Hugh Everett III foi um dos alunos de pós-graduação mais famosos de John Wheeler . Outros incluem Richard Feynman . Wheeler orientou mais teses de doutorado do que qualquer outro professor de física de Princeton.

Everett frequentou aulas de física matemática com Eugene Wigner , que argumentava que a consciência humana (e talvez alguma forma de consciência cósmica) era essencial para o colapso da função de onda .

Everett foi o inventor da "função de onda universal" e da formulação de "estado relativo" da mecânica quântica, posteriormente conhecida como "interpretação de muitos mundos".

O primeiro rascunho da tese de Everett chamava-se "Mecânica Ondulatória sem Probabilidade". Assim como Albert Einstein e Erwin Schrödinger , Everett ficou horrorizado com a ideia de eventos indeterminísticos . Para ele, era muito mais lógico que o mundo fosse inteiramente determinístico .

Everett começou sua tese descrevendo os "dois processos" de John von Neumann .

O Processo 1 é o colapso repentino da função de onda de uma superposição de estados quânticos em um único estado, sendo a probabilidade de colapso em um determinado estado proporcional à sobreposição da função de onda do estado atual com as dos estados da superposição. (Ver Processo 1 de von Neumann .)

O Processo 2 é a evolução temporal unitária da função de onda gerada deterministicamente pela equação de onda de Schrödinger. (Ver Processo 2 de von Neumann .)

Everett então apresenta as contradições internas dos colapsos de funções de onda dependentes do observador com exemplos do "Amigo de Wigner", um observador que observa outro observador. Para quem a função de onda colapsa?

Everett considera diversas explicações alternativas para o paradoxo de Wigner, sendo a quarta a interpretação estatística padrão da mecânica quântica, que foi criticada por Einstein por não ser uma descrição completa .

Alternativa 4: Abandonar a posição de que a função de estado é uma descrição completa de um sistema. A função de estado deve ser considerada não como a descrição de um único sistema, mas de um conjunto de sistemas, de modo que as afirmações probabilísticas surjam naturalmente da incompletude da descrição.

("A interpretação de muitos mundos da mecânica quântica", p. 8)

Para ser "completo", Everett acreditava que seriam necessárias "variáveis ocultas".

A "teoria da função de onda universal" de Everett é a última alternativa:

Alternativa 5: Assumir a validade universal da descrição quântica, abandonando completamente o Processo 1. A validade geral da mecânica ondulatória pura, sem quaisquer afirmações estatísticas , é assumida para todos os sistemas físicos, incluindo observadores e aparelhos de medição. Os processos de observação devem ser completamente descritos pela função de estado do sistema composto que inclui o observador e seu sistema objeto, e que obedece em todos os momentos à equação de onda (Processo 2).

("A interpretação de muitos mundos da mecânica quântica", p. 8)

Ele afirma que essa alternativa tem muitas vantagens.

Possui simplicidade lógica e é completa no sentido de ser aplicável a todo o universo. Todos os processos são considerados igualmente (não há "processos de medição" que desempenhem qualquer papel privilegiado), e o princípio do paralelismo psicofísico é plenamente mantido. Uma vez que a validade universal da descrição da função de estado é afirmada, pode-se considerar as próprias funções de estado como as entidades fundamentais, e pode-se até mesmo considerar a função de estado de todo o universo. Nesse sentido, essa teoria pode ser chamada de teoria da "função de onda universal", já que se presume que toda a física decorra dessa função.

("A interpretação de muitos mundos da mecânica quântica", p. 8)

Em um extenso capítulo, Everett desenvolve o conceito de informação — apesar de sua visão determinista da física não admitir possibilidades . Para Claude Shannon , o criador da teoria da comunicação da informação, não pode haver transmissão de informação sem possibilidades. Everett observa corretamente que, na mecânica clássica, a informação é uma propriedade conservada, uma constante do movimento. Nenhuma informação nova pode ser criada no universo.

