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Decoerência
A decoerência é o estudo das interações entre um sistema quântico (geralmente um número muito pequeno de partículas microscópicas como elétrons, fótons, átomos, moléculas, etc. - frequentemente apenas uma única partícula) e o ambiente macroscópico maior, que normalmente é tratado "classicamente", ou seja, ignorando os efeitos quânticos, mas que os teóricos da decoerência estudam mecanicamente quântico. Os teóricos da decoerência atribuem a ausência de efeitos quânticos macroscópicos, como a interferência (que é um processo coerente), às interações entre um sistema quântico e o ambiente macroscópico maior. Eles sustentam que nenhum sistema pode ser completamente isolado do ambiente. A decoerência (que explica o desaparecimento) dos efeitos quânticos macroscópicos é demonstrada experimentalmente como estando correlacionada com a perda de isolamento.
Niels Bohr sustentava que um aparato macroscópico usado para "medir" sistemas quânticos deveria ser tratado classicamente. John von Neumann , por outro lado, assumia que tudo é feito de partículas quânticas, até mesmo a mente do observador. Isso o levou, juntamente com Werner Heisenberg, a afirmar que um "corte" deveria ser localizado em algum ponto entre o sistema quântico e a mente, o qual operaria em uma espécie de "paralelismo psicofísico". Uma característica principal dos sistemas quânticos é o aparecimento de efeitos de interferência ondulatória. Estes só se manifestam em um grande número de experimentos idênticos repetidos, que medem partículas individuais por vez. A interferência nunca é "observada" diretamente em um único experimento. Quando a interferência está presente em um sistema, o sistema é chamado de "coerente". A decoerência, então, é a perda ou supressão dessa interferência. Experimentos de interferência exigem que o sistema de interesse esteja extremamente bem isolado do ambiente, exceto pelo "aparelho de medição". Este aparelho deve ser capaz de registrar as informações sobre o que foi medido. Pode ser uma placa fotográfica ou um contador de elétrons, qualquer coisa capaz de registrar um evento em nível quântico, geralmente liberando uma cascata de processos metaestáveis que amplificam o evento em nível quântico para o mundo "clássico" macroscópico, onde um "observador" pode ver o resultado. Isso não significa que eventos específicos em nível quântico sejam determinados por esse observador (como observaram vários dos grandes físicos quânticos — Max Born , Pascual Jordan , Erwin Schrödinger , Paul Dirac e os autores de livros didáticos Landau e Lifshitz, Albert Messiah e Kurt Gottfried, entre outros). Os processos quânticos acontecem o tempo todo. A maioria dos eventos quânticos nunca é observada, embora possam ser inferidos a partir de observações fenomenológicas macroscópicas. Sem dúvida, os eventos quânticos "medidos" em um experimento de física configurado para medir uma determinada grandeza dependem do experimentador e do projeto do experimento. Para medir o spin do elétron em um experimento de Stern-Gerlach , por exemplo, o experimentador tem a " liberdade de escolher " medir, por exemplo, a componente z do spin, em vez da componente x ou y. Isso influenciará os eventos em nível quântico das seguintes maneiras:
Por outro lado, não conseguimos criar um valor específico para essa posição. Trata-se de uma escolha aleatória feita pela Natureza, como disse PAM Dirac . O "programa de decoerência" de H. Dieter Zeh , Erich Joos, Wojciech Zurek , John Wheeler , Max Tegmark e outros tem múltiplos objetivos -
O programa de decoerência espera oferecer informações sobre vários outros fenômenos importantes:
O programa de decoerência considera inaceitáveis os seguintes aspectos da teoria quântica padrão:
Os teóricos da decoerência admitem que alguns problemas ainda precisam ser resolvidos:
