Mecànica quàntica relacional

La mecànica quàntica relacional (MCR) és una interpretació de la mecànica quàntica que tracta l'estat d'un sistema quàntic com a depenent de l'observador, és dir, l'estat és la relació entre l'observador i el sistema. Esta interpretació va ser delineada per primera volta per Carlo Rovelli en una preimpresión de 1994, i des de llavors ha segut ampliada per varis teòrics. Està inspirat en l'idea clau darrere de la relativitat especial, que els detalls d'una observació depenen del marque de referència de l'observador, i utilisa algunes idees de Wheeler en informació quàntica.

El contingut físic de la teoria no té que vore en els objectes en sí, sino en les relacions entre ells. Com diu Rovelli:

"La mecànica quàntica és una teoria sobre la descripció física de sistemes físics en relació en atres sistemes, i esta és una descripció completa del món".

L'idea essencial darrere de la MCR és que diferents observadors poden donar diferents relats precisos del mateix sistema. Per eixemple, per a un observador, un sistema es troba en un únic estat propi "colapsat". Per a un segon observador, el mateix sistema està en una superposició de dos o més estats i el primer observador està en una superposició correlacionada de dos o més estats. La MCR sosté que esta és una image completa del món perque la noció de "estat" sempre és relativa a algun observador. No hi ha un conte "real" privilegiada. El vector d'estat de la mecànica quàntica convencional es convertix en una descripció de la correlació d'alguns graus de llibertat en l'observador, sobre el sistema observat. Els térmens "observador" i "observat" s'apliquen a qualsevol sistema arbitrari, microscòpic o macroscòpic. El llímit clàssic és una conseqüència dels sistemes agregats de subsistema molt altament correlacionados. Per tant, un "event de medició" es descriu com una interacció física ordinària en la que dos sistemes es correlacionan en cert grau entre sí.

Els defensors de l'interpretació relacional argumenten que este enfocament resol algunes de les dificultats interpretatives tradicionals en la mecànica quàntica. En renunciar a la nostra idea preconcebuda d'un estat global privilegiat, es resolen els problemes relacionats en el problema de la medició i el realisme local.

En 2020, Rovelli va publicar un relat de les principals idees de l'interpretació relacional en el seu popular llibre Helgoland.

Història i desenroll

La mecànica quàntica relacional va sorgir d'una comparació dels dilemes plantejats per les interpretacions de la mecànica quàntica en els resultants de les transformacions de Lorentz abans del desenroll de la relativitat especial. Rovelli va sugerir que aixina com les interpretacions prerrelativistas de les equacions de Lorentz es varen complicar en assumir incorrectament que existix un temps independent de l'observador, una suposició igualment incorrecta frustra els intents de donar sentit al formalisme quàntic. El supòsit rebujat per la mecànica quàntica relacional és l'existència d'un estat d'un sistema independent de l'observador.

L'idea ha segut ampliada per Llig Smolin i Louis Crane, els qui han aplicat el concepte a la cosmologia quàntica, i l'interpretació s'ha aplicat a la paradoxa EPR, revelant no solament una coexistència pacífica entre mecànica i relativitat especial, pero una indicació formal d'un caràcter completament local a la realitat.

El problema de l'observador i lo observat

Este problema es va discutir inicialment en detalle en la tesis d'Everett, The Theory of the Universal Wavefunction. Considere l'observador $O$, medint l'estat del sistema quàntic $S$. Assumim que $O$ té informació completa sobre el sistema, i que $O$ pot anotar la funció d'ona $|\psi ⟩$ descrivint-ho. Al mateix temps, hi ha un atre observador $O^{\prime }$, que està interessat en l'estat de tot el sistema $O$-$S$, i $O^{\prime }$ igualment té informació completa.

Per a analisar este sistema formalment, considerem un sistema $S$ que pot prendre un de dos estats, que designarem $|\uparrow ⟩$ i $|\downarrow ⟩$, ket vectores en l'espai de Hilbert $H_S$. Ara, l'observador $O$ desija realisar una medició en el sistema. En el moment $t_1$, este observador pot caracterisar el sistema de la següent manera:

$|\psi ⟩=\alpha |\uparrow ⟩+\beta |\downarrow ⟩,$

a on $|\alpha {|}^2$ i $|\beta {|}^2$ són provabilitats de trobar el sistema en els estats respectius, i òbviament sumen 1. Per als nostres propòsits ací, podem supondre que en un sol experiment, el resultat és l'estat propi $|\uparrow ⟩$ (pero açò pot ser substituït en tot moment, mutatis mutandis, per $|\downarrow ⟩$). Llavors, podem representar la seqüència d'events en este experiment, en l'observador $O$ fent l'observació, de la següent manera:

