¿Es la aleatoriedad cuántica realmente intrínseca y contradice el determinismo?

Answer 1

Sí, está asumiendo variables ocultas en lo que describe.

Y tomo de sus comentarios que, por el motivo que sea, está realmente interesado en preservar un determinismo completo y no probabilístico en la evolución del mundo.

No estoy de acuerdo con la afirmación de Caleb de que la física ahora te ha demostrado que debes aceptar que estás equivocado y solo vivir con ello. Tiene al menos un par de opciones sobre cómo ve la mecánica cuántica que preserva este determinismo súper fuerte. Pero cuidado: cada uno tiene algunas consecuencias bastante desagradables.

Las teorías de las variables ocultas son una opción y pueden preservar la versión más fuerte de determinismo que cualquiera podría desear. El problema es que las desigualdades de Bell y los experimentos basados ​​en sus consecuencias muestran que cualquier teoría de variables ocultas no debe ser local. Es decir, deben incorporar algunos efectos que viajan más rápido que la luz. La mayoría de las personas encuentran las consecuencias de esto demasiado para tragar, ya que es inconsistente con la relatividad (en espíritu, no en una práctica experimentalmente comprobable). Aquellos que no dejan que eso les preocupe tienden a agruparse en torno a alguna versión del enfoque De Broglie-Bohm / onda piloto. Podrías unirte a ellos.

Una segunda forma de preservar el determinismo es tomar una interpretación de muchos mundos, en la que se realizan todas las posibilidades de colapso. Nuevamente, todo el universo (bueno, ahora es un multiverso) está completamente gobernado por ecuaciones deterministas que gobiernan la evolución de las funciones de onda, y la probabilidad se reduce a cuál de las historias en descomposición experimentas tú mismo. Las probabilidades de la regla de Born se pueden recuperar de varias maneras, pero, en mi opinión, esto se ha hecho mejor con el enfoque de Deutsch-Wallace para derivarlo de axiomas análogos a la teoría de la decisión clásica. (En esencia, afirman que muestran que la Regla de nacimiento es la única regla coherente que un agente que se encuentre en un multiverso de ramificación podría aplicar). Las consecuencias desagradables de esto son obvias (informalmente conocidas como las objeciones de “es una locura”). Pero hay muchos por ahí que al menos dicen tragar estas consecuencias (y si tienen razón, hay muchas más de las que creemos)

Answer 2

Sin duda es una muestra de aleatoriedad. Realizar exactamente el mismo experimento puede producir resultados diferentes, con probabilidades como lo predice la regla de Born. La pregunta es si existe algún determinismo subyacente y la aleatoriedad se debe simplemente a nuestro control incompleto de las variables relevantes. Existen varias teorías que rescatan el determinismo.

Variables ocultas: esto supone que hay algunas variables asociadas a nuestra configuración experimental que no hemos controlado. El problema con esta teoría es que hay experimentos que muestran una correlación más fuerte entre las partículas enredadas que lo que podría explicarse por las variables ocultas asociadas con las partículas (cf. EPR). Estas correlaciones solo pueden explicarse mediante variables ocultas si las variables ocultas no son locales, es decir, se comunican más rápido que la luz. Las ondas guía de Bohm son un ejemplo de esto. La mayoría de los físicos consideran que un problema más grande que la aleatoriedad es más rápido que la comunicación luminosa.

Múltiples mundos: Hugh Everett propuso que si aplicaba QM al observador de un experimento, el resultado era un observador que estaba en una superposición de diferentes estados, uno para cada posible resultado. En este caso, el resultado parece aleatorio para cada copia del observador porque solo está correlacionado con un resultado. La aleatoriedad va por el nombre de indeterminación en primera persona. Así que las dinámicas son deterministas, pero deben parecer aleatorias para cada observador.

Superdeterminismo: las correlaciones de EPR son más altas que las posibles para una variable oculta asociada con las partículas. Pero esto supone que en el experimento las medidas de las dos partículas se pueden elegir de forma independiente. Gerard t’Hooft señala que en el pasado (posiblemente el camino muy lejano) los observadores o instrumentos que eligieron las mediciones interactuaron. Entonces, si TODO es determinista, entonces también se determinaron sus elecciones de qué medir.

Observe que todos estos dejan lo que se puede observar como aleatorio. Los factores adicionales que utilizan para explicar la aleatoriedad son los que nunca pueden medirse ni controlarse. Por lo tanto, son operativamente equivalentes a la aleatoriedad intrínseca, pero metafísicamente diferentes.

Answer 3

La aleatoriedad en la mecánica cuántica es esencial para evitar las paradojas de una comunicación más rápida que la luz, como explicaré.