Como segundo exemplo ilustrativo, consideremos brevemente a mecânica clássica de um grupo de partículas. O sistema, em qualquer instante, é representado por um ponto... no espaço de fase de todas as coordenadas de posição e momento. O movimento natural do sistema, então, transporta cada ponto para outro, definindo uma transformação contínua do espaço de fase em si mesmo. De acordo com o teorema de Liouville, a medida de um conjunto de pontos do espaço de fase é invariante sob essa transformação. Essa invariância da medida implica que, se começarmos com uma distribuição de probabilidade sobre o espaço de fase, em vez de um único ponto, a informação total,... que é a informação da distribuição conjunta para todas as posições e momentos, permanece constante no tempo .

("A interpretação de muitos mundos da mecânica quântica", p. 31)

Everett observa corretamente que, se a informação total for constante, a entropia total também será constante.

Se definirmos a entropia total como o negativo da informação total, podemos substituir a segunda lei usual da termodinâmica por uma lei de conservação da entropia total , onde o aumento na entropia padrão (marginal) é exatamente compensado por uma entropia de correlação (negativa). A segunda lei usual resulta, então, simplesmente da nossa renúncia a todo conhecimento de correlação ( stosszahlansatz ), e não de qualquer comportamento intrínseco dos sistemas clássicos. A situação da mecânica clássica, portanto, contrasta fortemente com a dos processos estocásticos, que são intrinsecamente irreversíveis .

("A interpretação de muitos mundos da mecânica quântica", p. 31-32)

Há outra maneira de encarar essa aparente irreversibilidade dentro da nossa teoria, que reconhece apenas o Processo 2. Quando um observador realiza uma observação, o resultado é uma superposição, em que cada elemento descreve um observador que percebeu um valor específico. A partir desse momento, não há interação entre os elementos separados da superposição (que descrevem o observador como tendo percebido resultados diferentes), visto que cada elemento, individualmente, continua a obedecer à equação de onda. Cada observador descrito por um elemento específico da superposição comporta-se, no futuro, de forma completamente independente de quaisquer eventos nos elementos restantes, e não pode mais obter qualquer informação a respeito desses outros elementos (eles são completamente inobserváveis para ele).

A irreversibilidade do processo de medição é, portanto, dentro da nossa estrutura, simplesmente uma manifestação subjetiva que reflete o fato de que, nos processos de observação, o estado do observador se transforma em uma superposição de estados de observadores, cada elemento dos quais descreve um observador que está irrevogavelmente isolado dos demais elementos. Embora seja concebível que alguma agência externa possa reverter a função de onda total, tal mudança não pode ser provocada por nenhum observador representado por um único elemento de uma superposição, visto que ele é totalmente impotente para influenciar quaisquer outros elementos.

Existem, portanto, restrições fundamentais ao conhecimento que um observador pode obter sobre o estado do universo. É impossível para qualquer observador descobrir a função de estado total de qualquer sistema físico, uma vez que o próprio processo de observação não deixa nenhum estado independente para o sistema ou para o observador, mas apenas um estado composto do sistema no qual os estados do objeto-sistema estão inextricavelmente ligados aos estados do observador.

Eis a tese radical de Everett de que a observação "divide" o observador único em uma superposição de múltiplos observadores, cada um dos quais possui conhecimento apenas do novo estado do sistema objeto (interpretado posteriormente por Bryce DeWitt como diferentes "universos").

Assim que a observação é realizada, o estado composto é dividido em uma superposição na qual cada elemento descreve um estado diferente do sistema objeto e um observador com conhecimento (diferente) desse estado. Somente a totalidade desses estados de observação, com seus diversos conhecimentos, contém informações completas sobre o estado original do sistema objeto — mas não há comunicação possível entre os observadores descritos por esses estados separados. Portanto, qualquer observador individual pode possuir conhecimento apenas da função de estado relativa (em relação ao seu próprio estado) de qualquer sistema, que, em qualquer caso, é tudo o que lhe interessa.

("A interpretação de muitos mundos da mecânica quântica", pp. 97-98)

No capítulo final de sua tese, Everett apresenta cinco possíveis "interpretações": a "popular", a de "Copenhague", a das "variáveis ocultas", a do "processo estocástico" e a da "onda".

a. A interpretação "popular" . Este é o esquema mencionado na introdução, onde ψ é considerado como caracterizando objetivamente o sistema individual, obedecendo a uma equação de onda determinística quando o sistema está isolado, mas mudando probabilisticamente e de forma descontínua sob observação.