Como Tegmark e Wheeler afirmaram: A principal motivação para introduzir a noção de colapso da função de onda foi explicar por que os experimentos produziam resultados específicos e não estranhas superposições de resultados... é constrangedor que ninguém tenha fornecido uma equação determinística testável que especifique precisamente quando o misterioso colapso deveria ocorrer. Robert Griffiths escreveu... As medições quânticas, quando interpretadas usando uma estrutura adequada, podem ser entendidas como reveladoras de propriedades de um sistema medido antes da medição ocorrer. Guido Bacciagaluppi escreveu... A decoerência, no sentido deste formalismo abstrato, é definida simplesmente pela condição de que as probabilidades quânticas para eventos posteriores possam ser calculadas como se o estado tivesse colapsado nos instantes intermediários [por interação com o ambiente]. Algumas das posições controversas na teoria da decoerência, incluindo a negação de colapsos e partículas, vêm diretamente da obra de Erwin Schrödinger , por exemplo, em seus ensaios de 1952 "Existem saltos quânticos" ( Parte I e Parte II ), onde ele nega a existência de "partículas", afirmando que tudo pode ser compreendido como ondas. Outras fontes incluem: Hugh Everett III e suas interpretações de "estado relativo" ou "muitos mundos" da mecânica quântica; o artigo de Eugene Wigner sobre o problema da medição; e a recapitulação dos argumentos de Schrödinger sobre saltos quânticos feita por John Bell . Os defensores da decoerência, portanto, recorrem a outras tentativas de formular a mecânica quântica. Também chamadas de " interpretações ", essas tentativas são, na maioria das vezes, reformulações com diferentes pressupostos básicos sobre os fundamentos da mecânica quântica. A maioria parte da aplicabilidade "universal" da evolução temporal unitária da equação de onda de Schrödinger. Elas incluem:
Note que essas "interpretações" frequentemente entram em sério conflito umas com as outras. Enquanto Erwin Schrödinger acredita que apenas as ondas podem explicar tudo (não há partículas em sua teoria), David Bohm acredita que as partículas não apenas existem, mas que cada partícula possui uma posição definida, que é um "parâmetro oculto" de sua teoria. H. Dieter Zeh , o fundador da decoerência, vê Uma das duas possibilidades: uma modificação da equação de Schrödinger que descreve explicitamente um colapso (também chamado de "localização espontânea") ou uma interpretação do tipo Everett, na qual se assume que todos os resultados das medições existem em uma superposição formal, mas são percebidos separadamente como consequência de sua autonomia dinâmica resultante da decoerência.
A Interpretação das Histórias Consistentes da Mecânica Quântica
A Interpretação das Histórias Consistentes também é conhecida como Interpretação de Histórias Decoerentes . A decoerência, no sentido de histórias consistentes, é definida simplesmente pela condição de que as probabilidades quânticas para eventos posteriores possam ser calculadas como se a decoerência por interação com o ambiente tivesse colapsado o estado em tempos intermediários. Assim, por exemplo, a superposição coerente de | +1/2 > e | -1/2 > na equação acima sofreu decoerência para um único estado, seja | +1/2 > ou | -1/2 >, muito antes de qualquer "medição".
(1/√2) | +1/2 > - (1/√2) | -1/2 > pode ter decoerido para | +1/2 >.
A Interpretação da Informação na Mecânica Quântica
A Interpretação da Informação da mecânica quântica também oferece explicações para o problema da medição , a flecha do tempo e o surgimento de objetos clássicos adequadamente determinados , ou seja, estatisticamente . No entanto, a I-Phi faz isso aceitando as hipóteses padrão da física quântica ortodoxa .
Revisamos brevemente a teoria padrão da mecânica quântica e a comparamos ao "programa de decoerência", com foco nos detalhes do processo de medição. Dividimos a medição em várias etapas distintas, a fim de esclarecer o suposto "problema da medição" (principalmente a falta de superposições de estados macroscópicos) e talvez "resolvê-lo". O exemplo mais famoso de interferência entre amplitudes de probabilidade e ondas é o experimento da dupla fenda . A interferência ocorre entre as amplitudes de probabilidade, cujo quadrado do valor absoluto nos dá a probabilidade de encontrar a partícula em várias posições atrás da tela com as duas fendas. Diz-se que localizar a partícula em um local específico é uma "medição". Na teoria quântica padrão, uma medição é feita quando o sistema quântico é "projetado", "colapsado" ou "reduzido" a um único dos estados permitidos do sistema. Se o sistema foi "preparado" em um desses "autoestados", então a medição o encontrará nesse estado com probabilidade um (isto é, com certeza ). Entretanto, se o sistema for preparado em um estado arbitrário ψ a , ele pode ser representado como estando em uma combinação linear dos estados de energia básicos do sistema φ n .