A diferencia de la mecánica clásica, la evolución de un sistema de varias partículas separadas espacialmente no se describe completamente tratando cada uno de los sistemas independientes por separado: el todo es más que la suma de las partes. Albert Einstein se opuso a la mecánica cuántica por esta razón, porque se opuso a la llamada “acción fantasmal a distancia”.

En la década de 1960, John Bell hizo una versión experimentalmente comprobable de las objeciones de Einstein a la mecánica cuántica. Si Einstein tuviera razón, entonces las correlaciones entre los fotones separados espacialmente obedecerían a las llamadas “desigualdades de campana”. Si la mecánica cuántica fuera correcta, entonces los experimentos mostrarían que las desigualdades de las campanas fueron violadas, y que las demandas de Einstein de una teoría “no llamativa” contradecirían las observaciones experimentales.

Bueno, los experimentos se han realizado y la mecánica cuántica venció a Einstein. (Consulte las recientes “pruebas de campana sin escapatoria” descritas en el Journal Nature).

¿Qué tiene esto que ver con la aleatoriedad que puedes preguntar? Estoy llegando a esa parte.

Bueno, también en la década de 1960 había un grupo de hippies que intentaban usar la no-localidad de la mecánica cuántica (la llamada “acción espeluznante a distancia”) para construir dispositivos que se comunicaran más rápido que la velocidad de la luz. (Hay una cuenta hilarante de esto en el libro “Cómo los hippies salvaron la física”).

¡Resulta que la razón por la que la acción a distancia no se puede usar para comunicarse más rápido que la luz es precisamente que el resultado de la acción espeluznante es aleatorio!

Por ejemplo, la mecánica cuántica permite que la información se codifique en las relaciones entre partículas distantes. Por ejemplo, puede darse el caso de que un hombrecito verde en el intento de Andrómeda de comunicarse superluminalmente un bit (0 o 1) me dé como resultado un electrón en mi receptor que tenga el giro opuesto de un electrón en su transmisor (para el 0 mensaje) o el mismo giro (para el mensaje 1). Sin embargo, dado que (en este ejemplo hipotético) el resultado de la medición para determinar cualquiera de los espines por separado es completamente aleatorio, hay una forma conocida de decodificar el mensaje de la LGM sin tener que tomar posesión del electrón lejano para compararlo con el mío.

La mecánica cuántica es, por lo tanto, más sutil de lo que incluso Einstein podría imaginar. La posibilidad que olvidó considerar es que es posible compartir números aleatorios más rápido que la velocidad de la luz, pero no comunicar realmente un mensaje más rápido que la luz. De hecho, compartir números aleatorios es de valor práctico, ya que permite compartir la clave secreta de un libro de códigos criptográfico. De hecho, esta es la base de la criptografía cuántica, que está bien establecida y disponible en dispositivos comerciales.

Answer 4

Sí, lo eres, para decirlo sin rodeos.

Si es un consuelo, Einstein tuvo la misma visión de ‘variable oculta’ de la mecánica cuántica que usted tiene, y durante mucho tiempo esto no fue más que una cuestión de filosofía pura (en el sentido de que ninguna de las respuestas podría ser probada). El Mecanista Cuántico (el mecánico suena mejor que el mecánico) diría que es su acto de medición el que “obliga” a una partícula a elegir una posición definida. Einstein, o usted mismo, diría que la partícula tenía una propiedad absoluta o definitiva antes de que se realizara la medición El problema aquí, durante mucho tiempo, fue uno de filosofía, no de ciencia. Einstein y usted dirían ‘solo mida la maldita partícula, que le dirá lo que estaba haciendo’ mientras otros individuos trabajan en el campo de la mecánica cuántica diría ‘No, porque es el acto de medir realmente la partícula lo que la obliga a elegir una posición, dingus’ y, por lo tanto, el debate continuó y continuó.

El problema es que Einstein estaba equivocado en este asunto. En una serie de experimentos diseñados por el físico estadounidense John Clauser, se demostró una y otra vez que, de hecho, fue el acto de observar una partícula lo que la “forzó” a elegir una posición dada y antes de eso, realmente existió en una Estado de super posición.

No hay ninguna variable oculta que se encuentre. Las partículas ocupan “súper posiciones” en el mundo.

Ahora que nos adentramos en la parte más compleja de su pregunta, primero tratemos la “aleatoriedad” cuántica.

En primer lugar, las únicas personas que describirían la mecánica cuántica como “aleatoria” no entienden la mecánica cuántica. La mecánica cuántica decididamente no es “aleatoria”, ya que no hay un patrón u orden para ellos, hay un orden y un patrón claros y distintos, pero está basada en la probabilidad y no en el orden absoluto. Piénsalo, si lanzas un dado estándar de seis caras y te digo que hay una posibilidad entre seis de que el resultado sea tres, no te digo que tu tirada del dado es aleatoria, te digo que Puede predecir el resultado general del dado. Así que las reglas cuánticas no son “aleatorias”, sino que operan sobre la base de la probabilidad, que aún es predecible y comprensible.

