Términos de Variables Ocultas I David Bohm, Laboratorio de Física Palmer, Universidad de Princeton. (Recibido, 5 de Julio de 1951)
• Una Interpretación Sugerida de la Teoría Cuántica en Términos de Variables Ocultas II David Bohm, Laboratorio de Física Palmer, Universidad de Princeton. (Recibido, 5 de Julio de 1951)

•   Datos: Q899137
•   Multimedia: Interpretations of quantum mechanics / Q899137