ψ a = Σ c n | n >.
onde
c n = < ψ a | φ n >.
Diz-se que está em "superposição" desses estados básicos. A probabilidade P n de ser encontrado no estado φ n é
P n = < ψ uma | φ n > 2 = c n 2 .
Entre medições, a evolução temporal de um sistema quântico em tal superposição de estados é descrita por uma transformação unitária U(t, t₀ ) que preserva a mesma superposição de estados enquanto o sistema não interagir com outro sistema, como um aparelho de medição. Enquanto o sistema quântico estiver completamente isolado de quaisquer influências externas, ele evolui de forma contínua e determinística, de maneira exatamente previsível ( causal ). Sempre que o sistema quântico interage com outra partícula ou um campo externo, seu comportamento deixa de ser causal e evolui de forma descontínua e indeterminística . Esse comportamento acausal é exclusivo da mecânica quântica. Nada semelhante é possível na mecânica clássica. A maioria das tentativas de "reinterpretar" ou "reformular" a mecânica quântica visa eliminar esse comportamento acausal descontínuo e substituí-lo por um processo determinístico. Precisamos esclarecer o que queremos dizer com "o sistema quântico" e "ele evolui" nos dois parágrafos anteriores. Isso nos leva à misteriosa noção de "dualidade onda-partícula". Na perspectiva ondulatória, o "sistema quântico" se refere à evolução temporal determinística da amplitude de probabilidade complexa ou vetor de estado quântico ψ a , de acordo com a "equação de movimento" para a onda de amplitude de probabilidade ψ a , que é a equação de Schrödinger.
iℏδψ a /δt = H ψ a .
A amplitude de probabilidade se assemelha a uma onda, e a equação de Schrödinger é uma equação de onda. Mas a onda é uma grandeza abstrata cujo quadrado absoluto representa a probabilidade de encontrar uma partícula quântica em algum lugar. Ela não é a partícula em si, cuja posição exata é desconhecida enquanto o sistema quântico evolui deterministicamente. É a onda da amplitude de probabilidade que interfere consigo mesma. As partículas, por si só, nunca interferem (embora possam colidir). Note que nunca "vemos" a superposição de partículas em estados distintos. Não existe superposição microscópica no sentido da superposição macroscópica de gatos vivos e mortos (veja o Gato de Schrödinger ). Quando a partícula interage, por exemplo, com o aparelho de medição, sempre encontramos a partícula inteira. Ela aparece repentinamente. Por exemplo, um elétron "salta" de uma órbita para outra, absorvendo ou emitindo uma quantidade discreta de energia (um fóton). Quando um fóton ou um elétron incide sobre as duas fendas, sua aparição na placa fotográfica é repentina e descontínua. A onda de probabilidade se concentra instantaneamente na localização da partícula. Agora existe probabilidade unitária (certeza) de que a partícula esteja localizada onde a encontramos. Isso é descrito como o "colapso" da função de onda . Onde a amplitude de probabilidade poderia ter evoluído sob a transformação unitária da equação de Schrödinger para ter valores significativos não nulos em um volume muito grande do espaço de fase, toda essa probabilidade repentinamente "colapsa" (mais rápido que a velocidade da luz, o que incomodava profundamente Albert Einstein ) para a localização da partícula. Einstein disse que alguma misteriosa "ação fantasmagórica à distância" deve agir para impedir o aparecimento de uma segunda partícula em um ponto distante, onde uma probabilidade finita de aparecimento existia um instante antes. Animação do colapso de uma função de onda - clique para reiniciar