Ahora llegamos a la parte final de su pregunta, ¿la mecánica cuántica niega el determinismo? Bueno, la respuesta simple es sí, sí lo hace. Es un constructo filosófico llamado indeterminismo que establece que, lejos de que cada acción de supuesta libre voluntad esté predeterminada por la ejecución básica de los procesos físicos desde los albores del universo, lo que llamaríamos “voluntad” en realidad está determinado a lo largo de un marco arraigado en las leyes de probabilidad y, como tales, no pueden predecirse en absoluto, pero sí pueden predecirse la probabilidad o posibilidad de una acción.

Por supuesto, hay más problemas con la cuestión del libre albedrío frente al determinismo que solo la existencia de la mecánica cuántica, aunque la mecánica cuántica introduce una variable interesante en la mezcla. He abordado esta pregunta más de una vez en mis respuestas anteriores a las preguntas aquí en quora, pero resumiré lo que creo que está sucediendo aquí.

Pensar en la libertad, o el libre albedrío, más bien, singularmente en términos de una falta de limitación en la acción, es totalmente inadecuado, ya que esa definición no nos dice nada acerca de qué es la libertad en un sentido productivo o positivo. Pensar que nuestras acciones no están totalmente limitadas por influencias externas es simplemente absurdo, pero esta línea de razonamiento excluye todas las acciones que somos capaces de tomar.

La conciencia humana, la conciencia, como sea que elijas llamarlo, es probablemente lo que llamaríamos un ‘sistema emergente’, lo que significa que es una interacción e interacción de partes constituyentes que es tan compleja y tan intrincada que el propio sistema comienza a mostrar comportamientos. y patrones independientes de sus partes constituyentes.

En este sentido, el libre albedrío es más un tablero de ajedrez que un campo salvaje de acción sin restricciones. Hay ciertos elementos deterministas en juego, un peón se mueve de esta manera, un obispo de esta otra manera, etc. Hay restricciones culturales sobre los movimientos que se pueden hacer, los movimientos de ‘bobby fisher’ o los pases, etc. Más allá de estas cosas, sin embargo, lo hacemos. tener la capacidad de actuar libremente y ‘moverse’ de manera particular.

La respuesta corta a tu pregunta –

Sí, el indeterminismo cuántico es intrínseco al universo en el que vivimos.
Sí, esto contradice las concepciones clásicas del determinismo.
No, esto no significa que las visiones clásicas del determinismo sean completamente erróneas, sino que están simplemente completamente incompletas para describir el mundo natural.

Answer 5

Depende de su interpretación preferida de la mecánica cuántica. Pero antes de nada objetaré tu idea de que “si pudieras realizar un experimento idéntico en un universo paralelo, obtendrías un resultado idéntico”. Todas las pruebas apuntan a lo contrario, no hay razón para recurrir a universos paralelos, podemos configurar experimentos con la confianza de que las condiciones iniciales son idénticas y no siempre obtenemos el mismo resultado.

Pero “aleatoriedad” no es la palabra correcta. El universo no es aleatorio , absolutamente no, es todo menos aleatorio . Probabilistic es la palabra, y eso es algo completamente diferente de aleatorio. Y es por eso que el mundo macroscópico parece determinista, porque las probabilidades se siguen tan de cerca que cualquier desviación del resultado más probable es tan pequeña que se vuelven casi imperceptibles. Cuando se habla de la naturaleza probabilística de la mecánica cuántica, muchas personas no se dan cuenta realmente de la magnitud de esa naturaleza, leen que “el resultado es impredecible” y piensan que el resultado es casi aleatorio.

No es así como funciona, el resultado es “casi predecible” para la mayoría de los propósitos prácticos. Es solo cuando hablamos de pequeños sistemas, como una sola partícula aislada en un experimento de laboratorio, que descubrimos la imprevisibilidad. Pero para cualquier sistema compuesto por un gran número de partículas, casi todas siguen la evolución del “resultado más probable”, y si solo una o unas pocas partículas individuales del sistema se desvían ligeramente de eso, no afecta la naturaleza del Todo el sistema de cualquier manera. El sistema se comporta de una manera aparentemente totalmente determinista.

Hay algunas interpretaciones de QM que intentan restaurar el determinismo completo, la Interpretación de Muchos Mundos o el Superdeterminismo, pero honestamente tienen problemas importantes (no considero que la Mecánica de Bohmi sea determinista porque todavía requiere que la Regla de Nacimiento explique cómo se manifiesta la onda piloto partícula, y considero que las variables ocultas están descartadas por el teorema de Bell).

