¿La interpretación de Copenhague de la mecánica cuántica se interpone en el camino del progreso continuo en la física cuántica?

La interpretación de Copenhague obstruye algunos tipos de progreso pero no otros.

Como han señalado otras respuestas, a pesar del predominio de la interpretación de Copenhague, ha habido un progreso notable en la física cuántica en los últimos 90 años. Sin embargo, eso no implica que la interpretación de Copenhague no haya impedido el progreso en ciertas otras direcciones. Por ejemplo, creo que es justo decir que el predominio de la interpretación de Copenhague desanimó o desestimó la formulación de ciertos tipos de preguntas. Por ejemplo, la comprensión de la no localidad y el enredo surgió de la investigación de Bohm y Bell, quienes se atrevieron a cuestionar la ortodoxia de Copenhague.

En la medida en que las interpretaciones de la mecánica cuántica son todas interpretaciones del mismo formalismo matemático, que hace las mismas predicciones empíricas, las interpretaciones están vacías de contenido empírico. Sin embargo, eso no los hace irrelevantes o inútiles. Una interpretación proporciona una intuición física que puede guiar la formación de nuevas hipótesis y preguntas. Una interpretación puede proporcionar información sobre un problema que otra no. Estar limitado a una sola interpretación es una limitación innecesaria y contraproducente para el avance creativo de la física. Y eso es tan cierto de la interpretación de Copenhague como cualquier otra. Deberíamos utilizarlos todos para las diferentes perspectivas que pueden ofrecer.

Depende de a quién le preguntes. La mayoría de las personas que “estudian e investigan” física en las universidades están perfectamente contentas con barrer las preguntas sobre la interpretación debajo de la alfombra.

Por otro lado, hay otros (mecánica bohmiana, teoría de muchos mundos, etc.) que hacen estas preguntas y ponen bajo coacción la interpretación de Copenhague. Ahora, el número del segundo tipo de personas es extremadamente pequeño, por lo que la interpretación de Copenhague es en gran medida una ortodoxia. Sin embargo, para llegar a una respuesta a su pregunta, uno debe tener en cuenta que la mayoría de los progresos no solo en Física Cuántica, sino en cualquier física en general, surgieron cuestionando dogmas establecidos, buscando lagunas y paradojas e intentando responderlas.

Para darle un par de ejemplos, Louis de Broglie llegó a la idea de que hay una onda asociada con cada partícula de materia después de descubrir una inconsistencia de que las frecuencias de dicha onda tenían diferentes expresiones si se las miraba desde el punto de vista del aumento de la relatividad. masa (a medida que el cuerpo se acelera) versus el tiempo dilatado. Obviamente, en el primer caso, la frecuencia vista por un observador estacionario aumenta, mientras que en el segundo disminuye. El genio de De Broglie consistió en postular que de alguna manera estos dos deben coincidir en valores. De ahí nació su famosa expresión lambda = h / p.

El mismo principio de descubrimiento funcionó para la Teoría Especial de la Relatividad. Einstein preguntó por qué las ecuaciones de Maxwell no parecen transformarse “bien” (es decir, permanecen invariables) bajo el principio de relatividad de Galileo y Newton. Otra forma de decirlo es que el electromagnetismo se veía diferente en diferentes marcos de referencia que se movían uniformemente entre sí. A su vez, esto llevó a su desarrollo de STR.

Como puede ver, para lograr un progreso verdaderamente innovador en física (y cualquier disciplina, para el caso), uno necesita cuestionar los dogmas existentes. En lo que a mí respecta, suscribirme a la interpretación de Copenhague durante 70 años sin hacerlo, es un obstáculo inequívoco para el progreso de la física.

Editar: leí la respuesta de Viktor Toth arriba y traté de comentar; Sin embargo, parece que no puedo hacerlo.

Por lo tanto, me gustaría señalar algunas cosas. El hecho de que el “progreso ha continuado bien durante los últimos 70 años” no es absoluto ni contradictorio para no cuestionar los dogmas. De hecho, está muy en línea con él. Todo se trata de lo que uno considera como un “progreso”.

En particular, este “progreso” ha implicado ignorar el problema de los infinitos, así como describir la carga puntual. ¿Qué es un punto de carga? La razón por la que el QFT ha sido “exitoso” es precisamente porque ha barrido la cuestión de los infinitos y las cargas puntuales debajo de la alfombra. Es precisamente esta actitud y no algún “éxito” la razón de “la notable ausencia de cualquier mención de Copenhague o sus primos en la mayoría de los libros de texto modernos de teoría cuántica de campos”.

Estas notas deben ser claras para cualquiera que mire la imagen completa y no solo calcule ciegamente algunas predicciones usando QFT. ¿Hay algún momento para los cálculos? Indudablemente. Pero si estamos discutiendo el amplio progreso, cuestionar los dogmas y las brechas o puntos pasados ​​por alto es absolutamente la forma de avanzar.