("A interpretação de muitos mundos da mecânica quântica", p. 110)

b. A interpretação de Copenhague . Esta é a interpretação desenvolvida por Bohr. A função ψ não é considerada uma descrição objetiva de um sistema físico (ou seja, não é, de forma alguma, um modelo conceitual), mas sim um mero artifício matemático que permite fazer previsões estatísticas, ainda que as melhores previsões possíveis. Essa interpretação, na verdade, nega a própria possibilidade de um único modelo conceitual aplicável ao domínio quântico e afirma que a totalidade dos fenômenos só pode ser compreendida pelo uso de diferentes modelos mutuamente exclusivos (ou seja, "complementares") em diferentes situações. Todas as afirmações sobre fenômenos microscópicos são consideradas sem sentido, a menos que acompanhadas por uma descrição completa (clássica) de um arranjo experimental.

("A interpretação de muitos mundos da mecânica quântica", p. 110)

c. A interpretação das "variáveis ocultas" . Esta é a posição (Alternativa 4 da Introdução) de que ψ não é uma descrição completa de um único sistema. Assume-se que a descrição completa correta, que envolveria parâmetros adicionais (ocultos), levaria a uma teoria determinística, da qual os aspectos probabilísticos surgem como resultado da nossa ignorância desses parâmetros extras, da mesma forma que na mecânica estatística clássica.

("A interpretação de muitos mundos da mecânica quântica", p. 111)

Everett afirma que, neste caso, a função ψ é considerada como uma descrição de um conjunto de sistemas, e não de um sistema único. Entre os defensores dessa interpretação estão Einstein e Bohm.

A interpretação do processo estocástico . Este ponto de vista defende que os processos fundamentais da natureza são processos estocásticos (ou seja, probabilísticos). De acordo com essa perspectiva, os sistemas físicos supostamente existem em estados definidos o tempo todo, mas esses estados estão continuamente sujeitos a mudanças probabilísticas. Os "saltos quânticos" probabilísticos descontínuos não estão associados a atos de observação, mas são fundamentais para os próprios sistemas.

("A interpretação de muitos mundos da mecânica quântica", p. 114)

Isso se aproxima da nossa interpretação informacional da mecânica quântica , que afirma que os colapsos da função de onda resultam de interações entre sistemas quânticos, independentemente de quaisquer observadores ou processos de medição.

A interpretação ondulatória . Esta é a posição proposta na presente tese, na qual a própria função de onda é considerada a entidade fundamental, obedecendo sempre a uma equação de onda determinística.

("A interpretação de muitos mundos da mecânica quântica", p. 115)

Everett afirma que esta é a sua tese, que segue mais de perto a visão defendida por Erwin Schrödinger , que negou a existência de "saltos quânticos" e colapsos da função de onda . Veja "Existem saltos quânticos" de Schrödinger, Parte I e Parte II (e, anos depois de Everett, John Bell (1987) e H. Dieter Zeh (1993), que escreveram artigos com títulos semelhantes).

Sobre o "Observador Consciente"

Everett propôs que o complexo problema dos "observadores conscientes" pode ser bastante simplificado ao se notar que o elemento mais importante em uma observação é a informação registrada sobre o resultado da medição na memória do observador. Ele propôs que os observadores humanos poderiam ser substituídos por equipamentos de medição automáticos que alcançariam o mesmo resultado. Uma medição ocorreria quando a informação fosse registrada pelo instrumento de medição.

Para os nossos propósitos, basta considerar que os observadores possuem memórias (isto é, partes de natureza relativamente permanente cujos estados correspondem à experiência passada dos observadores). Para inferir sobre a experiência passada de um observador, basta deduzir o conteúdo presente da memória tal como se apresenta no modelo matemático.

Como modelos para observadores, podemos, se quisermos, considerar máquinas que funcionam automaticamente, possuindo aparato sensorial e acopladas a dispositivos de gravação capazes de registrar dados sensoriais passados e configurações da máquina.