Los misterios clave que aún no hemos resuelto son el problema de la medición y el efecto observador. Pero estos no parecen tener necesariamente mucho que ver con la naturaleza probabilística de la gestión de la calidad.

Answer 6

Sigo tu línea de pensamiento, sin embargo, cuestiono tu evaluación de que sabes que obtendrías un colapso idéntico en un universo paralelo. No hay forma de saberlo ni de probarlo. Además de eso es más o menos lo que hacen las variables ocultas.

De todos modos, digamos que el universo era determinista en su base. Supongamos que ocurrieron dinámicas no lineales en escalas de longitud y tiempo continuas inaccesibles para las mediciones humanas. Imho esto es bastante cierto. La mezcla caótica mezclaría los estados iniciales, por lo que las medidas humanas parecen medir las distribuciones de probabilidad. Entonces, incluso en un universo determinista es razonable esperar dinámicas probabilísticas medidas.

Finalmente, insistir en el uso de variables continuas tiene que resultar en algún tipo de desenfoque después de un número limitado de dígitos significativos o hay demasiada información en la variable. Esto se hace mediante la mecánica cuántica. Alternativamente, las variables podrían ser discretas pero deterministas, pero apuesto a que tal teoría requeriría mediciones alrededor del tiempo y la duración de Planck.
Como observación final, no entiendo por qué a las personas no les gustan las variables probabilísticas. Me parece egocéntrico que cualquier humano crea que su intuición sobre la estructura fundamental de la naturaleza es casi correcta, ya que en este dominio se ha demostrado que la intuición de los hombres buenos es errónea una y otra vez. Debemos seguir las medidas.

Answer 7

Buena idea, pero me opongo a una de sus premisas subyacentes pero tácitas.

La aleatoriedad en el movimiento browniano y las peonzas, aunque parece impredecible, en realidad está muy bien caracterizada. Con esto quiero decir que no solo hay ecuaciones para modelar estos procesos, sino que incluso podemos obtener predicciones convergentes acerca de su comportamiento a medida que el tiempo pasa al infinito. Note la palabra clave aquí: convergente.

La aleatoriedad en la mecánica cuántica es otro juego de pelota. Ciertamente, tenemos ecuaciones para predecir los estados cuánticos de una partícula. Y sí, la forma en que los estados evolucionan con el tiempo está bien caracterizada. Pero hay una diferencia crucial. Incluso si podemos predecir el comportamiento de una partícula en términos de su estado, esto no cambia que el “estado” de una partícula no sea una cosa precisa. Tome la ubicación de la partícula, por ejemplo. Podemos calcular la distribución de probabilidad de una ubicación de una partícula. Pero eso es todo. Nuestra predicción nunca convergerá en un punto singular. Siempre estamos atrapados con una nube nebulosa.

Bien, bien, en términos de posición, el movimiento browniano es el mismo, ¿no? Cierto. Pero hay otra distinción. Podemos decir con confianza que en el momento t = 1836262935 nuestra partícula Browniana estará en una sola ubicación. Si hiciéramos el mismo experimento con una partícula cuántica, estaría en TODAS las ubicaciones posibles a la vez. Se colapsaría en una única ubicación con una probabilidad conocida si intentáramos medirla, pero antes de la medición no tiene una única ubicación.

El tipo de aleatoriedad es muy diferente entre los dos casos. Sin embargo, no estoy afirmando ser un experto en el tema. Incluso podría ser completamente correcto hacer esta pregunta; Creo que los físicos de la teoría de cuerdas pueden tener exactamente el mismo pensamiento: que hay algo más subyacente en la mecánica cuántica. segundos, la partícula que se mueve por el movimiento browniano estará en una sola ubicación. Simplemente no estamos seguros de dónde está eso hasta que suceda. Una partícula cuántica estará en TODAS las ubicaciones posibles, según lo determinado por su estado cuántico de evolución.

Answer 8

Si su única herramienta de medición se mueve a la velocidad de la luz y lo que está tratando de medir es rebotar a la velocidad de la luz, no podrá medirla con perfecta certeza.

El hecho de que las reglas del juego estén determinadas no significa que el juego lo sea.

Answer 9

Sí, hay una aleatoriedad real. No contradice el determinismo en general, al menos el llamado determinismo adecuado que estamos experimentando en la realidad actual.

Sin embargo, contradice el determinismo completo del 100%, lo que no permite ninguna aleatoriedad. Pero no hay razón para preocuparse, el determinismo completo es solo una construcción imaginaria, básicamente una religión de algún tipo, que no explica el origen de nada ni describe la realidad en que vivimos.