Float to Bit: Repercusión del observador en su dimensión y coexistencia con el universo: de una amplitud de probabilidad continua a su transformación como información binaria
Este postulado propone una ontología donde el universo opera fundamentalmente como un sistema físico que registra y procesa información mediante su evolución dinámica en el tiempo. Se plantea que el acto de observación no requiere de una consciencia mística, sino que consiste en un intercambio físico de información a través de interacciones que registran datos en la memoria de un sistema (como un aparato de medición o el entorno). Esta interacción actúa como un filtro que transforma la amplitud de probabilidad continua (superposición de estados en el espacio de Hilbert, el estado Float) en un valor medible y cuantificable, forzando a la naturaleza a emitir respuestas binarias discretas o "bits" mediante actos irreversible de amplificación. Integrando el modelo del Universo de Bloque Cristalizante de Ellis y Rothman, se postula que el "presente" es la frontera dinámica —la barrera de cristalización— donde la incertidumbre cuántica del futuro se transforma de manera irreversible en la certeza clásica del pasado. Como extensión hipotética, se discute que las redes macroscópicas de intercambio de información pueden ejercer restricciones causales de arriba hacia abajo (top-down) y que su procesamiento de información está acotado por límites termodinámicos y energéticos.
Este postulado propone una ontología donde el universo opera fundamentalmente como un sistema físico que registra y procesa información mediante su evolución dinámica en el tiempo. Se plantea que el acto de observación no requiere de una consciencia mística, sino que consiste en un intercambio físico de información a través de interacciones que registran datos en la memoria de un sistema (como un aparato de medición o el entorno). Esta interacción actúa como un filtro que transforma la amplitud de probabilidad continua (superposición de estados en el espacio de Hilbert, el estado Float) en un valor medible y cuantificable, forzando a la naturaleza a emitir respuestas binarias discretas o "bits" mediante actos irreversible de amplificación. Integrando el modelo del Universo de Bloque Cristalizante de Ellis y Rothman, se postula que el "presente" es la frontera dinámica —la barrera de cristalización— donde la incertidumbre cuántica del futuro se transforma de manera irreversible en la certeza clásica del pasado. Como extensión hipotética, se discute que las redes macroscópicas de intercambio de información pueden ejercer restricciones causales de arriba hacia abajo (top-down) y que su procesamiento de información está acotado por límites termodinámicos y energéticos.
El presente ensayo expone un modelo deductivo sobre la ontología del espacio-tiempo y la mecánica cuántica a escala macroscópica. Se argumenta que el espacio-tiempo tetradimensional (3D + 1T) no constituye un escenario fundamental, sino una propiedad emergente derivada de la decoherencia de un estado cuántico único y atemporal (Monismo Cuántico). Se cuestiona la interpretación popular del ascenso a "dimensiones superiores" como destinos o planos paralelos, proponiendo en su lugar que las dimensiones extra postuladas por las teorías unificadas son propiedades constitutivas compactadas en la materia cotidiana. A través de esta arquitectura dimensional, se explica la no-localidad y el entrelazamiento instantáneo como la manifestación de dos partículas que actúan como los extremos de una misma hebra fundamental en el sustrato profundo, donde no existe espacio ni tiempo interpuesto y por lo tanto no se viola el límite relativista de la velocidad de la luz. Finalmente, mediante el análisis de la Paradoja del Amigo de Wigner y su verificación experimental, se examina cómo la definición de un "hecho físico" es de naturaleza relacional y cómo el aislamiento absoluto de información genera fronteras equivalentes a los horizontes de eventos de los agujeros negros, revelando que la singularidad inicial no es un evento del pasado remoto, sino la condición atemporal permanente de la realidad.
Los sistemas cuanticos abiertos pueden observarse continuamente en el tiempo, esto
es, un aparato de medicion esta continuamente acoplado al sistema, esto es, el aparato
de medicion (de forma ideal) esta midiendo el sistema durante todo el intervalo de tiempo
de observacion. El proceso de medicion provee una senal estocastica clasica a partir
de la cual es posible inferir cual es el estado del sistema. Un ejemplo paradigmatico es
el caso de un sistema de dos niveles acoplado a un campo de radiacion laser externa
(sistema fluorescente) donde el aparato de medida es un detector de fotones. Recientemente,
se estudio la posibilidad de usar en la reconstruccion del estado del sistema,
no solo la informacion provista por la medicion a tiempos anteriores (prediccion), sino
tambien la senal posterior en el futuro (retrodiccion). El objetivo de este trabajo es
estudiar dicho problema para el caso en que la dinamica del sistema presenta efectos de
memoria (no-Markoviana). La dinamica efectiva corresponde a un sistema
fluorescente
acoplado a un reservorio dotados de distintos estados mesoscopicos cuya dinamica estoc
astica es clasica. Cada estado a su vez influencia la dinamica irreversible del sistema.
Demostramos que, aun cuando el aparato de medida solo provee informacion sobre la
dinamica cuantica, la pureza de los estados del bano y del sistema son incrementadas
usando la tecnica de retrodiccion.