O modelo de observador de Everett é um exemplo clássico de inteligência artificial.

Podemos supor ainda que a máquina seja construída de forma que suas ações presentes sejam determinadas não apenas pelos dados sensoriais presentes, mas também pelo conteúdo de sua memória. Tal máquina será então capaz de realizar uma sequência de observações (medições) e, além disso, de decidir sobre seus experimentos futuros com base em resultados passados. Se considerarmos que os dados sensoriais atuais, bem como a configuração da máquina, são registrados imediatamente na memória, então as ações da máquina em um dado instante podem ser consideradas como uma função apenas do conteúdo da memória, e toda a experiência relevante da máquina está contida na memória.

O modelo de observador de Everett possui o que poderia ser chamado de consciência artificial .

Para essas máquinas, justifica-se o uso de frases como "a máquina percebeu A" ou "a máquina está ciente de A" se a ocorrência de A estiver representada na memória, visto que o comportamento futuro da máquina será baseado na ocorrência de A. De fato, toda a linguagem usual da experiência subjetiva é perfeitamente aplicável a essas máquinas e constitui o modo de expressão mais natural e útil ao lidar com seu comportamento, como é bem sabido por aqueles que trabalham com autômatos complexos.

("A "Formulação do Estado Relativo da Mecânica Quântica", Rev. Mod. Phys. , 29, 3, p. 457)

O modelo de memória de máquina de Everett resolve completamente o problema do "Amigo de Wigner". Assim como na interpretação da informação na mecânica quântica , é o registro da informação em uma "medição" que torna possível uma "observação" subsequente por um observador humano.

• A ideia de Everett para a "validade universal da descrição quântica" pode ser interpretada como a afirmação de que a mecânica quântica se aplica a todos os sistemas físicos, não apenas a sistemas microscópicos. Assim, a mecânica "clássica" emerge no limite do quantum de ação de Planck h → 0 , ou, mais importante, h/m → 0 , de modo que a física clássica se manifesta em objetos massivos de grande dimensão (como seres humanos) porque a indeterminação é pequena demais para ser medida.

• Everett afirma que a função ψ descreve um conjunto de sistemas, e não um sistema isolado. É verdade que o fenômeno da interferência de ondas só pode ser inferido a partir dos resultados de muitos experimentos com partículas individuais. Não "observamos" a interferência diretamente. Afirmações probabilísticas surgem naturalmente da incompletude dessa descrição.

• Everett observa corretamente que, na mecânica clássica, a informação é uma propriedade conservada, uma constante do movimento. Nenhuma informação nova pode ser criada em um universo clássico.

• O equipamento de medição automático de Everett, que armazena informações sobre as medições em sua "memória", resolve de forma elegante o problema de von Neumann do "paralelismo psicofísico" na mecânica quântica dependente do "observador consciente", como a " interpretação de Copenhague " de Bohr - Heisenberg .

• A teoria de Everett preserva a "aparência" das possibilidades , assim como todos os resultados da mecânica quântica padrão. Afinal, trata-se de uma "interpretação". Portanto, até mesmo as funções de onda "parecem" colapsar . Observe que, se existem muitas possibilidades, sempre que uma se torna real , as outras desaparecem instantaneamente na física quântica padrão. Na teoria de Everett, elas se tornam outros mundos possíveis.

A Interpretação de Muitos Mundos da Mecânica Quântica (PDF)

Formulação de "Estado Relativo" da Mecânica Quântica , Hugh Everett, III, Reviews of Modern Physics , Vol. 29, nº 3, 454-462, julho de 1957

Avaliação da formulação de "estado relativo" de Everett na mecânica quântica , John A. Wheeler, Reviews of Modern Physics , Vol. 29, nº 3, 463-465, julho de 1957

Mecânica Quântica e Realidade , Bryce DeWitt, Physics Today , vol. 23, nº 9, pp. 30-35, setembro de 1970

Muitos Mundos ou Muitas Palavras? , Max Tegmark, 15 de setembro de 1997, arXiv.org

Os Muitos Mundos de Hugh Everett III , Peter Byrne, Oxford University Press, 2010