Las interpretaciones de la mecánica cuántica no han tenido impacto en el progreso de la física cuántica durante casi un siglo. En la década de 1920, cuando se estaba finalizando la mecánica cuántica, reemplazando la “vieja teoría cuántica” de Bohr, las interpretaciones eran importantes y condujeron la investigación. Se ha dado el ejemplo de de Broglie. Fue Max Born quien finalmente llegó a la interpretación del módulo al cuadrado de la función de onda como densidad de probabilidad. [*] Sin embargo, ese momento pasó, y desde entonces el progreso ha sido independiente de los problemas de interpretación.

• 1940. QED, y la teoría cuántica de campos, de la talla de Feynman, Tomonaga y Schwinger no prestaron atención a la interpretación; Feynman, estando en el campamento de “cállate y calcula” en ese momento. La interpretación de la amplitud de probabilidad como … la amplitud de probabilidad permaneció inalterada.
• 1960 / 70s. Teorías de campo unificadas Electroweak, quarks, SU (3). Ídem.
• 1970 / 80s. Supersimetría Ídem.
• 1980 +. Cuerdas, membranas. Ídem.

Una corrección a la pregunta, la Interpretación de Copenhague no es parte del campo de “cállate y calcula”. Este último evita todas las interpretaciones. Y Viktor está equivocado acerca de que QFT proporciona una interpretación, pero como no toma comentarios, nunca aprenderá … ☺

Aclaración: Viktor me recuerda que solo afirmó que QFT dejó obsoletos los problemas de interpretación. Tampoco estoy de acuerdo con este reclamo. Los problemas de interpretación parecen tan irresueltos ahora como, digamos, hace 50 años: creo que la gente está más cansada de ellos ahora, viendo cuánto tiempo ha pasado desde los días embriagadores de De Broglie, Heisenberg, Schrodinger, Born. Ciertamente es cierto que la Interpretación de Copenhague se menciona menos en los libros de texto hoy en día, como dice Viktor. Dicho esto, soy un entusiasta fanático de MWI, así que eso no me desagrada …

[*] es una de las ironías de la historia que Max Born deslizó su ímpetu “la densidad de probabilidad es igual al cuadrado del módulo de la función de onda” en una nota al pie, como una corrección de último minuto a una declaración errónea en su artículo.

Mi opinión es simple: la adopción de cualquier dogma inhibirá el progreso de la persona que adopta el dogma. Sin embargo, todos son libres de cuestionar cualquier teoría actual, y todos son libres de adoptar una nueva teoría o una nueva interpretación. Entonces, no, la Interpretación de Copenhague no puede obstaculizar el progreso, PERO la subordinación ciega a ella, o cualquier otra teoría, sí puede.

Añadiría un comentario a dos de las respuestas anteriores. Deberías leer los dos últimos párrafos del comentario de Jade Boy. Con respecto a la respuesta de Viktor Toth, no estoy de acuerdo en que no tenga sentido preguntar, “¿por qué hendidura pasó?” Si nos fijamos en Kocsis et al. Science 332 : 1170 – 1173, verá que uno puede asignar “rutas de fotones” más o menos exactamente como lo predice Bohm, y en particular, un fotón que se puede mostrar que atraviesa la ranura de la izquierda no termina en el Alas derechas de un patrón de difracción. Además, Lundeen et al Nature 474 : 188 – 191 mostraron que a medida que viaja un fotón, experimenta un cambio de fase. No estoy convencido de que QFT pueda predecir ninguna de estas observaciones, y si pueden, tanto los autores como sus árbitros se negaron a hacer su trabajo adecuado. No creo que QFT sea la única teoría posible que une la teoría cuántica con la relatividad, y de hecho, dado que QFT parece depender de los antecedentes, me parece incompatible con la relatividad como se acepta actualmente (aunque para ser justos, creo que este problema puede Ser eliminado). Además, está lejos de ser claro que ninguna otra teoría puede hacer frente a las interacciones de partículas y aniquilaciones de partículas. Solo porque hasta ahora nadie se ha molestado en intentarlo, y nuevamente para ser justos, ¿por qué lo harían cuando QED parece hacer un trabajo muy aceptable, con un poco de empirismo y la presencia de “renormalización” de infinitos? Sí, QFT ha hecho un buen trabajo al calcular, pero creo que sería valiente apostar que en el futuro algo más no lo reemplazará.

Una de las principales personas que tienen carne de res con la interpretación de Copenhague es que propone dos mecanismos contradictorios para determinar cómo evoluciona un sistema cuántico en el tiempo:

1. Evolución unitaria a través de la ecuación de Schrodinger
2. ‘Colapso de la función de onda’ no unitario mediante medición

Los postulados de Copenhague no definen claramente la medición o lo que constituye un dispositivo de medición, por lo que no existe un procedimiento claro para determinar qué proceso está teniendo lugar. ¿Qué tipos de interacciones cuentan como medida? Este problema simplemente se pasa por debajo de la alfombra, junto con muchos otros aspectos del problema de medición.

Además, es filosóficamente insatisfactorio sugerir que un sistema puede sufrir dos procesos incompatibles o que los dispositivos de medición son fundamentalmente diferentes de todos los demás sistemas físicos. Una teoría fundamental de la naturaleza debería ofrecer un marco más claro.

