A física da informação afirma que existe apenas um mundo, o mundo quântico, e que a ocorrência de uma "transição quântica para clássica" acontece em qualquer objeto macroscópico grande que contenha um grande número de átomos. Para sistemas suficientemente grandes, eventos quânticos independentes são "diluídos". A incerteza na posição e no momento do objeto ( Δv Δx > h / m ) torna-se menor que a precisão observacional à medida que m aumenta e h / m tende a zero.

Note que os objetos macroscópicos são objetos quânticos. Mas a incerteza em sua posição e momento não é detectável por nossos instrumentos de medição. As leis clássicas do movimento parecem se aplicar perfeitamente aos objetos macroscópicos, porque os efeitos quânticos podem ser negligenciados.

Niels Bohr insistiu corretamente que a física clássica desempenha um papel essencial na mecânica quântica. Seu Princípio da Correspondência permitiu-lhe recuperar algumas constantes físicas importantes, assumindo que os saltos quânticos descontínuos para números quânticos baixos (órbitas baixas em seu antigo modelo de teoria quântica) convergiam, no limite de números quânticos altos, para a emissão e absorção contínuas de radiação da teoria eletromagnética clássica.

Sabemos que, em corpos macroscópicos com um número enorme de partículas quânticas, os efeitos quânticos são suavizados. Assim, embora a incerteza na posição e no momento de um corpo grande ainda obedeça ao princípio da indeterminação de Heisenberg , essa incerteza é, para todos os efeitos práticos, imensurável, e o corpo pode ser tratado classicamente. Podemos dizer que a descrição quântica da matéria também converge para uma descrição clássica no limite de um grande número de partículas quânticas. Chamamos isso de determinismo "adequado" ou estatístico . É o determinismo aparente que encontramos por trás das leis do movimento de Newton para objetos tão grandes quanto planetas. A estatística da suavização de muitos eventos quânticos independentes produz, então, a "transição quântica para clássica" pela mesma razão que a "lei dos grandes números" resulta no "teorema do limite central" na teoria da probabilidade.

Tanto Bohr quanto Heisenberg sugeriram que, assim como os efeitos relativísticos podem ser ignorados quando a velocidade é pequena em comparação com a velocidade da luz ( v/c → 0), os efeitos quânticos também poderiam ser ignorados quando o quantum de ação de Planck, h, → 0. Mas isso está completamente errado, porque h é uma constante que nunca tende a zero. Na interpretação da informação, o mundo é sempre um mundo quântico. As condições corretas para ignorar a indeterminação quântica ocorrem quando a massa do objeto macroscópico "clássico" é grande.

Observando que o momento p é o produto da massa pela velocidade mv , o princípio da indeterminação de Heisenberg , Δp Δx > h , pode ser reescrito como Δv Δx > h / m . Portanto, não é quando h é pequeno, mas sim quando h / m é suficientemente pequeno, que os erros na posição e no momento de objetos macroscópicos se tornam menores a ponto de serem mensuráveis. A transição quântica para clássica ocorre, então, quando h / m se torna pequeno.

Um limite semelhante pode ser observado por analogia com a óptica. Quando o comprimento de onda da luz é grande em comparação com as dimensões do sistema, a óptica ondulatória deve ser utilizada e os efeitos de difração tornam-se importantes. Por outro lado, quando o comprimento de onda da luz é pequeno em comparação com as aberturas do sistema óptico, a óptica geométrica é aplicável (traçado de raios). De forma similar, a mecânica clássica é aplicável quando o comprimento de onda de De Broglie λ = h / p é pequeno em comparação com as dimensões do aparato experimental de medição. Mais uma vez, a transição do estado quântico para o clássico ocorre quando h / p = h / mv se torna pequeno.

A criação de novas informações irreversíveis também marca a transição entre o mundo quântico e o mundo clássico " adequadamente determinístico ", porque a própria estrutura da informação deve ser grande o suficiente (e estável o suficiente) para ser vista. O aparato de medição típico é macroscópico, então o quantum de ação h torna-se pequeno em comparação com a massa m e h/m tende a zero.

