Interpretación de muchas mentes

La interpretación de muchas mentes de la mecánica cuántica amplía la interpretación de muchos mundos al proponer que la distinción entre mundos debe hacerse al nivel de la mente de un observador individual. El concepto fue introducido por primera vez en 1970 por H. Dieter Zeh como una variante de la interpretación de Hugh Everett en relación con la decoherencia cuántica, y más tarde (en 1981) explícitamente llamado interpretación de muchas o múltiples conciencias. El nombre interpretación de muchas mentes fue utilizado por primera vez por David Albert y Barry Loewer en 1988.

Historia

Interpretaciones de la mecánica cuántica

Las diversas interpretaciones de la mecánica cuántica suelen implicar la explicación del formalismo matemático de la mecánica cuántica o la creación de una imagen física de la teoría. Si bien la estructura matemática tiene una base sólida, todavía hay mucho debate sobre la interpretación física y filosófica de la teoría. Estas interpretaciones pretenden abordar diversos conceptos como:

1. Evolución del estado de un sistema cuántico (de la función de onda), típicamente a través del uso de la ecuación Schrödinger. Este concepto es casi universalmente aceptado, y rara vez se plantea al debate.
2. El problema de medición, que se relaciona con lo que llamamos colapso de la función de onda – el colapso de un estado cuántico en una medida definida (es decir, un eigenstat específico de la función de onda). El debate sobre si este colapso ocurre realmente es un problema central en la interpretación de la mecánica cuántica.

La solución estándar al problema de la medición es la "ortodoxa" o "Copenhague" interpretación, que afirma 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 muchos mundos, fue descrita por primera vez por Hugh Everett en 1957 (donde se la llamó interpretación de estado relativo, el nombre muchos mundos fue acuñado por Bryce Seligman DeWitt a partir de la década de 1960 y finalizado en los años 70). Su formalismo de la mecánica cuántica negó que una medición requiera el colapso de una onda, sugiriendo en cambio que todo lo que es realmente necesario de una medición es que se forme una conexión cuántica entre la partícula, el dispositivo de medición y el observador.

La interpretación de los muchos mundos

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 observadores y sistemas de medición, que se vuelven parte de un estado universal (la función de onda) que siempre se describe a través de la ecuación de Schrödinger (o su alternativa relativista). Es decir, los estados de los subsistemas que interactuaron se "entrelazan" de tal manera que cualquier definición de uno debe involucrar necesariamente al otro. Por lo tanto, el estado de cada subsistema solo se puede describir en relación con cada subsistema con el que interactúa (de ahí el nombre de estado relativo).

Esto tiene algunas implicaciones interesantes. Para empezar, Everett sugirió que el universo en realidad es indeterminado como un todo. Para ver esto, considere a un observador que mide alguna partícula que comienza en un estado indeterminado, como ambos giros hacia arriba y giros hacia abajo, por ejemplo, una superposición de ambas posibilidades. Sin embargo, cuando un observador mide el giro de esa partícula, siempre se registra como ya sea arriba o abajo. El problema de cómo entender este cambio repentino de "tanto hacia arriba como hacia abajo" a "hacia arriba o hacia abajo" se llama problema de medida. De acuerdo con la interpretación de muchos mundos, el acto de medir forzó una "división" del universo en dos estados, uno girando hacia arriba y otro girando hacia abajo, y las dos ramas que se extienden desde esos dos estados posteriormente independientes. Una rama mide. El otro mide hacia abajo. Mirar el instrumento le informa al observador en qué rama está, pero el sistema en sí es indeterminado en este y, por extensión lógica, presumiblemente en cualquier nivel superior.

Los "mundos" en la teoría de muchos mundos son solo el historial de medición completo hasta y durante la medición en cuestión, donde ocurre la división. Cada uno de estos "mundos" describe un estado diferente de la función de onda universal y no pueden comunicarse. No hay un colapso de la función de onda en un estado u otro, sino que simplemente te encuentras en el mundo que conduce a la medición que has realizado y no eres consciente de las otras posibilidades que son igualmente reales.

La interpretación de muchas mentes

La interpretación de muchas mentes de la teoría cuántica es muchos mundos con la distinción entre mundos construidos al nivel del observador individual. Más que los mundos que se bifurcan, es la mente del observador.

El propósito de esta interpretación es superar el concepto fundamentalmente extraño de que los observadores están en superposición consigo mismos. En su artículo de 1988, Albert y Loewer argumentan que simplemente no tiene sentido pensar que la mente de un observador se encuentra en un estado indefinido. Más bien, cuando alguien responde a la pregunta sobre qué estado de un sistema ha observado, debe responder con total certeza. Si están en una superposición de estados, entonces esta certeza no es posible y llegamos a una contradicción. Para superar esto, sugieren que son simplemente los "cuerpos" de las mentes los que están en superposición, y que las mentes deben tener estados definidos que nunca están en superposición.