Entonces, ¿este problema ha obstaculizado el progreso de la física? Difícil de decir. No impidió que los físicos cuánticos construyeran el láser, desarrollaran el modelo estándar o inventaran relojes atómicos increíblemente precisos. En la mayoría de los experimentos, los dos procesos están claramente delineados, y no hay necesidad de pensar en la medición con mayor detalle de lo que se expone en la interpretación de Copenhague. En un experimento de Stern-Gerlach, por ejemplo, los electrones experimentan claramente el proceso 1 mientras interactúan con el campo magnético antes de golpear la pantalla y el proceso 2 al interactuar con la pantalla.

Sin embargo, hay muchos escenarios en los que la distinción entre dispositivo de medición y dispositivo de no medición no es tan clara. Además, existe el problema de las mediciones parciales y los estados mixtos en los que las funciones de onda colapsan solo parcialmente. Los dos procesos propuestos no son tan claros. Estas situaciones surgen constantemente en la computación cuántica, por ejemplo, o en cualquier otro lugar donde los efectos de decoherencia plagan el diseño experimental. En tales escenarios, la interpretación de Copenhague y su vago tratamiento de la medición se vuelve problemático, y su aceptación ortodoxa posiblemente ha obstaculizado el progreso en estos campos.

La Interpretación de Copenhague no es tanto un problema como un síntoma del problema conceptual más amplio que subyace en las teorías cuántica y cosmológica de la ciencia moderna. Este problema conceptual es simple y directo. En el ámbito de los teóricos muy pequeños y muy grandes, simplemente han ignorado la implicación fundamental de la relatividad especial que impide la existencia de un marco de referencia subyacente ‘universal’. En ambos casos, el supuesto marco de referencia universal se considera espacio-tiempo.

En el reino cuántico, el espacio-tiempo es un fondo estático, en cosmología es esencialmente un globo de cuatro dimensiones en expansión. En ambos casos, el espacio-tiempo se trata como una entidad unitaria de extensión ‘universal’. Esto es problemático no solo por la supuesta ‘universalidad’ que contradice la RS, sino también porque el espacio-tiempo es un concepto completamente teórico para el cual no existe un correlato físico empíricamente observable.

Como consecuencia, tanto en el ámbito cuántico como cosmológico, es una práctica común barrer las discrepancias inherentes entre el modelo y la realidad observacional en el ámbito de lo no observable, de los muchos mundos, de los multiversos, de las cosas que están más allá de cualquier esperanza de Observación o detección directa. Y como consecuencia de eso, la descripción de la realidad física que ofrece la teoría cuántica es incoherente, mientras que la que ofrece la cosmología es simplemente ridícula.

Esta situación es aparentemente satisfactoria para los teóricos matemáticos, pero la ciencia tiene más que obtener la respuesta correcta en un examen. La ciencia en la raíz busca comprender cómo funcionan las cosas, no solo ofrecer una descripción matemática de lo que está sucediendo. La comprensión de cómo funcionan las cosas implica, necesariamente, un modelo cualitativo que tiene sentido físico en términos científicos. No existe tal modelo en teoría cuántica o cosmológica. Ya es hora de reconsiderar los supuestos fundamentales comunes de ambos modelos si se va a hacer algún progreso cualitativo.

Todas las interpretaciones de la mecánica cuántica son solo eso, “interpretaciones”. Una interpretación de una teoría no cambia las predicciones reales de la teoría. Cada interpretación de la mecánica cuántica dará como resultado exactamente los mismos cálculos para las probabilidades numéricas de varios resultados experimentales. Por lo tanto, ningún experimento puede decidir qué “interpretación” es verdadera ya que todas las interpretaciones producen exactamente las mismas predicciones experimentales.

Si una llamada “interpretación” realmente predijera un resultado experimental diferente, no sería una interpretación, sino una teoría nueva. Entonces podríamos ir y realizar el experimento y ver si la nueva teoría es correcta o si la antigua teoría de la mecánica cuántica es correcta.

Entonces, ¿qué es una interpretación? Es un punto de vista filosófico: un intento de elegir algún tipo de ontología que se supone que está debajo de la teoría cuántica real. Al igual que todas las otras teorías filosóficas, producen muchas palabras, pero no producen ningún resultado experimentalmente verificable que permita la acumulación de evidencia para una teoría filosófica sobre otra.

La conclusión es que las diversas interpretaciones de la mecánica cuántica no producen diferentes resultados verificables experimentalmente, por lo que ninguna de las interpretaciones se interpone en el camino del progreso continuo en la mecánica cuántica.

Hmm … ¿qué “propiedades subyacentes a la mecánica cuántica” tienes en mente? Su pregunta sugiere que QM tiene una “explicación” en términos de paradigmas más comprensibles y cómodos que todavía no hemos descubierto: que todos los aspectos contraintuitivos de QM tendrían perfecto sentido si supiéramos lo que realmente está sucediendo. ¿Es esa tu creencia?