Interpretación de muchas mentes

Las diversas interpretaciones de la mecánica cuántica suelen implicar la explicación del formalismo matemático de la mecánica cuántica o la creación de una representación física de la teoría. Si bien la estructura matemática tiene una base sólida, aún existe un amplio debate sobre la interpretación física y filosófica de la teoría. Estas interpretaciones buscan abordar diversos conceptos, tales como:

1. Evolución del estado de un sistema cuántico (dado por la función de onda ), generalmente mediante el uso de la ecuación de Schrödinger . Este concepto es casi universalmente aceptado y rara vez se somete a debate.
2. El problema de la medición , que se relaciona con lo que se denomina colapso de la función de onda —el colapso de un estado cuántico en una medición definida (es decir, un autoestado específico de la función de onda)—, plantea un debate sobre si este colapso realmente ocurre, un problema fundamental en la interpretación de la mecánica cuántica.

La solución estándar al problema de la medición es la interpretación "ortodoxa" o "de Copenhague", que sostiene que la función de onda colapsa como resultado de una medición realizada por un observador o aparato externo al sistema cuántico. Una interpretación alternativa, la Interpretación de los Muchos Mundos, fue descrita por primera vez por Hugh Everett en 1957 ^{[ 3 ] [ 4 ]} (donde se la denominó interpretación del estado relativo; el nombre de Muchos Mundos fue acuñado por Bryce Seligman DeWitt a partir de la década de 1960 y finalizado en la década de 1970 ^{[ 5 ]} ). Su formalismo de la mecánica cuántica negaba que una medición requiriera un colapso de onda, sugiriendo en cambio que lo único verdaderamente necesario para una medición es que se forme una conexión cuántica entre la partícula, el dispositivo de medición y el observador. ^{[ 4 ]}

En la formulación original del estado relativo, Everett propuso que existe una función de onda universal que describe la realidad objetiva de todo el universo. Afirmó que, cuando los subsistemas interactúan, el sistema total se convierte en una superposición de estos subsistemas. Esto incluye a los observadores y sistemas de medición, que pasan a formar parte de un estado universal (la función de onda) que siempre se describe mediante la ecuación de Schrödinger (o su alternativa relativista). Es decir, los estados de los subsistemas que interactúan se entrelazan de tal manera que cualquier definición de uno implica necesariamente al otro. Por lo tanto, el estado de cada subsistema solo puede describirse en relación con cada subsistema con el que interactúa (de ahí el nombre de estado relativo).

Everett sugirió que el universo es, en realidad, indeterminado en su conjunto. Por ejemplo, consideremos un observador que mide una partícula que comienza en un estado indeterminado, con espín hacia arriba y hacia abajo simultáneamente ; es decir, una superposición de ambas posibilidades. Sin embargo, cuando un observador mide el espín de esa partícula, siempre lo registra como hacia arriba o hacia abajo. El problema de cómo comprender este cambio repentino de "ambos hacia arriba y hacia abajo" a "uno u otro hacia arriba" se denomina el problema de la medición . Según la interpretación de los muchos mundos, el acto de medir forzó una "división" del universo en dos estados: uno con espín hacia arriba y otro con espín hacia abajo, y las dos ramas que se extienden desde esos dos estados posteriormente independientes. Una rama mide hacia arriba. La otra mide hacia abajo. Al observar el instrumento, el observador sabe en qué rama se encuentra, pero el sistema en sí es indeterminado en este nivel y, por extensión lógica, presumiblemente en cualquier nivel superior.

En la teoría de los muchos mundos, los «mundos» constituyen el historial completo de mediciones hasta la medición en cuestión, momento en el que se produce la división. Cada uno de estos «mundos» describe un estado diferente de la función de onda universal y no pueden comunicarse entre sí. No existe un colapso de la función de onda en un estado u otro, sino que el observador se encuentra en el mundo previo a la medición que ha realizado, sin ser consciente de las demás posibilidades, que son igualmente reales.

