The philosophy of quantum theory Resumen: La teoria quàntica representa una de les fites més importants de la història de la ciència del segle XX, tant pel que fa a les seues implicacions teòriques i tecnològiques com pel que fa als problemes conceptuals que planteja la seua interpretació. Aquest article constitueix una revisió de les propostes interpretatives del formalisme quàntic d’ençà que la teoria es va axiomatitzar a les acaballes de la dècada dels anys 20 del segle passat. Aquestes propostes incideixen en problemes filosòfics com la no-localitat, l’indeterminisme, la probabilitat o el realisme científic, per a cadascun dels quals s’ofereix una resposta temptativa a partir de la interpretació del formalisme corresponent. Abstract: Quantum theory represents one of the most important milestones in the history of science in the 20th century, both in terms of its theoretical and technological implications and in terms of the conceptual problems posed by its interpretation. This article constitutes a review of the interpretive proposals of the quantum formalism since the theory was axiomatized at the end of the decade of the 20s of the last century. These proposals rise philosophical problems such as non-locality, indeterminism, probability or scientific realism, for each of which a tentative answer is offered based on the interpretation of the corresponding formalism. Palabras clave: Teoria quàntica, problema de la mesura, variables ocultes, molts mons, col.lapse objectiu. Keywords: Quantum theory, measurement problem, hidden variables, many worlds, objective collapse.
The philosophy of quantum theory Resumen: La teoria quàntica representa una de les fites més importants de la història de la ciència del segle XX, tant pel que fa a les seues implicacions teòriques i tecnològiques com pel que fa als problemes conceptuals que planteja la seua interpretació. Aquest article constitueix una revisió de les propostes interpretatives del formalisme quàntic d’ençà que la teoria es va axiomatitzar a les acaballes de la dècada dels anys 20 del segle passat. Aquestes propostes incideixen en problemes filosòfics com la no-localitat, l’indeterminisme, la probabilitat o el realisme científic, per a cadascun dels quals s’ofereix una resposta temptativa a partir de la interpretació del formalisme corresponent. Abstract: Quantum theory represents one of the most important milestones in the history of science in the 20th century, both in terms of its theoretical and technological implications and in terms of the conceptual problems posed by its interpretation. This article constitutes a review of the interpretive proposals of the quantum formalism since the theory was axiomatized at the end of the decade of the 20s of the last century. These proposals rise philosophical problems such as non-locality, indeterminism, probability or scientific realism, for each of which a tentative answer is offered based on the interpretation of the corresponding formalism. Palabras clave: Teoria quàntica, problema de la mesura, variables ocultes, molts mons, col.lapse objectiu. Keywords: Quantum theory, measurement problem, hidden variables, many worlds, objective collapse.
El paper central d’Schrodinger en l’adveniment de la Mecanica Quantica es ampliament reconegut pel relat historic oficial. Menys conegudes son, pero, les grans diferencies que va mantenir amb el corrent majoritari de la fisica teorica un cop establerta aquesta teoria. La seva lluita (1935-1961) es va centrar en revisar les bases de la teoria quantica, posant especial emfasi en la interpretacio. En aquest article elaborem un esquema historic dels arguments que va aportar, principalment en relacio amb la questio de la constitucio elemental de la materia. Argumentem que les idees tardanes d’Schrodinger, sovint malinterpretades, poden aportar contingut util a un debat encara vigent. The central role of Schrodinger in the birth of Quantum Mechanics is widely acknowledged by the official historical accounts. However, his refusal of the main stream in theoretical physics once the quantum theory was established is less known. His struggle (1935-1961) focused in revisiting the foundations of the quantum theory, with special stress on interpretation. In this paper we give a historical outline of his claims, specially with regard to the elementary constitution of matter. We argue that the latter ideas of Schrodinger, often misunderstood, can provide useful insight into a debate which is still alive.
