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¿Cuál es la paradoja del amigo de Wigner?


  • Wigner’s Friend es una paradoja de la física cuántica que describe los estados de dos personas: una realiza un experimento y la otra observa a esa primera persona.
  • Tradicionalmente, los experimentos mentales muestran que no puedes tomar las observaciones de otra persona al pie de la letra; tu realidad no es necesariamente la de ellos.
  • Investigadores de Austria y Canadá han demostrado que es más complicado que eso: ni siquiera puedes confiar el tuyo observaciones del pasado.

    Si lee esta historia, ¿puede estar seguro de que realmente existe? Para usted, el lector, hay una página web con texto justo frente a sus ojos, tal vez en una computadora portátil o tal vez en un teléfono inteligente. Normalmente, esto es prueba suficiente de que estas palabras viven en algún lugar del éter.

    Pero suponga que se encuentra en una «superposición cuántica», un término elegante de la física que significa que su experiencia de lectura existe en unos pocos estados cuánticos distintos a la vez, otras líneas de tiempo o dimensiones, por así decirlo. En un escenario, ves esta historia; en otro, la cadena de URL genera un error 404.

    Ahora mismo, estás en el primer estado cuántico, leyendo; es decir, percibes un resultado definido. Mientras tanto, un observador externo que lo observe puede apreciar ambas posibilidades, ya sea que esté leyendo una historia y viendo un vínculo roto, poniendo sus realidades en oposición. Ves una cosa, este observador ve ambas cosas.

    Esta paradoja es bien conocida en los círculos de la física como el Experimento del pensamiento del amigo de Wigner, y está destinada a demostrar que no se puede asumir que el conocimiento de otros observadores es propio. Pero un equipo de investigadores de la Universidad de Viena, la Academia de Ciencias de Austria y el Instituto Perimetral de Física Teórica con sede en Ontario han demostrado que toda la historia es aún más complicada: ni siquiera puedes confiar en ella.

    “Su propio conocimiento del pasado no se puede utilizar en el presente. «

    «En el presente trabajo, hemos demostrado que nuestro propio conocimiento del pasado tampoco se puede utilizar en el presente», dijo Caslav Brukner, profesor de física en la Universidad de Viena y uno de los científicos involucrados en la nueva búsqueda. Mecánica popular. «Este es el caso del amigo, si entre dos observaciones tuvo lugar una intervención (medición) de Wigner».

    En nuestra página web de ejemplo, eso significa que no puede asumir que solo porque esta historia apareció en su navegador en el pasado, volverá a aparecer, asumiendo que todo el ejercicio es una versión del experimento mental de Wigner’s Friend. En otras palabras, ni siquiera puedes creer que el tuyo Las observaciones del pasado serán verdaderas si vuelve a intentarlo en el presente.

    Analicemos lo que está sucediendo aquí y lo que significa para toda nuestra concepción de la realidad (y la física cuántica) tal como la conocemos.

    El «problema de la medición» en la física cuántica

    Sin el gato de Schrödinger, una de las grandes paradojas de la física cuántica, no tendríamos al amigo de Wigner. Cette expérience de pensée, que le physicien austro-irlandais Erwin Schrödinger a concoctée en 1935 lors d’une conversation avec Albert Einstein, décrit une situation dans laquelle un chat hypothétique peut être considéré à la fois comme mort et vivant car un isotope radioactif se trouve al interior.

    El gato está en un estado de superposición cuántica porque la partícula subatómica puede o no descomponerse mientras el gato está adentro, y no podemos ver la descomposición de la partícula microscópica con nuestros propios ojos. Es decir, no podemos saber si el gato está vivo o muerto, si la partícula se ha roto o ha quedado intacta, hasta que abrimos la caja para observar los resultados del experimento: un gato vivo o muerto. Solo entonces tenemos un resultado final.

    Schrödinger ofreció el experimento mental, más o menos en broma (lo llamó un escenario «bastante ridículo») para probar un punto. En mecánica cuántica, este problema de observación se denomina «problema de medición». Cuando un gato, o quizás una partícula subatómica, se encuentra en un estado de superposición cuántica, oscila entre posibilidades; no hay binario 0-1 para operar. En otras palabras, la física cuántica no permite resultados deterministas en blanco y negro. Un gato no solo está vivo o muerto, una partícula subatómica no es solo materia o antimateria. Por el contrario, la teoría cuántica requiere resultados probabilísticos que vivan entre 0 y 1, por así decirlo. Es un abanico de posibilidades.

    Sin embargo, cuando un científico hace una observación, como mirar dentro de la caja para comprobar el gatito, encontrará el sistema en un estado definido: 1, o 0, vivo o muerto. Esto va en contra de la física cuántica, porque los resultados son probabilísticos, no definitivos. Esta «interpretación de Copenhague» establece que un sistema tiene resultados infinitos … hasta el momento en que se realiza una medición.

    Entonces, en realidad, si medimos el sistema (es decir, hacemos una observación), también tenemos un impacto en las mediciones futuras, ya que estamos basando las nuevas observaciones en un resultado pasado y definido. En otras palabras, observar un sistema cuántico cambia fundamentalmente el sistema. Esto contrasta con la física clásica, que le permite «definir un estado de un sistema en cualquier momento posterior, en relación con un estado anterior».

    Cómo sabemos esto? Los experimentos de física cuántica han demostrado que las partículas subatómicas se comportan de manera muy diferente cuando se observan: no se puede determinar la velocidad de una partícula, porque siempre está en movimiento, hasta que se mide. El experimento de la doble rendija es un ejemplo famoso con fotones.