Enquanto a amplitude de probabilidade abstrata se move de forma contínua e determinística por todo o espaço, a partícula concreta se move de forma descontínua e indeterminística para um ponto específico no espaço. Para que esse colapso seja uma "medição", a nova informação sobre em qual localização (ou estado) o sistema entrou em colapso deve ser registrada em algum lugar para que possa ser "observada" por um cientista. Mas a grande maioria dos eventos quânticos — por exemplo, colisões de partículas que alteram os estados particulares das partículas quânticas antes e depois da colisão — não deixa um registro indelével de seus novos estados em lugar nenhum (exceto implicitamente nas próprias partículas). Podemos imaginar que um sistema quântico inicialmente no estado ψ a interagiu com outro sistema e, como resultado, está em um novo estado φ n , sem nenhum aparato macroscópico por perto para registrar esse novo estado para um "observador consciente". HD Zeh descreve como os sistemas quânticos podem ser "medidos" sem o registro de informações. Portanto, é um resultado experimental plausível que a interferência desapareça também quando a passagem [de um elétron através de uma fenda] é "medida" sem que se registre um resultado definitivo. Este último pode ser considerado como tendo se tornado um "fato clássico" assim que a medição "ocorreu" irreversivelmente. Um fenômeno quântico pode, assim, "tornar-se um fenômeno" sem ser observado . Isso contrasta com a observação de Heisenberg sobre uma trajetória que surge por meio de sua observação, ou uma função de onda que descreve o "conhecimento humano". Bohr posteriormente falou de eventos objetivos irreversíveis que ocorrem no contador . No entanto, o que é precisamente um evento quântico irreversível Segundo Bohr, esse evento não pode ser analisado dinamicamente. O Processo de Medição
Para maior clareza, dividimos o processo de medição em várias etapas distintas, conforme descrito a seguir:
O Problema da Medição
Afinal, o que é exatamente o "problema da medição"? Para os teóricos da decoerência, a transformação unitária da equação de Schrödinger não pode alterar uma superposição de estados microscópicos. Por que, então, quando estados microscópicos evoluem no tempo para estados macroscópicos, não emergem superposições macroscópicas Segundo HD Zeh: Devido ao princípio da superposição dinâmica, uma superposição inicial E de acordo com Erich Joos, outro fundador da decoerência: Permanece sem explicação por que os macro-objetos só existem em pacotes de ondas estreitos, embora o princípio da superposição permita estados muito mais "não clássicos" (enquanto os micro-objetos são geralmente encontrados em autoestados de energia). Processos semelhantes a medições necessariamente produziriam estados macroscópicos não clássicos como consequência da dinâmica unitária de Schrödinger. Um exemplo é o infame gato de Schrödinger , conduzido a uma superposição de "vivo" e "morto". O fato de não observarmos superposições de objetos macroscópicos é o "problema da medição", segundo Zeh e Joos. Um problema adicional é que a decoerência é um processo completamente unitário (dinâmica de Schrödinger), o que implica reversibilidade temporal. Qual seria, então, a origem da irreversibilidade na visão dos teóricos da decoerência Podemos reverter o processo de decoerência no tempo e observar a transição quântica-clássica se reverter e recuperar o mundo quântico coerente original? Para "relocalizar" a superposição do sistema original, basta termos controle total sobre a interação com o ambiente. Isso, é claro, não é prático, como Ludwig Boltzmann constatou no caso da objeção de reversibilidade de Josef Loschmidt . A irreversibilidade na decoerência tem a mesma justificativa - "impossível para todos os fins práticos" - que na mecânica estatística clássica? De acordo com pensadores mais convencionais, o problema da medição reside na incapacidade do formalismo mecânico quântico padrão (equação de Schrödinger) de descrever completamente o processo de "colapso" não unitário. Como o colapso é irremediavelmente indeterminístico , o momento do colapso é completamente imprevisível e incognoscível. Saltos quânticos indeterminísticos são uma das características definidoras da mecânica quântica, tanto da "antiga" teoria quântica, na qual Bohr desejava que a