Os teóricos da decoerência afirmam que a transição do quântico para o clássico ocorre devido a interações com o ambiente, por exemplo, os fótons térmicos sempre presentes. A radiação cósmica de fundo em micro-ondas é uma fonte constante de fótons de baixa energia. Sem especificar os mecanismos da interação entre os fótons e o sistema quântico em questão, os teóricos da decoerência dizem que os fótons causam a "seleção" de posições preferenciais de ponteiros, por exemplo, os autovalores do sistema quântico alvo combinado com o aparato de medição. Eles chamam isso de "einseleção", um termo cunhado a partir de "superseleção induzida pelo ambiente".

Os teóricos da decoerência afirmam que a einseleção explica o aparecimento do colapso da função de onda (embora neguem colapsos reais) e a emergência de descrições clássicas da realidade a partir de descrições quânticas. A física da informação concorda que a classicidade é uma propriedade emergente, mas não é induzida em sistemas quânticos abertos pelos seus ambientes. Objetos quânticos macroscópicos, com h/m tão pequeno que a incerteza Δp Δx > h é indetectável, aparentam ser clássicos tanto em ambientes abertos quanto fechados.

Ao contrário da física da informação, que identifica exatamente como as interações da radiação com a matéria (a emissão, absorção e dispersão de fótons) apagam as informações de trajetória sobre as correlações entre as moléculas de um gás, comprovando assim o Teorema H de Boltzmann e sua suposição de "caos molecular", os argumentos de decoerência sobre os fótons ambientais são meramente "especulação".

Os teóricos da decoerência também afirmam que nossa incapacidade de observar superposições quânticas no mundo macroscópico é o problema da medição .

A interpretação da informação pela mecânica quântica explica claramente por que superposições quânticas como o Gato de Schrödinger não são observadas no mundo macroscópico. Novas estruturas de informação estáveis no gato moribundo reduzem as possibilidades quânticas (e seus potenciais efeitos de interferência) a uma realidade clássica . Pouco antes de abrir a caixa, a mecânica quântica fornece as duas possibilidades: gato "vivo" e gato "morto", com probabilidades calculáveis. Ao abrir a caixa e encontrar um gato morto, uma autópsia revelará que a hora da morte foi registrada e, de certa forma, "observada". Não é necessário um experimentador humano para colapsar a função de onda . O gato macroscópico é seu próprio aparato de medição e observador.

Os objetos não apenas parecem ser "clássicos" quando são suficientemente grandes, como as leis clássicas do movimento, com seu determinismo implícito e causalidade estrita , emergem quando os eventos microscópicos podem ser ignorados, mas esse determinismo é fundamentalmente estatístico .

A filosofia da informação interpreta a função de onda ψ como uma função de "possibilidades". Com essa simples mudança de terminologia, o misterioso processo de "colapso" de uma função de onda torna-se uma discussão muito mais intuitiva de ψ explorando possibilidades (com probabilidades matematicamente calculáveis ), seguida por uma única realidade , momento em que as probabilidades alternativas tendem a zero ("colapsam") instantaneamente.

A física da informação é a física quântica padrão. Ela aceita a equação de Schrödinger do movimento , o princípio da superposição , o axioma da medição (que agora inclui os "bits" de informação reais medidos) e — o mais importante — o postulado da projeção da mecânica quântica padrão (o "colapso" que tantas interpretações negam).

Mas o observador consciente da Interpretação de Copenhague não é necessário para uma projeção, para que a função de onda "colapse" , para que uma das possibilidades se torne uma realidade . O que é necessário é uma interação entre sistemas que crie informação irreversível e observável, mas não necessariamente observada .

Entre os fundadores da mecânica quântica, quase todos concordavam que a irreversibilidade era um requisito fundamental para uma medição. A irreversibilidade introduz a termodinâmica em uma formulação adequada da mecânica quântica, e é isso que a interpretação da informação faz.