    ¿Qué es el amigo de Wigner?

    Eugene Wigner

    Más allá del experimento mental de Wigner’s Friend, se sabe que Eugene Wigner recibió el Premio Nobel de Física en 1963 «por sus contribuciones a la teoría del núcleo atómico y las partículas elementales, en particular a través del descubrimiento y aplicación de los principios fundamentales de la simetría».

    Denver Postimágenes falsas

    En 1961, el físico teórico Eugene Wigner propuso un nuevo experimento mental para complicar la paradoja del gato de Schrödinger, empujando el problema de la medición hacia la física cuántica. Está bien así:

    Eres amigo de Wigner y aceptas realizarle una medición de un sistema cuántico en un laboratorio. Digamos que es un experimento del gato de Schrödinger. Antes de entrar y observar al gato, se encuentra en un estado de superposición cuántica, como se describió anteriormente. Pero cuando haga su observación, verificando si el gato está vivo o muerto, encontrará uno de dos resultados binarios: muerto o vivo.

    Al mismo tiempo, Wigner modela su experiencia desde fuera de la puerta del laboratorio. Sabe que encontrarás uno de estos dos escenarios; ahora su experiencia con los gatos está en un estado de entrelazamiento cuántico con Wigner. Hasta que registre sus observaciones, su observación estará en movimiento. Por lo tanto, solo cuando Wigner se entera de sus resultados, se vuelven reales, definitivos.

    Pero esa es toda la paradoja: si encuentras al gato muerto y tus observaciones tienen un impacto en la experiencia según la interpretación de Copenhague, ¿murió cuando lo encontraste o cuando Wigner registró conscientemente estos resultados? Después de todo, Wigner podría estar observándote ver dos posibilidades diferentes al mismo tiempo.

    Como explica Brukner, el físico, en su nuevo trabajo, publicado a principios de este año en la revista Física de las comunicaciones:

    «Una vez que se ha realizado la medición del amigo, nos encontramos en una situación contraria a la intuición en la que Wigner describe al amigo en una superposición cuántica observando dos resultados diferentes, mientras que desde el punto de vista del amigo, se debe percibir un resultado definitivo».

    ¿Qué ofrece la nueva investigación?

    entrelazamiento cuántico

    El entrelazamiento cuántico es una de las consecuencias de la teoría cuántica. Dos partículas parecerán estar vinculadas a través del espacio y el tiempo, y los cambios en una partícula (como una observación o medición) afectarán a la otra. Este efecto instantáneo parece ser independiente tanto del espacio como del tiempo, lo que significa que, en el dominio cuántico, el efecto puede preceder a la causa.

    MARK GARLICK / BIBLIOTECA DE FOTOS CIENTÍFICASimágenes falsas

    Obviamente, habrá algunos problemas de confianza entre usted y Wigner en este escenario. Por lo tanto, el equipo de Brukner se propuso determinar si un observador pueden confíe en lo que ven cuando toman medidas en una superposición cuántica y si pueden usar esos datos para hacer predicciones sobre medidas futuras. En otras palabras, el equipo examinó más de cerca los límites del experimento mental de Wigner’s Friend en el mundo de la mecánica cuántica.

    Después del análisis, Brukner dice que el experimento mental de Wigner’s Friend tendría que romper al menos una de las siguientes tres hipótesis para ser verdad:

    1) La percepción del amigo tiene una realidad que persiste en el tiempo. Esto significa que podemos considerar tanto el conocimiento del pasado como el conocimiento del presente como reales o coexistentes. «Tenga en cuenta que en situaciones normales, aunque todas nuestras percepciones [have] ocurrido en el presente, siempre podemos asumir que lo que sucedió ayer es real, y combinar ese conocimiento con lo que adquirimos ahora «.

    En matemáticas, esto se llama «probabilidad conjunta» y es una medida estadística que explica la probabilidad de que dos eventos ocurran al mismo tiempo. “Como ejemplo de probabilidad conjunta, podríamos empezar en la ruleta. Existe la posibilidad de que la pelota caiga en un campo rojo o en un campo negro ”, explica Brukner. «Del mismo modo, existe la probabilidad de que se detenga en un número par o impar. Sin embargo, también existe una probabilidad conjunta de que el campo sea rojo y el número sea par, por ejemplo».

    2) La teoría cuántica es empíricamente correcta. Es la idea de que las predicciones de Wigner, basadas en su aplicación de la teoría cuántica, son empíricamente correctas. «Esto podría justificarse por el hecho de que describe al amigo como un sistema cuántico y, por lo tanto, tiene una descripción más ‘detallada’ de la situación física que el amigo», explica Brukner.

    3) No se pueden cambiar las reglas de la física cuántica para que la primera condición sea verdadera. Es la idea de que, si la Hipótesis 1 es correcta, «no estamos cambiando el formalismo cuántico para calcular la probabilidad de las percepciones presupuestas del amigo a lo largo del tiempo», dice Brukner.

    Este material es muy estimulante. Entonces, ¿qué significa todo esto para usted, sentado aquí leyendo esta historia en una computadora o tableta, sin saber si puede confiar en sus propios ojos o creer que lo que está leyendo es verdad?

    Brukner dice que la conclusión principal es que «incluso la propia amiga no debería asumir que su resultado observado en el pasado, y su resultado observado en mediciones posteriores, coexisten como reales».

    En otras palabras, no puedes creer que solo porque viste esta historia el domingo, la volverás a ver el lunes. Pero tampoco puedes asumir que solo porque no viste la historia el lunes, no la volverás a ver el martes.

    Entonces sí, básicamente no existe una realidad objetiva.


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