La Singularidad Desnuda

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El amigo de Wigner y los misterios de la mecánica cuántica

Posted by Carlos en agosto 18, 2008

Eugene Paul Wigner

Eugene Paul Wigner (1902-1995)

La física se está volviendo terriblemente compleja, tanto que para cuando un físico aprende lo suficiente para comprender la naturaleza de los problemas ya es demasiado viejo para solucionarlos.

Eugene Wigner, físico y matemático húngaro

Eugene P. Wigner fue un físico y matemático de origen húngaro, fundamentalmente conocido por su investigación en el área de la mecánica cuántica y la física nuclear, la cual le valdría en 1963 el Premio Nobel de física. Científico de enorme talento, realizó también incursiones en un campo de índole más filosófica en relación a la interpretación de la mecánica cuántica como descripción de la realidad física, y más concretamente del papel que un observador consciente juega en el modelado de dicha realidad.

A grandes rasgos, un sistema se describe mecanico-cuánticamente mediante una función de onda que evoluciona en el tiempo y que contiene nuestro conocimiento sobre el mismo y los estados en los que puede encontrarse. A nivel macroscópico esta descripción no es determinista, ya que a partir de la función de onda sólo pueden determinarse probabilidades de cada uno de los estados del sistema. En un nivel práctico, el proceso de observación de dicho estado constituye una medida del sistema, y si se repite un gran número de veces la distribución de probabilidad de los resultados tenderá a reproducir la predicción de la función de onda. Existen en cualquier caso un número de cuestiones de fondo de naturaleza ontológica, tales como por ejemplo la realidad física de la función de onda, o el significado preciso de medida u observación.

Desde el punto de vista más clásico, la interpretación de Copenhague sugiere que la función de onda no es más que una construcción matemática sin naturaleza real, y que el proceso de medida resulta en un colapso de dicha función, obteniéndose un resultado de la observación de acuerdo con las probabilidades indicadas por la función de onda. Un punto de vista diametralmente opuesto, la interpretación de los múltiples universos, se basa en la idea de decoherencia cuántica, y sugiere que cuando la interacción de un sistema con su entorno alcanza un estado irreversible (diferentes partes de la función de onda del sistema se entrelazan con la función de onda del entorno de manera que no pueden seguir interfiriéndose), se produce una ramificación en universos alternativos en los que la función de onda parece haber colapsado a cada uno de los posibles resultados de la interacción. Ambas interpretaciones –la de Copenhague y la de los múltiples universos– tienen a su vez diferentes variantes (véase también el apunte de Pedro J. en relación a estos aspectos).

El experimento del gato de Schrödinger

El experimento del gato de Schrödinger

Interpretaciones como la de los múltiples universos simplifican la cuestión del proceso de medida, en particular en relación a la participación de un observador consciente, aunque la divergencia de un número potencialmente infinito de universos pueda parecer una solución poco económica. Por otra parte, la interpretación de Copenhague adolece de la vaguedad de la noción de medida, y es precisamente en este contexto en el que Eugene Wigner propuso el experimento mental conocido como el “amigo de Wigner”. Este experimento es una extensión del conspicuo experimento del gato de Schrödinger, y en él suponemos que la celda del gato está dentro de una celda mayor en la que hay otro científico que participa en el experimento (además de Wigner que permanece en el laboratorio fuera de ambas cajas). De acuerdo con la interpretación de Copenhague del experimento clásico, el gato esta en un estado de superposición vivo/muerto hasta que el observador abre la caja y comprueba su contenido. En el experimento de Wigner se procede del mismo modo, pero dado que el amigo de Wigner está a su vez dentro de una caja, el primero no sabe qué es lo que este último ha observado hasta que él mismo abra la celda y le pregunte. La cuestión es: ¿está el gato en un estado macroscópicamente definido una vez que el primer observador abre la caja, o sólo cuando Wigner descubre el resultado final? De asumir que no lo está en el momento en el que el amigo de Wigner abre la caja del gato, sino que se produce una superposición “gato vivo-amigo feliz”/“gato muerto-amigo triste”, podemos aplicar el mismo razonamiento a Wigner con relación a un tercer observador, y así sucesivamente. Se ha producido una catástrofe de von Neumann que sólo se puede solventar si se asume que fue el primer observador consciente el que hizo que la función de onda colapsara.