This work presents a historical-epistemological analysis of the foundations of quantum mechanics. From a philosophical point of view, the relationships between quantum mechanics and scientific realism are highlighted, as well as the influence of the neo-positivist philosophy of the first decades of the 20th century. The great significance of measurement in the context of quantum mechanics is underlined, as an essential element in providing a coherent description of reality moving from the microcosm to the macrocosm, as well as the role that the measurement apparatus and the consciousness of the observer assume during the act of measurement, the ontological problem, the problem of the objectification of the wave function and the problem of the definition of discernibility. This is followed by an overview of the most important alternative proposals to the standard interpretation (Copenhagen interpretation), with particular reference to hidden variable theories, and other alternatives to standard quantum mechanics that profoundly modify the vision of reality, such as the Everett’s many-worlds theory, the QBism, the unified holistic approach.
La mecànica quàntica va néixer a començaments del segle passat per a explicar fenòmens que els models de l'època no podien explicar. Des de llavors n'han aparegut diferents formalismes i interpretacions, cadascun amb les seves peculiaritats, que permeten proposar solucions diferents a alguns problemes quàntics o ajudar a descriure'n la dinàmica. Al mateix temps, l'estudi de la llum ha seguit de prop el desenvolupament de la teoria quàntica: des del seu inici amb la descripció que va fer Albert Einstein de l'efecte fotoelèctric fins al desenvolupament de les font de llum làser. De fet, la llum làser ha demostrat ser una eina molt útil per a induir, manipular i mesurar el comportament quàntic de la matèria. Per exemple, els làsers han permès el desenvolupament de tècniques per a refredar, capturar i manipular àtoms neutres. Les ones de matèria atòmica en potencials òptics, elèctrics i magnètics s'han utilitzat per a posar a prova els principis de la mecànica quàntica i crear-ne aplicacions en, per exemple, el processat d'informació quàntica o l'atomtrònica, on els àtoms atrapats constitueixen dispositius anàlegs als díodes i transistors electrònics. D'altra banda, durant els últims cinquanta anys la intensitat de les fonts de llum ha experimentat un creixement gairebé exponencial. Aquests desenvolupaments han desafiat la física a trobar una descripció per als processos bàsics en la interacció entre la llum i la matèria, molt més complexos que l'efecte fotoelèctric d'Einstein, provocant fenòmens com la ionització multifotònica o l'emissió de radiació d'harmònics d'ordre alt. El punt de partida d'aquesta tesi és la narració del desenvolupament de la mecànica quàntica, després de la qual presentem els dos formalismes matemàtics de la teoria quàntica que usarem: la interpretació estàndard, que ens permet representar la dinàmica ondulatòria de la matèria, i la de de Broglie-Bohm, on la dinàmica es descriu a partir de trajectòries. La tesi tracta sobre dos sistemes òptics quàntics diferents, és a dir, sobre la interacció de la llum i la matèria a nivell quàntic. El primer sistema que estudiem és la manipulació coherent d'àtoms ultrafreds atrapats en potencials òptics. En particular, estudiem l'anàleg per a àtoms en un potencial amb tres trampes òptiques de la transferència adiabàtica Raman estimulada (STIRAP, de les sigles en anglès) de l'òptica quàntica. Gràcies al formalisme de de Broglie-Bohm, demostrem que la descripció d'aquest transport per a un àtom individual (o un condensat de Bose-Einstein) necessita correccions relativistes en alguns règims de paràmetres corresponents a realitzacions molt lentes del procés. A més, presentem pel cas de múltiples àtoms una tècnica per a transportar trampes buides en una fila de trampes òptiques i dissenyem dispositius atomtrònics per al control del flux d'ones de matèria. El segon sistema que estudiem és la ionització de l'hidrogen mitjançant polsos làser ultraintensos. Usem les trajectòries de de Broglie-Bohm per a obtenir informació sobre la dinàmica i proposar mètodes per a calcular, en un model unidimensional, els espectres de ionització per sobre del llindar i de generació d'harmònics. També estudiem la dinàmica d'ionització d'un àtom d'hidrogen interaccionant amb un feix de llum que porta moment angular orbital mitjançant càlculs tridimensionals, demostrant que és possible transmetre el moment angular orbital de la llum als electrons. Les trajectòries de de Broglie-Bohm de la dinàmica del procés permeten una visualització molt clara de l'absorció de moment angular per part dels electrons.