La interpretación de la teoría cuántica como de muchas mentes es la de muchos mundos, con la distinción entre mundos construidos a nivel del observador individual. En lugar de que los mundos se ramifiquen, es la mente del observador la que se ramifica. ^{[ 6 ]} El problema con esta interpretación es que implica que el observador debe estar en superposición consigo mismo, lo cual resulta extraño. En su artículo de 1988, Albert y Loewer argumentaron que la mente de un observador no puede estar en un estado indefinido porque un observador debe responder con absoluta certeza a la pregunta sobre qué estado de un sistema ha observado. Si la mente del observador estuviera en una superposición de estados, no podría alcanzar tal certeza. ^{[ 2 ]} Para superar esta contradicción, sugieren que una mente siempre debe estar en un estado definido y que solo los «cuerpos» de las mentes están en superposición. ^{[ 2 ]}

En consecuencia, cuando un observador mide un sistema cuántico y se entrelaza con él, el resultado es un sistema cuántico mayor. A cada posibilidad dentro de esta función de onda mayor le corresponde un estado mental del cerebro. En última instancia, solo se experimenta uno de estos estados mentales, lo que lleva a que los demás se ramifiquen y se vuelvan inaccesibles, aunque reales. ^{[ 7 ]} De esta manera, todo ser sensible posee una infinidad de mentes, cuya prevalencia corresponde a la amplitud de la función de onda. Cuando un observador verifica una medición, la probabilidad de realizar una medición específica se correlaciona directamente con el número de mentes que tiene donde ve esa medición. Es de esta manera que la naturaleza probabilística de las mediciones cuánticas se obtiene mediante la Interpretación de las Múltiples Mentes.

Consideremos el caso en que no hay un observador consciente, es decir, ninguna mente presente para observar el experimento. En este caso, el detector estará en un estado indefinido. El fotón es a la vez transmitido y absorbido, y permanecerá en este estado. Las correlaciones se omiten, ya que ninguna de las posibles "mentes" o estados de función de onda corresponde a resultados no correlacionados. ^{[ 8 ]}

Ahora, ampliemos la situación a un ser sensible que observa el dispositivo. Ahora, también entra en el estado indefinido. Sus ojos, cuerpo y cerebro ven ambos giros al mismo tiempo. Sin embargo, la mente elige estocásticamente una de las direcciones, y eso es lo que ve. Cuando este observador mira el segundo detector, su cuerpo verá ambos resultados. Su mente elegirá el resultado que coincida con el del primer detector, y el observador verá los resultados esperados. Sin embargo, el hecho de que la mente del observador vea un resultado no afecta directamente al estado distante; simplemente no existe una función de onda en la que no existan las correlaciones esperadas. La correlación verdadera solo se produce cuando realmente mira el segundo detector. ^{[ 8 ]}

Cuando dos personas observan dos detectores diferentes que escanean partículas entrelazadas, ambos observadores entran en un estado indefinido, al igual que un solo observador. Estos resultados no tienen por qué coincidir: la mente del segundo observador no tiene por qué tener resultados que se correlacionen con los del primero. Cuando un observador comunica los resultados al segundo, sus mentes no pueden comunicarse y, por lo tanto, solo interactúan con el cuerpo del otro, que sigue siendo indefinido. Cuando el segundo observador responde, su cuerpo responderá con el resultado que coincida con la mente del primer observador. Esto significa que las mentes de ambos observadores estarán en un estado de la función de onda que siempre produce los resultados esperados, pero individualmente sus resultados podrían ser diferentes. ^{[ 8 ]}

Como hemos visto, cualquier correlación observada en la función de onda de la mente de cada observador solo se concreta tras la interacción entre los diferentes polarizadores. Las correlaciones a nivel de las mentes individuales corresponden a la aparición de la no localidad cuántica (o, equivalentemente, a la violación de la desigualdad de Bell ). Por lo tanto, el modelo de muchos mundos no es local, o no puede explicar las correlaciones EPR-GHZ.