$\begin{array}{ccc}{t}_1& \to & t_2\\ \alpha |\uparrow ⟩+\beta |\downarrow ⟩& \to & |\uparrow ⟩.\end{array}$

Esta és la descripció de l'observador $O$ de l'event de medició. Ara be, qualsevol medició és també una interacció física entre dos o més sistemes. En conseqüència, podem considerar el producte tensorial del espai de Hilbert $H_S\otimes H_O$, a on $H_O$ és l'espai de Hilbert habitat per vectores d'estat que descriuen $O$. Si l'estat inicial de $O$ és $|\text{init}⟩$, alguns graus de llibertat en $O$ es correlacionan en l'estat de $S$ despuix de la medició, i esta correlació pot prendre un de dos valors: $|O_{\uparrow }⟩$ o $|O_{\downarrow }⟩$ a on la direcció de les fleches en els subíndexs correspon al resultat de la medició que $O$ ha fet en $S$. Si ara considerem la descripció de l'event de medició per l'atre observador, $O^{\prime }$, qui descriu el sistema combinat $S+O$, pero no interactua en ell, a continuació es dona la descripció de l'event de medició d'acort en $O^{\prime }$, de la linealidad inherent al formalisme quàntic:

$\begin{array}{ccc}{t}_1& \to & t_2\\ (\alpha |\uparrow ⟩+\beta |\downarrow ⟩)\otimes |\text{init}⟩& \to & \alpha |\uparrow ⟩\otimes |O_{\uparrow }⟩+\beta |\downarrow ⟩\otimes |O_{\downarrow }⟩.\end{array}$

Per tant, en el supòsit (vore l'hipòtesis 2 a continuació) de que la mecànica quàntica està completa, els dos observadors $O$ i $O^{\prime }$ donen relats diferents pero igualment correctes dels events. $t_1\to t_2$.

Vore també

• Amic de Wigner
• Decoherencia quàntica
• Efecte quàntic de Zenón
• Entrelazamiento quàntic
• Filosofia de la física
• Filosofia de l'informació
• Gat de Schrödinger
• Llum coherent

Referències

• Bitbol, M.: "An analysis of the Einstein–Podolsky–Rosen correlations in terms of events"; Physics Letters 96A, 1983: 66–70.
• Crane, L.: "Clock and Category: Is Quàntum Gravity Algebraic?"; Journal of Mathematical Physics 36; 1993: 6180–6193; Plantilla:ArXiv.
• Everett, H.: "The Theory of the Universal Wavefunction"; Princeton University Doctoral Dissertation; in DeWitt, B.S. & Graham, R.N. (eds.): "The Many-Worlds Interpretation of Quàntum Mechanics"; Princeton University Press; 1973.
• Finkelstein, D.R.: "Quàntum Relativity: A Synthesis of the Idees of Einstein and Heisenberg"; Springer-Verlag; 1996.

• Floridi, L.: "Informational Realism"; Computers and Philosophy 2003 - Selected Papers from the Computer and Philosophy conference (CAP 2003), Conferences in Research and Practice in Information Technology, '37', 2004, edited by J. Weckert. and Y. Al-Saggaf, ACS, pp. 7–12. [1].
• Laudisa, F.: "The EPR Argument in a Relational Interpretation of Quàntum Mechanics"; Foundations of Physics Letters, 14 (2); 2001: pp. 119–132; Plantilla:ArXiv.
• Laudisa, F. & Rovelli, C.: "Relational Quàntum Mechanics"; The Stanford Encyclopedia of Philosophy (Fall 2005 Edition), Edward N. Zalta (ed.); online article.
• Rovelli, C.: Helgoland; Adelphi; 2020.
• Rovelli, C. & Smerlak, M.: "Relational EPR"; Preprint: Plantilla:ArXiv.
• Rovelli, C.: "Relational Quàntum Mechanics"; International Journal of Theoretical Physics 35; 1996: 1637-1678; Plantilla:ArXiv.
• Smolin, L.: "The Bekenstein Bound, Topological Quàntum Field Theory and Pluralistic Quàntum Field Theory"; Preprint: Plantilla:ArXiv.
• Wheeler, J. A.: "Information, physics, quàntum: The search for links"; in Zurek,W., ed.: "Complexity, Entropy and the Physics of Information"; pp. 3–28; Addison-Wesley; 1990.