Cuando un observador mide un sistema cuántico y se entrelaza con él, ahora constituye un sistema cuántico más grande. En cuanto a cada posibilidad dentro de la función de onda, corresponde un estado mental del cerebro. Y, en última instancia, solo se experimenta una mente, lo que hace que las demás se ramifiquen y se vuelvan inaccesibles, aunque reales. De esta manera, a todo ser sintiente se le atribuye una infinidad de mentes, cuya prevalencia corresponde a la amplitud de la función de onda. Cuando un observador verifica una medida, la probabilidad de realizar una medida específica se correlaciona directamente con la cantidad de mentes que tienen donde ven esa medida. Es de esta manera que la naturaleza probabilística de las medidas cuánticas se obtiene mediante la Interpretación de Múltiples Mentes.

No localidad cuántica en la interpretación de muchas mentes

El cuerpo permanece en un estado indeterminado mientras las mentes eligen un resultado estocástico.

Considere un experimento en el que estamos midiendo la polarización de dos fotones. Cuando se crea el fotón, tiene una polarización indeterminada. Si una corriente de estos fotones pasa a través de un filtro de polarización, pasa el 50% de la luz. Esto corresponde a que cada fotón tenga un 50 % de posibilidades de alinearse perfectamente con el filtro y, por lo tanto, pasar, o estar desalineado (en 90 grados con respecto al filtro de polarización) y ser absorbido. Mecánicamente cuántica, esto significa que el fotón se encuentra en una superposición de estados en los que pasa o se absorbe. Ahora, considere la inclusión de otro detector de fotones y polarización. Ahora, los fotones se crean de tal manera que se enredan. Es decir, cuando un fotón adquiere un estado de polarización, el otro fotón siempre se comportará como si tuviera la misma polarización. Para simplificar, tome el segundo filtro perfectamente alineado con el primero o perfectamente desalineado (90 grados de diferencia en el ángulo, de modo que se absorba). Si los detectores están alineados, ambos fotones pasan (es decir, decimos que están de acuerdo). Si están desalineados, solo pasa el primero y se absorbe el segundo (ahora no están de acuerdo). Por lo tanto, el enredo provoca correlaciones perfectas entre las dos mediciones, independientemente de la distancia de separación, lo que hace que la interacción no sea local. Este tipo de experimento se explica con más detalle en Quantum Non-Locality and Relativity de Tim Maudlin, y se puede relacionar con los experimentos de prueba de Bell. Ahora, considere el análisis de este experimento desde el punto de vista de muchas mentes:

Sin observador consciente

Considere el caso en el que no hay un observador sensible, es decir, no hay una mente alrededor para observar el experimento. En este caso, el detector estará en un estado indefinido. El fotón pasa y es absorbido, y permanecerá en este estado. Las correlaciones se retienen porque ninguno de los posibles "estados mentales" o de función de onda corresponde a resultados no correlacionados.

Una observadora sensible

Ahora amplíe la situación para que un ser consciente observe el dispositivo. Ahora, ellos también entran en el estado indefinido. Sus ojos, cuerpo y cerebro ven ambos giros al mismo tiempo. La mente, sin embargo, elige estocásticamente una de las direcciones, y eso es lo que la mente ve. Cuando este observador pase al segundo detector, su cuerpo verá ambos resultados. Su mente elegirá el resultado que concuerde con el primer detector, y el observador verá los resultados esperados. Sin embargo, la mente del observador que ve un resultado no afecta directamente el estado distante; simplemente no hay una función de onda en la que no existan las correlaciones esperadas. La verdadera correlación solo ocurre cuando realmente pasan al segundo detector.

Dos observadores conscientes

Cuando dos personas miran dos detectores diferentes que escanean partículas entrelazadas, ambos observadores entrarán en un estado indefinido, como con un observador. Estos resultados no necesitan estar de acuerdo: la mente del segundo observador no tiene que tener resultados que se correlacionen con los del primero. Cuando un observador le dice los resultados al segundo observador, sus dos mentes no pueden comunicarse y, por lo tanto, solo interactuarán con el cuerpo del otro, que aún es indefinido. Cuando el segundo observador responde, su cuerpo responderá con cualquier resultado que esté de acuerdo con la mente del primer observador. Esto significa que la mente de ambos observadores estará en un estado de la función de onda que siempre obtiene los resultados esperados, pero individualmente sus resultados pueden ser diferentes.

