Teoría del constructor

La teoría de los constructores es una propuesta para un nuevo modo de explicación en física fundamental , desarrollada por los físicos David Deutsch y Chiara Marletto en la Universidad de Oxford desde 2012. ^{[ 1 ] [ 2 ]} La teoría de los constructores expresa las leyes físicas exclusivamente en términos de qué transformaciones físicas, o tareas , son posibles frente a cuáles son imposibles, y por qué. Al permitir tales afirmaciones contrafactuales en la física fundamental, permite expresar nuevas leyes físicas, como la teoría de la información de los constructores. ^{[ 3 ] [ 4 ]}

Los elementos fundamentales de la teoría son las tareas: las especificaciones abstractas de las transformaciones como pares de atributos de entrada-salida. Una tarea es imposible si existe una ley física que prohíbe su realización con una precisión arbitrariamente alta, y posible en caso contrario. Cuando es posible, se puede construir un constructor para ella, también con precisión y fiabilidad arbitrarias. Un constructor es una entidad que puede provocar la realización de la tarea y, al mismo tiempo, conservar la capacidad de volver a provocarla. Ejemplos de constructores incluyen una máquina térmica (un constructor termodinámico), un catalizador (un constructor químico) o un programa informático que controla una fábrica automatizada (un ejemplo de constructor programable). ^{[ 3 ] [ 4 ]}

La teoría fue desarrollada por los físicos David Deutsch y Chiara Marletto . ^{[ 4 ] [ 5 ]} Reúne ideas de diversas áreas, incluyendo la termodinámica , la mecánica estadística , la teoría de la información y la computación cuántica .

Se afirma que la mecánica cuántica y todas las demás teorías físicas son teorías subsidiarias , y la información cuántica se convierte en un caso especial de superinformación . ^{[ 4 ]}

La teoría de la vida del constructor de Chiara Marletto se basa en la teoría del constructor. ^{[ 6 ] [ 7 ]}

Según Deutsch, las teorías físicas actuales, basadas en la mecánica cuántica , no explican adecuadamente por qué algunas transformaciones entre estados son posibles y otras no. Por ejemplo, una gota de tinte puede disolverse en agua, pero la transformación inversa, la agrupación espontánea del tinte, nunca se observa en la práctica. Si bien las leyes microscópicas del movimiento son reversibles en el tiempo (lo que significa que tal inversión no está estrictamente prohibida para trayectorias individuales, sino que es astronómicamente improbable), la teoría de los constructores reformula la pregunta: en lugar de preguntarse qué sucederá dadas las condiciones iniciales, se pregunta si es posible un constructor —un dispositivo que pudiera causar de manera confiable la transformación inversa y conservar la capacidad de hacerlo nuevamente—. En términos de la teoría de los constructores, disolver el tinte es una tarea posible, pero su transposición es imposible: ningún constructor para revertir el proceso de manera confiable puede existir bajo las leyes de la física, aunque la dinámica subyacente sea simétrica en el tiempo. Esto permite una formulación exacta de la segunda ley de la termodinámica sin las aproximaciones que plagan las formulaciones de la mecánica estadística. ^{[ 3 ] [ 8 ] [ 9 ]} La teoría de constructores proporciona un marco explicativo basado en las transformaciones mismas, en lugar de en los componentes. ^{[ 3 ] [ 4 ]}

La información posee la propiedad de que una afirmación dada podría haber dicho algo diferente, y una de estas alternativas no sería verdadera. La alternativa falsa se denomina " contrafactual ". Las teorías físicas convencionales no modelan tales contrafactuales. Sin embargo, el vínculo entre la información y conceptos físicos como la entropía en un sistema termodinámico es tan fuerte que a veces se identifican. Por ejemplo, el área del horizonte de sucesos de un agujero negro es una medida tanto de la entropía del agujero como de la información que contiene, según el límite de Bekenstein . La teoría de constructores es un intento de salvar esta brecha, proporcionando un modelo físico que puede expresar contrafactuales, permitiendo así que las leyes de la información y la computación se consideren leyes de la física. ^{[ 3 ] [ 4 ]}

La teoría de la información del constructor, publicada en Proceedings of the Royal Society A en 2015 por Deutsch y Marletto, ^{[ 3 ]} propone leyes exactas de la física que expresan las regularidades que permiten que la información se instancie físicamente. A diferencia de las teorías de la información anteriores que tratan la información como un concepto matemático a priori , esta teoría sostiene que la naturaleza y las propiedades de la información están determinadas enteramente por las leyes de la física. ^{[ 2 ] [ 3 ]}

Un medio de información se define en términos puramente teóricos de la construcción como un sistema físico con un conjunto de al menos dos atributos tales que son posibles dos transformaciones: cualquier permutación de estos atributos (el "volteo") y la copia de estos atributos en otro sistema (la "copia"). Estas dos propiedades contrafactuales constituyen la base física de la información clásica. ^{[ 3 ] [ 9 ] [ 10 ]}

Un principio fundamental es el principio de interoperabilidad : la combinación de dos medios de información constituye en sí misma un medio de información. Esto requiere que existan ciertas interacciones físicas en la naturaleza y explica por qué la información puede transferirse entre diferentes sustratos físicos independientemente de sus características físicas específicas. ^{[ 3 ] [ 10 ]}

La teoría introduce los medios de superinformación como medios de información en los que ciertas tareas adicionales son imposibles; específicamente, es imposible copiar todos los estados portadores de información simultáneamente, y todas las transformaciones deben ser reversibles. Deutsch y Marletto muestran que estas propiedades dan lugar a todas las diferencias cualitativas conocidas entre la información cuántica y la información clásica, incluyendo la imposibilidad de clonación , la existencia de variables complementarias , la imprevisibilidad objetiva de los resultados de las mediciones y la información localmente inaccesible en sistemas entrelazados . ^{[ 3 ] [ 4 ] [ 10 ]} De este modo, se demuestra que la información cuántica es un caso especial de superinformación.

• Calculando el espacio
• teoría de la computabilidad
• Problema indecidible
• Circuito cuántico
• Teoría probabilística generalizada

• Deutsch, David (diciembre de 2013). "Teoría de constructores". Synthese . 190 (18): 4331– 4359. arXiv : 1210.7439 . Bibcode : 2013Synth.190.4331D . doi : 10.1007/s11229-013-0279-z . S2CID 16083339 . 
• Marletto, Chiara (2021). La ciencia del poder y el no poder. Penguin. ISBN 9780525521921.

• Sitio web oficial
• " Más allá de la mecánica cuántica: la nueva teoría de la realidad de David Deutsch " Blog de arXiv de física de Mediums.com . 28 de mayo de 2014.
• Kehoe, J.; " ¿Hasta qué punto vemos con las matemáticas? ". Blog invitado de Scientific American . 2013.
• " Formulando la ciencia en términos de tareas posibles e imposibles ". edge.org . 12 de junio de 2014.
• «Reconstruyendo la física: El universo es información» . NewScientist.com (Dos destacados físicos cuánticos afirman que la información es clave para comprender el universo. Su teoría de la construcción la sitúa en el centro del debate). 21 de mayo de 2014.