Nuevamente, la interpretación de los múltiples universos elimina esta aparente necesidad de un observador consciente, pero no es la única. Por ejemplo, teorías de colapso objetivo, e.g., la abogada por Roger Penrose, simplifican la cuestión: tan pronto como la superposición de estados alcanza una complejidad crítica se produce el colapso de manera espontánea. Ambas interpretaciones resultan satisfactorias, partiendo por supuesto de la base que el observador consciente no ha de tener ningún papel especial, lo cual parece bastante razonable. Como dijo Einstein, “¿de veras piensas que la Luna no está cuando no la miras?

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7 comentarios to “El amigo de Wigner y los misterios de la mecánica cuántica”

  1. Pedro J. said

    Digamos que la decoherencia es un mecanismo físico que produciría el colapso de la función de onda en la interpretación de Copenhague y crearía dos configuraciones separadas en la interpretación de los universos múltiples, una con un “amigo” apuntando que ha visto un gato muerto y otro que ha visto un gato vivo. En realidad ambas configuraciones siguen en superposición pero en una cantidad despreciable –te lo puedes imaginar como una distribución de amplitudes de probabilidad en el espacio de configuración que se ha alargado formando algo así como unas pesas de halterofilia donde cada pesa lateral puede ser aproximada como una configuración distinta aunque en realidad siguen conectadas–.

    Lo curioso de esta última interpretación es que sólo es rechazada por el impacto psicológico de ese amigo desdoblado. Pero hay que mirarlo exactamente al revés. El amigo feliz no es más que una lámina de cebolla del sistema físico total. De hecho es similar a cuando en relatividad representa la vida de una persona por una línea de mundo estática en el espacio-tiempo de tal manera que cuando hace un corte que representa a 1996 digamos obtienes sólo una lámina de cebolla de la realidad. La persona desde el punto de vista físico es en realidad la línea de mundo. No sé si me explico.

    El post que enlazabas es parte de una serie que está en progreso y cuyo última entrega está en

    http://ecos.blogalia.com/historias/58926

    En realidad he ido escribiendo dando palos de ciego sin saber lo que va a salir, pero bueno, ¿no están los blogs para eso?.

    saludos

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  3. Carlos said

    Hola Pedro J. La imagen mental de las halteras es muy buena. Es verdad que siempre que hay observadores conscientes de por medio las cosas se complican (es como si fuésemos máquinas de colapsar/decohesionar). Sigue con la serie sobre cuántica, que está interesante. Saludos.

  4. [...] El amigo de Wigner y los misterios de la mecánica cuántica [...]

  5. Incoherente said

    ¿Y qué me dicen del propio gato?¿No es también un amigable observador? Cuanto antropocentrismo,por Dió….

  6. Carlos said

    El gato como observador es lo de menos, incluso en el experimento original. Su única finalidad es la de servir como objeto macroscópico en superposición de estados irreconciliables. Puede usarse en su lugar un objeto inanimado. En cualquier caso, si se asume que el gato es un observador consciente simplemente se está añadiendo un nivel más en la cadena de observadores del experimento de Wigner.

  7. Debo de ser muy ceporro, pero después de décadas dando vueltas a estos problemas, sigo pensando que la función de onda está mal planteada o mal resuelta. No me trago las implicaciones de aceptar que la observación la modifique.

    Hace 30 años me dieron un “ejemplo” que se refería al microscopio electrónico: no podemos observar partículas más pequeñas que la longitud de onda usada para observarlas. Esto seguramente no tiene nada que ver con las paradojas aquí expuestas, pero al menos es fácil de entender.

    La cita de Wigner al inicio del post es otro buenísimo ejemplo de paradoja. Me recuerda el final de “La investigación” de Stanislaw Lem, cuando el científico calcula el tiempo necesario para resolver el problema, llega a la conclusión de que es más de 20 años y, como su esperanza de vida es notablemente inferior, cambia de tema.

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