As interações clássicas entre grandes corpos macroscópicos não geram novas informações. As leis do movimento de Newton implicam que a informação em qualquer configuração de corpos, movimentos e forças é suficiente para conhecer todas as configurações passadas e futuras. A mecânica clássica conserva a informação .

Na ausência de interações, um sistema quântico isolado evolui de acordo com a equação de Schrödinger unitária . Assim como nos sistemas clássicos, a equação de Schrödinger determinística conserva a informação.

Ao contrário dos sistemas clássicos, quando há interação entre sistemas quânticos, os dois sistemas se emaranham e pode haver uma mudança de estado em um ou em ambos os sistemas. Essa mudança de estado pode gerar novas informações.

Se essa informação for destruída instantaneamente, como na maioria das interações, ela pode nunca ser observada macroscopicamente. Se, por outro lado, a informação for estabilizada por algum tempo, ela poderá ser vista por um observador e considerada uma " medição ". Mas ela não precisa ser vista por ninguém para se tornar uma nova informação no universo. O universo é seu próprio observador!
Compare com o Gato de Schrödinger como seu próprio observador.

Para que a informação (entropia negativa) seja estabilizada, a segunda lei da termodinâmica exige que uma quantidade de entropia positiva maior que a entropia negativa seja transferida da nova estrutura de informação.

Quais são, então, as possibilidades para novos estados quânticos A teoria da transformação de Dirac e Jordan nos permite representar ψ em um conjunto de funções de base para as quais a combinação de sistemas quânticos (um deles pode ser um aparato de medição) possui autovalores ( o axioma da medição ). Representamos ψ como uma combinação linear ( o princípio da superposição ) dessas autofunções "possíveis". A mecânica quântica nos permite calcular as probabilidades de cada uma dessas "possibilidades".

A interação com o aparelho de medição (ou, de fato, a interação com qualquer outro sistema) pode selecionar ( o postulado da projeção ) uma dessas possibilidades como uma realidade. Mas para que esse evento seja um "observável" (um "ser possível" de John Bell ), a informação deve ser criada e a entropia positiva deve ser transferida da nova estrutura de informação, de acordo com nosso processo de criação de informação em dois estágios .

Todas as interpretações da mecânica quântica preveem os mesmos resultados experimentais.
A física da informação não é exceção, pois os dados experimentais de experimentos quânticos são os mais precisos da história da ciência.

A divergência entre as interpretações reside na imagem (a visualização) que oferecem do que "realmente" acontece no mundo microscópico — a chamada "realidade quântica". A interpretação "ortodoxa" de Copenhague, de Niels Bohr e Werner Heisenberg, desencoraja tais tentativas de compreender a natureza do "mundo quântico", pois afirmam que toda a nossa experiência deriva do "mundo clássico" e deve ser descrita em linguagem comum. É por isso que Bohr e Heisenberg insistiram no caminho e na " separação " entre o evento quântico e a mente de um observador.

A interpretação da informação incentiva a visualização. Schrödinger chamou isso de Anschaulichkeit . Ele e Einstein estavam certos ao afirmar que deveríamos ser capazes de visualizar a realidade quântica. Mas isso exige que aceitemos a realidade das possibilidades quânticas e dos "saltos quânticos" aleatórios e descontínuos, algo que muitas interpretações modernas não fazem. (Veja nossa visualização do experimento da dupla fenda , nossas visualizações do experimento EPR e os três polarizadores de Dirac para visualizar a superposição de estados e a projeção ou "colapso" de uma função de onda.) Relacionado ao Corte de Heisenberg , mas na verdade bastante diferente.

Um objeto macroscópico com um vasto número de sistemas em escala quântica preparados em estados "metaestáveis". Schlosshauer concorda que existe apenas um mundo: o mundo quântico. Mas não existe uma função de onda universal, que é uma construção teórica para impedir a criação de novas informações e estabelecer o determinismo. Normal | Professor | Pesquisador