Fa més d'un segle els físics de tot el món desenvolupaven una teoria per descriure comportaments estranys recentment descobertes d'alguns sistemes físics, això marca el naixement de la Teoria Quàntica. Algunes dècades més tard, la idea revolucionària de separar la informació de la seva companyia física va conduir a l'establiment de la Teoria de la Informació. Aquests al principi es van unir les teories independents en les últimes dècades del segle anterior deixant-nos de Teoria de la Informació Quàntica. Aquesta tesi explorarà una intersecció entre matemàtiques, física i informàtica, tractant d'aclarir l'entrellaçat de l'anterior. Tot seguit, es van establir els resultats que es van establir durant els anys d'estudis que van dur a aquest treball. La pregunta plantejada en el títol no es respondrà plenament ja que pot ser massa aviat per donar una resposta definitiva a aquesta àmplia pregunta.
We present a historical-epistemological analysis of the foundations of quantum mechanics, highlighting the relationships between quantum mechanics and scientific realism, as well as the influence of the neo-positivist philosophy of the first decades of the 20th century. The great significance of the measurement process in the context of quantum mechanics is underlined as an essential element in providing a coherent description of reality, moving from micro to macrocosm, as well as the role that the measurement apparatus and the consciousness of the observer assume during the act of measurement, the related ontological problems, the question of the objectification of the wave function, and that of the definition of discernibility. We consider also an overview of the most important alternative proposals to the standard interpretation of quantum mechanics (Copenhagen interpretation), with particular reference to hidden variable theories and other alternatives to standard quantum mechanics philosophical approach, that are modifying the vision of reality, such as the Everett’s many-worlds theory, the QBism and unified holistic approaches, such as the Primordial Dynamic Space.
El desenvolupament de la mecànica quàntica a principis del segle xx va constituir una de les més grans revolucions tant en les ciències experimentals i en les ciències exactes com en la filosofia, i va modificar completament la manera d’entendre el món tant a nivell microscòpic com macroscòpic. De fet, tal com varen fer notar els seus fundadors, la mecànica quàntica és força contradictòria respecte a la nostra forma clàssica de pensar. Per superar aquesta limitació, Erwin Schrödinger i Albert Einstein, entre d’altres, van proposar una sèrie d’experiments ideals que mostraven el comportament paradoxal de la mecànica quàntica, entre els quals l’anomenat «gat de Schrödinger» i la «paradoxa EPR» (o paradoxa Einstein-Podolsky-Rosen) són els més coneguts. Aquestes propostes experimentals, que es coneixen amb el nom alemany de Gedankenexperimente (experiments mentals), feien ús del principi de superposició i de l’entrellaçament dels sistemes quàntics apper mostrar les estranyes propietats de la mecànica quàntica. Tanmateix, com va indicar el mateix Schrödinger, es tractava de propostes ridícules perquè mai aconseguiríem manipular partícules individuals. El Premi Nobel de Física 2012 ha estat atorgat a Serge Haroche i David J. Wineland, que van ser capaços, mitjançant sofisticats dispositius experimentals, d’atrapar i manipular fotons i ions individuals, respectivament, tot fent realitat els Gedankenexperimente proposats als inicis de la mecànica quàntica. A més, aquells experiments van establir les bases per a un nou camp de recerca, la ciència de la informació quàntica, i per al desenvolupament de noves aplicacions com ara la construcció de rellotges atòmics de precisió anteriorment mai assolida. Aquests desenvolupaments han marcat l’inici de l’anomenada segona revolució quàntica.Paraules clau: òptica quàntica · mecànica quàntica · electrodinàmica quàntica en cavitats · captura i refredament d’ions