radiação fosse emitida e absorvida de forma descontínua quando seu átomo saltava entre estados estacionários, quanto da teoria padrão moderna com o "postulado de projeção" de Born-Jordan-Heisenberg-Dirac. Adicionar novos termos à equação de Schrödinger para controlar o tempo de colapso é não compreender o acaso irredutível que está no cerne da mecânica quântica, como visto claramente pela primeira vez, em 1917, por Albert Einstein . Quando ele derivou seus coeficientes A e B para a emissão e absorção de radiação, descobriu que uma partícula de luz emitida deve transmitir um momento hν/c ao átomo ou molécula, mas a direção desse momento não pode ser prevista! Tampouco a teoria pode prever o momento em que o quantum de luz será emitido. Tal aleatoriedade temporal não era desconhecida na física. Quando Ernest Rutherford derivou a lei para o decaimento radioativo de núcleos atômicos instáveis em 1900, ele só pôde fornecer a probabilidade do tempo de decaimento. Einstein percebeu a conexão com a emissão de radiação: Isso corrobora a teoria de que a lei estatística assumida para a emissão [espontânea] nada mais é do que a lei de Rutherford do decaimento radioativo.Mas a incapacidade de prever tanto o momento quanto a direção das emissões de partículas de luz, disse Einstein em 1917, é "uma fraqueza na teoria..., que deixa o tempo e a direção dos processos elementares ao acaso ( Zufall, ibid. )". É uma fraqueza apenas para Einstein, é claro, porque seu Deus não joga dados. Os teóricos da decoerência também parecem ter o que William James chamou de "antipatia pelo acaso". Na mecânica quântica original ("antiga"), Niels Bohr fez duas suposições. A primeira era que os átomos só podiam ser encontrados no que ele chamou de estados de energia estacionários, posteriormente denominados autoestados. A segunda era que as linhas espectrais observadas eram transições súbitas e descontínuas do átomo entre os estados. A emissão ou absorção de quanta de luz com energia igual à diferença de energia entre os estados (ou níveis de energia) com frequência ν era dada pela fórmula
E 2 - E 1 = h ν,
onde h é a constante de Planck, derivada de sua lei da radiação que quantizou os valores permitidos de energia. Na teoria quântica atualmente aceita como padrão, formulada por Werner Heisenberg , Max Born , Pascual Jordan , Erwin Schrödinger , Paul Dirac e outros, três pressupostos fundamentais foram estabelecidos: o princípio da superposição , o axioma da medição e o postulado da projeção . Como a decoerência desafia algumas dessas ideias, revisamos as definições padrão. O Princípio da Superposição
A equação fundamental do movimento na mecânica quântica é a famosa equação de onda de Schrödinger, que descreve a evolução temporal de sua função de onda ψ.
i δψ/δt - H ψ.
Para uma única partícula em isolamento completo idealizado, e para um Hamiltoniano H que não envolve campos magnéticos, a equação de Schrödinger é uma transformação unitária que é reversível no tempo (o princípio da reversibilidade microscópica ). Max Born interpretou o quadrado do valor absoluto da função de onda de Schrödinger como fornecendo a probabilidade de encontrar um sistema quântico em um determinado estado ψ n . A natureza quântica (discreta) dos sistemas físicos resulta do fato de geralmente haver um grande número de soluções ψ n (chamadas autofunções) da equação de Schrödinger em sua forma independente do tempo, com autovalores de energia E n .
H ψ n = E n ψ n ,
Os autovalores de energia discretos E n limitam as interações (por exemplo, com fótons) às diferenças de energia E n - E m , conforme assumido por Bohr. As autofunções ψ n são ortogonais entre si.
< ψ n | ψ m > = δ nm ,
onde δ nm é a função delta de Dirac, igual a 1 quando n = m e 0 caso contrário. A soma dos termos diagonais na matriz < ψ n | ψ m >, quando n = m , deve ser normalizada para 1 para ser significativa como probabilidades da regra de Born.
Σ P n = Σ < ψ n | ψ n > 2 = 1.