No localidad de la interpretación de muchas mentes

Como hemos visto, las correlaciones observadas en la función de onda de la mente de cada observador solo se concretan después de la interacción entre los diferentes polarizadores. Las correlaciones en el nivel de las mentes individuales corresponden a la aparición de la no localidad cuántica (o equivalentemente, la violación de la desigualdad de Bell). Entonces, el mundo de muchos no es local, o no puede explicar las correlaciones EPR-GHZ.

Soporte

Actualmente no hay evidencia empírica para la interpretación de muchas mentes. Sin embargo, hay teorías que no desacreditan la interpretación de muchas mentes. A la luz del análisis de Bell de las consecuencias de la no localidad cuántica, se necesita evidencia empírica para evitar inventar nuevos conceptos fundamentales (variables ocultas). Entonces parecen concebibles dos soluciones diferentes del problema de la medición: el colapso de von Neumann o la interpretación del estado relativo de Everett. En ambos casos se puede restablecer un paralelismo psicofísico (adecuadamente modificado).

Si los procesos neuronales se pueden describir y analizar, entonces se podrían crear algunos experimentos para probar si los procesos neuronales que afectan pueden tener un efecto en un sistema cuántico. Se podría especular sobre los detalles de este acoplamiento entre la conciencia y el sistema físico local sobre una base puramente teórica, sin embargo, sería ideal buscarlos experimentalmente a través de estudios neurológicos y psicológicos.

Objeciones

En la superficie, muchas mentes podría decirse que viola la navaja de Occam; los defensores responden que, de hecho, estas soluciones minimizan las entidades al simplificar las reglas que se requerirían para describir el universo.

Nada dentro de la teoría cuántica requiere cada posibilidad dentro de una función de onda para complementar un estado mental. Como todos los estados físicos (es decir, los estados cerebrales) son estados cuánticos, sus estados mentales asociados también deberían serlo. Sin embargo, no es lo que experimentamos dentro de la realidad física. Albert y Loewer argumentan que la mente debe ser intrínsecamente diferente de la realidad física tal como la describe la teoría cuántica. Por lo tanto, rechazan el fisicalismo de identidad tipo en favor de una postura no reduccionista. Sin embargo, Lockwood salva el materialismo a través de la noción de superveniencia de lo mental sobre lo físico.

Sin embargo, la interpretación de muchas mentes no resuelve el problema de los cascos sin sentido como un problema de superveniencia. Los estados mentales no supervienen a los estados cerebrales ya que un estado cerebral dado es compatible con diferentes configuraciones de estados mentales.

Otra objeción seria es que los trabajadores en las interpretaciones de No Collapse no han producido más que modelos elementales basados en la existencia definitiva de dispositivos de medición específicos. Han asumido, por ejemplo, que el espacio de Hilbert del universo se divide naturalmente en una estructura de producto tensorial compatible con la medida en consideración. También han asumido, incluso cuando describen el comportamiento de objetos macroscópicos, que es apropiado emplear modelos en los que solo se usan unas pocas dimensiones del espacio de Hilbert para describir todo el comportamiento relevante.

Además, como la interpretación de muchas mentes está corroborada por nuestra experiencia de la realidad física, la noción de muchos mundos invisibles y su compatibilidad con otras teorías físicas (es decir, el principio de conservación de la masa) es difícil de reconciliar. De acuerdo con la ecuación de Schrödinger, la masa-energía del sistema observado combinado y el aparato de medición es la misma antes y después. Sin embargo, con cada proceso de medición (es decir, división), la masa-energía total aparentemente aumentaría.

Peter J. Lewis argumenta que la interpretación de muchas mentes de la mecánica cuántica tiene implicaciones absurdas para los agentes que enfrentan decisiones de vida o muerte.

En general, la teoría de muchas mentes sostiene que un ser consciente que observa el resultado de un experimento aleatorio de suma cero evolucionará hacia dos sucesores en diferentes estados de observación, cada uno de los cuales observará uno de los posibles resultados. Además, la teoría le aconseja favorecer las elecciones en tales situaciones en proporción a la probabilidad de que brinden buenos resultados a sus diversos sucesores. Pero en un caso de vida o muerte como meterse en la caja con el gato de Schrödinger, solo tendrás un sucesor, ya que uno de los resultados asegurará tu muerte. Así que parece que la interpretación de muchas mentes te aconseja meterte en la caja con el gato, ya que es seguro que tu único sucesor saldrá ileso. Véase también suicidio cuántico e inmortalidad.

Finalmente, supone que existe alguna distinción física entre un observador consciente y un dispositivo de medición no consciente, por lo que parece requerir eliminar la fuerte hipótesis de Church-Turing o postular un modelo físico para la conciencia.