Usuari:Labay11/proves

Mecànica Quàntica Relacional

La interpretació relacional de la mecànica quàntica és una variant de la interpretació dels molts mons de Hugh Everett III introduïda l'any 1996 per Carlo Rovelli. Aquesta teoria estén el caràcter relacional de la teoria d'Everett, tot apropant la quàntica a la teoria de la relativitat d'Einstein, però descarta l'existència de mons paral·lels. L'objectiu és eliminar la distinció entre observador i observable que es dona en la interpretació de Copenhaguen, traient tot significat físic a l'estat quàntic, però assumint la validesa de la formulació matemàtica original.

Motivació

La teoria de la Mecànica Quàntica (MQ) presenta molts problemes conceptuals que dificulten la seva comprensió des de la seva formulació, fins i tot als seus creadors. Les propietats intrínseques de la nova teoria contradeien la intuïció clàssica dels grans físics del segle XX. Aquesta nova teoria va introduir estats superposats, entrellaçament quàntic, dualisme d’ona-partícula i alguns altres, sense analogia clàssica. Profundes discussions acaben construint la interpretació de Copenhaguen o ortodoxa, construïda com un conjunt de 5 postulats matemàtics que descriuen l’espai, l’evolució i la mesura dels estats quàntics, així com les regles per avaluar la probabilitat d’un esdeveniment .

No obstant això, el posterior desenvolupament de la teoria va mostrar que aquesta última interpretació no era suficient per explicar el comportament de la realitat. Especialment, una de les preguntes més importants tracta sobre la mesura i el col·lapse de la funció d'ona . En la interpretació ortodoxa, l'espai dels observadors és clàssic i no es veu afectat pels efectes quàntics. Aquests interactuen amb estats quàntics produint el col·lapse instantani de la funció d'ona de la superposició entre tots els resultats possibles a només un . Introdueix la noció d’un observador extern (que pot ser un aparell, un ésser humà o un déu) invisible a les regles de la mecànica quàntica però capaç de mesurar els seus efectes. Com es possible fer aquesta divisió si tots els elements de l'univers estan fets sobre les mateixes peces microscòpiques que viuen individualment en el domini quàntic? On és el límit entre el món clàssic i el quàntic? Què significa que la funció d'ona col·lapsa instantàniament? Aquesta distinció va portar a la paradoxa EPR on Einstein, Podolsky i Rosen descartaven aquesta visió del món ja que implicava la comunicació d'informació a velocitats superiors a la de la llum, cosa impossible segons la relativitat general.

La comunitat ha tractat aquests problemes creant interpretacions per donar una raó física al que veiem en experiments; algunes propostes introduïen variables ocultes, creaven un nombre infinit de mons, afegien termes no lineals a l’equació de Schrodinger... Totes introdueixen dificultats addicionals i no resolen completament el problema.

Actualment, estem veient contínuament com s’estan desenvolupant tecnologies quàntiques basant-se en la interpretació de Copenhaguen, de manera que certament no està malament en allò que prediu . Per tant, la teoria relacional no pretén rebutjar els procediments matemàtics d'aquesta, sinó incorporar una explicació física del processos i així respondre a alguns dels problemes oberts .

Introducció

La teoria relacional s'ha d'entendre com una democratització de la interpretació de Copenhaguen on tots els sistemes tenen el mateix pes dintre de la teoria, i per tant, tot sistema por actuar com observador i observat . L'objectiu de Carlo Rovelli amb aquest canvi de perspectiva és fer encaixar la MQ dintre de la relativitat especial, on l'important són les relacions entre sistemes i no els sistemes en si. En aquesta teoria, dos observadors poden donar diferents versions d'un mateix esdeveniment, sense que això impliqui un raonament fals, ja que el fet mesurat depèn també de la interacció amb l'observador . Per exemple, una persona aturada al carrer mesurarà la velocitat d'un vehicle diferent a la d'una persona que es mou respecte aquest, però en el moment que comparin les seves velocitats amb les del vehicle els dos veuran que troben el mateix valor. Així, la teoria relacional parteix del principi que una mesura no representa una veritat universal, sinó que depèn del sistema que s'ha utilitzat per mesurar.

El primer que va dur a terme aquest raonament va ser Hugh Everett III al 1957 quan va proposar que una formulació relacional de la MQ . Aquest article va portar al desenvolupament de la ben coneguda interpretació dels molts mons, on cada mesura crea un univers paral·lel o branca en la formulació original . Si més no, tot i que Rovelli es va inspirar també en el seu treball, les dues interpretacions presenten moltes diferencies conceptuals que veurem més endavant.

Formulació

Primer de tot, en la interpretació relacional, no es pot parlar de l'estat quàntic d'un sistema, o en altres paraules, no existeix un estat quàntic absolut. El màxim que podem dir és que el sistema ${\mathcal {S}}$ té un estat $\psi$ respecte l'observador ${\mathcal {O}}$: $|\psi \rangle _{S:O}$.

Conseqüentment, els estats quàntics no tenen un significat ontològic, en el món físic, només són eines matemàtiques que ens permetre codificar la informació i deduir les probabilitats dels esdeveniments . Per aquest motiu, Rovelli no modifica la formulació matemàtica, només el punt de vista, que comparteix amb la interpretació Qbista . A més, en perdre tota realitat física, els estats superposats no es poden entendre com aquell gat de Schrödinger que podia estar viu i mort a la vegada. El que et diu el estat és simple i únicament la probabilitat de que estigui viu o mort.

A aquesta idea en ment, Rovelli proposa dues hipòtesis a partir de les quals desenvolupar la interpretació relacional:

1. Tots els sistemes són equivalents.
2. La Mecànica Quàntica és una teoria completa (que encaixa amb tots els experiments realitzats fins al dia d'avui).

L'autor, pren el camí seguit per Einstein en el desenvolupament de la relativitat especial. De fet, la primera hipòtesis coincideix, en gran mesura, amb el principi de relativitat en considerar que les lleis de la física s'apliquen a tots els sistemes per igual. D'altra banda, considerar aquesta afirmació com a hipòtesis soluciona un dels problemes de la interpretació de Copenhaguen. No hi ha distinció entre món clàssic i quàntic, per tant, tampoc hi ha col·lapse de la funció d'ona, només interaccions, les quals es poden explicar des de qualsevol dels sistemes que intervenen.

La segona hipòtesis posa de manifest que la formulació matemàtica utilitzada a la interpretació ortodoxa és correcta i aplica també en aquesta. Tant la llei de Born per a calcular la probabilitat dels esdeveniments, com l'equació de Schrödinger per calcular com evolucionen les probabilitats amb el temps. És important aclarir que Rovelli no vol explicar d'on ve la aleatorietat en aquesta teoria, ell l'assumeix com a part essencial de la teoria.