Os termos fora da diagonal principal na matriz, < ψ n | ψ m >, são interpretáveis como termos de interferência. Quando a matriz é usada para calcular os valores esperados de algum operador mecânico quântico O , os termos fora da diagonal principal < ψ n | O | ψ m > são interpretáveis como probabilidades de transição - a probabilidade de que o operador O induza uma transição do estado ψ n para ψ m . A equação de Schrödinger é uma equação linear. Ela não possui termos quadráticos ou de ordem superior, e isso introduz uma característica profunda — e para muitos cientistas e filósofos, perturbadora — da mecânica quântica, impossível na física clássica: o princípio da superposição de estados quânticos. Se ψ <sub>a</sub> e ψ<sub> b</sub> são ambas soluções da equação, então uma combinação linear arbitrária delas, ψ = c<sub> a </sub> ψ <sub>a</sub> + c<sub> b </sub> ψ<sub> b </sub> , com coeficientes complexos c <sub>a</sub> e c<sub> b </sub> , também é uma solução. Juntamente com a interpretação probabilística da função de onda de Born, o princípio da superposição explica os principais mistérios da teoria quântica, alguns dos quais esperamos resolver, ou pelo menos reduzir, com uma explicação objetiva (independente do observador) da criação de informação durante os processos quânticos (que muitas vezes podem ser interpretados como medições). O Axioma da Medição
O axioma da medição depende da ideia de "observáveis", grandezas físicas que podem ser medidas em experimentos. Um observável físico é representado como um operador hermitiano A que é autoadjunto (igual ao seu conjugado complexo, A * = A). Os elementos diagonais
São essas probabilidades quânticas intrínsecas que fornecem a fonte última do indeterminismo e, consequentemente, da irreversibilidade irredutível , como veremos. O axioma da medição é, portanto, que um grande número de medições do observável A, conhecido por ter autovalores A<sub> n </sub>, resultará em um número de medições com valor A <sub> n</sub> proporcional à probabilidade de encontrar o sistema no autoestado ψ<sub> n</sub> com autovalor A <sub> n</sub> . O Postulado da Projeção
A terceira ideia inovadora da teoria quântica é frequentemente considerada a mais radical. Certamente, ela gerou algumas das ideias mais radicais já surgidas na física, em tentativas de negá-la (como parece fazer o programa de decoerência, assim como as interpretações de estado relativo de Everett, as teorias de muitos mundos e as ondas piloto de Bohm-de Broglie). O postulado da projeção é, na verdade, muito simples e, possivelmente, intuitivo. Ele afirma que, quando uma medição é feita, o sistema de interesse será encontrado em um dos possíveis autoestados da grandeza observável medida. Temos diversas alternativas possíveis para os autovalores. A medição simplesmente torna uma delas real, e o faz, disse Max Born , em proporção ao quadrado absoluto da função de onda de amplitude de probabilidade ψ n . Dessa forma, o acaso ontológico entra na física, e é em parte esse fato da aleatoriedade quântica que incomodou Albert Einstein ("Deus não joga dados") e Schrödinger (cuja equação de movimento é determinística ). Quando Einstein derivou as expressões para as probabilidades de emissão e absorção de fótons em 1917, lamentou que a teoria parecesse indicar que a direção de um fóton emitido era uma questão de puro acaso ( Zufall ), e que o momento da emissão também era estatístico e aleatório, assim como Rutherford havia descoberto para o momento do decaimento de um núcleo radioativo. Einstein chamou isso de "uma fraqueza da teoria". O que a decoerência acerta
Permitir que o ambiente interaja com um sistema quântico, por exemplo, através da dispersão de fótons térmicos de baixa energia ou raios cósmicos de alta energia, ou por colisões com moléculas de ar, certamente suprimirá a interferência quântica em um experimento isolado. Mas isso ocorre porque um grande número de eventos quânticos não correlacionados (incoerentes) se "compensará" e mascarará os fenômenos quânticos. Isso não significa que as funções de onda não estejam colapsando. Elas colapsam, a cada interação de partículas. Os defensores da decoerência descrevem a interação ambiental como um "monitoramento" do sistema por meio de "medições" contínuas. Os teóricos da decoerência estão corretos ao afirmar que toda colisão entre partículas emaranha suas funções de onda, pelo menos durante o curto período anterior à supressão, pela decoerência, de quaisquer efeitos de interferência coerente desse emaranhamento. Mas em que sentido uma colisão é uma "medição" Na melhor das hipóteses, é uma "pré-medição".
Todas as interações alteram o estado de um sistema de interesse, mas nem todas deixam o "estado de ponteiro" de algum aparelho de medição com novas informações sobre o estado do sistema. Assim, o monitoramento ambiental, na forma de colisões contínuas com outras partículas, altera o conteúdo de informação específico tanto do sistema quanto do ambiente, bem como de um aparelho de medição (se houver). Mas se não houver registro de novas informações (entropia negativa criada localmente), o sistema e o ambiente podem estar em equilíbrio termodinâmico. O equilíbrio não significa que o monitoramento da decoerência de cada partícula deixe de ocorrer.
Se um gás de partículas ainda não está em equilíbrio, ele pode estar se aproximando do equilíbrio térmico. Isso ocorre quando quaisquer condições iniciais de não equilíbrio (que Zeh chama de "conspiração") são "esquecidas" pelo apagamento das informações de trajetória durante as colisões. As informações sobre as condições iniciais estão implícitas nas trajetórias de todas as partículas. Isso significa que, em princípio, as trajetórias poderiam ser invertidas para retornar às condições iniciais de menor entropia (paradoxo de Loschmidt). O apagamento da informação de trajetória pode ser causado pelo espalhamento quântico partícula-partícula (nossa visão padrão) ou pelo "monitoramento" da decoerência. Como esses dois fenômenos estão relacionados? Os dois passos necessários para uma medição que cria novas informações.
É necessário mais do que o colapso presumido da função de onda ( Processo 1 de von Neumann , medição de primeira espécie de Pauli ). Informações indelévelmente registradas, disponíveis para "observações" por um cientista, também devem satisfazer o segundo requisito para a criação de novas informações no universo .
Tudo o que foi criado desde a origem do universo, há mais de dez bilhões de anos, envolveu apenas dois processos físicos fundamentais que se combinam para formar o núcleo de todos os processos criativos . Essas duas etapas ocorrem sempre que um único bit de nova informação é criada e sobrevive no universo.
Esse processo criativo central em duas etapas está na base da formação de objetos microscópicos, como átomos e moléculas, assim como de objetos macroscópicos, como galáxias, estrelas e planetas. Com o surgimento da informação teleonômica (intencional) em sistemas autorreplicantes, o mesmo processo central subjaz a toda a criação biológica. Mas agora algumas mudanças aleatórias nas estruturas de informação são rejeitadas pela seleção natural, enquanto outras se reproduzem com sucesso. Finalmente, com o surgimento de organismos autoconscientes e a criação de informações extrabiológicas armazenadas no ambiente, o mesmo processo central de geração de informações está na base da comunicação, da consciência , do livre-arbítrio e da criatividade . Os dois processos físicos envolvidos no processo criativo, a física quântica e a termodinâmica, são temas um tanto complexos para filósofos e até mesmo para muitos cientistas, incluindo os defensores da decoerência. Interações em nível quântico não criam informações duradouras.
A enorme quantidade de colisões de partículas microscópicas como elétrons, fótons, átomos, moléculas, etc., não resulta em informações observáveis sobre as colisões. A falta de observações e de observadores não significa que não tenham ocorrido "colapsos" de funções de onda. A ideia de que a evolução temporal da equação de Schrödinger determinística continua para sempre em uma transformação unitária que deixa a função de onda de todo o universo indeterminada e, em princípio, reversível a qualquer momento, é uma extrapolação absurda e injustificada do comportamento do caso ideal de uma única partícula perfeitamente isolada. O princípio da reversibilidade microscópica aplica-se apenas a uma partícula isolada, algo irrealizável na natureza, como os defensores da decoerência sabem com a sua adição de "monitoramento" ambiental. Os físicos experimentais podem isolar sistemas do ambiente o suficiente para "ver" a interferência quântica (mas, novamente, apenas nos resultados estatísticos de um grande número de experimentos idênticos).
O surgimento do mundo clássico
Na visão quântica padrão, o surgimento de objetos macroscópicos com comportamento clássico ocorre estatisticamente por dois motivos que envolvem números grandes:
Decoerência conforme "interpretada" pela mecânica quântica padrão
Podemos explicar o seguinte em termos da mecânica quântica padrão?
Vamos analisar cada um desses pontos individualmente.
Compare o colapso da amplitude de probabilidade de duas partículas acima com o colapso de partícula única aqui . Resumindo: a decoerência causada por interações com o ambiente pode ser perfeitamente explicada por múltiplos "colapsos" da função de onda de amplitude de probabilidade durante as interações com as partículas do ambiente. A interferência microscópica nunca é "vista" diretamente por um observador; portanto, não esperamos jamais "ver" superposições macroscópicas de gatos vivos e mortos. A "transição de sistemas quânticos para clássicos" é consequência das leis dos grandes números. As leis da dinâmica quântica incluem necessariamente duas fases: uma necessária para descrever os movimentos contínuos e determinísticos das ondas de amplitude de probabilidade e a outra para descrever os movimentos descontínuos e indeterminísticos das partículas físicas. Os mistérios da não-localidade e do emaranhamento não diferem daqueles da mecânica quântica padrão, como observado no experimento da dupla fenda. A diferença é que agora temos duas partículas idênticas e suas funções de onda são inseparáveis . Para Pesquisadores
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