La física estadística y la mecánica cuántica convencional suelen evaluar la probabilidad de las configuraciones macroscópicas desde una perspectiva externa en tercera persona, descartando la extrema improbabilidad de la cadena de eventos que origina a un observador específico como una falacia de probabilidad retrospectiva. El presente estudio demuestra que dicho enfoque incurre en un error metodológico y físico al omitir un parámetro empírico primario: la existencia y la experiencia consciente en primera persona del observador (el lector) frente a un conjunto abrumador de trayectorias temporales inertes (“líneas muertas”). Al calcular la probabilidad acumulada del conjunto de eventos discretos de configuración desde el último ancestro común universal (LUCA, hace aproximadamente 4,000 millones de años) hasta la línea exacta de eventos que finaliza en el lector, se obtiene una probabilidad de(51,458.46 σ) para los últimos 205 millones de años y de(330,645.93 σ) desde LUCA. Postular un universo único gobernado por un colapso estocástico obliga a aceptar una anomalía estadística irracional. Como solución de máxima parsimonia axiomática, se desarrolla un modelo físico e informacional basado exclusivamente en la relatividad del espacio-tiempo, la mecánica cuántica relativista de Dirac y la formulación de estado relativo de Everett. Se propone un universo de bloque de al menos cinco dimensiones en el que, junto a las coordenadas espaciales, existen dos ejes espaciales adicionales: ana-kata (el vector de entropía generado por el entrelazamiento cuántico, percibido subjetivamente como tiempo) y superana-superkata (el eje donde ocurre la ramificación cuántica). Finalmente, se demuestra que la estabilidad de las leyes clásicas y la ausencia de anomalías cuánticas a gran escala son el resultado directo de la entropía combinatoria de las ramas (donde existen inconcebiblemente más microestados en los macroestados normales que en los anormales) en conjunto con el principio antrópico y copernicano.
El debate sobre el determinismo e indeterminismo en la física ha alcanzado una enorme expansión con el advenimiento de la mecánica cuántica, una teoría formulada en términos probabilísticos dado que su ecuación fundamental, la ecuación de Schrödinger, no determina la dinámica de las propiedades de un sistema, sino la dinámica de sus probabilidades. Al tratar exclusivamente con probabilidades, la física cuántica parece evidenciar un indeterminismo ontológico en los valores que adquieren las variables de un sistema físico (típicamente posición, velocidad, energía, etc.). Sin embargo la evolución del estado del sistema, gobernada por la ecuación de Schrödinger, es perfectamente determinista. Dado el estado a un tiempo inicial, la ecuación de Schrödinger predice de manera determinista el estado en todo tiempo posterior. Pero las probabilidades entran en juego al predecir resultados en el proceso de medición. Según la interpretación ortodoxa, a partir de ahí la evolución es indeterminista y sólo se puede recurrir a las probabilidades que permiten calcular el estado, que hasta ese momento evolucionó manera determinista. La mecánica cuántica parece incorporar así, tanto aspectos determínisticos como indetermínisticos, y la medición parece jugar un rol central en esto.Esta característica ha dado origen un sinnúmero de interpretaciones y no poca controversia entre ellas. Bajo la visión realista, se ha intentado interpretar las probabilidades en términos epistemológicos, es decir, en términos de ignorancia subjetiva del observador. De este modo, las probabilidades sólo estarían cuantificando un indeterminismo epistemológico. Sin embargo muchos de estos intentos demostraron no estar exentos de inconsistencias al punto de poner en juego hasta la misma noción de realismo. Desde una postura no realista, por el contrario, la mecánica cuántica parece imponer un indeterminismo ontológico antes no evidenciado por la mecánica clásica, principalmente porque no es posible asignar valores bien definidos a todas las variables.En las siguientes secciones indagaremos la dualidad entre determinismo e indeterminismo que exhibe la teoría cuántica. La primera sección centra su recorrido en las interpretaciones modales, para analizar desde ella algunas características relevantes de la teoría. En la segunda sección, se desarrollará la formulación Bohmiana de la mecánica cuántica, que tratándose de una formulación realista, pone de relieve la posibilidad de un indeterminismo epistemológico compatible con determinismo ontológico.
Típicamente, en un experimento científico uno busca monitorear una pequeña parte del universo. En cierta medida, la muestra bajo observación estará influenciada por su entorno. Es posible lograr un muy buen aislamiento en el laboratorio, no obstante, los llamados sistemas cerrados perfectos no existen y, tarde o temprano, la muestra será afectada por sus alrededores. Esta es la naturaleza, sus diferentes componentes interactúan entre ellos. Cuando insistimos en estudiar solamente uno de ellos, la influencia de los demás no puede despreciarse. Las reacciones químicas, las transiciones atómicas, la termalización así como la vida misma son producto de la interacción con muchos grados de libertad sobre los cuales no tenemos control. En mecánica cuántica, el acoplo con el entorno es bastante famoso debido al problema de la decoherencia. El entorno introduce un desfase y la mayoría de superposiciones cuánticas desaparecen. La decoherencia provee una ruta para hacer las evoluciones cuánticas cada vez más clásicas y, de esta manera, explica la transición del mundo cuántico al clásico. Por otra parte, es un obstáculo en tecnologías cuánticas donde las reglas de operación son de naturaleza cuántica. Es claro que la llamada comunidad de información cuántica tiene especial interés en la interacción con el entorno. Con algunas excepciones, los protocolos convencionales en comunicación cuántica, computación o simulaciones deben de evitar las interacciones con el entorno. Las tecnologías cuánticas son bastante importantes ya que prometen resolver problemas muy difíciles. Luego, por razones fundamentales (entender como funciona la naturaleza), porque nos gustaría poder evitarla o incluso explotarla a nuestro favor, la teoría de sistemas abiertos tiene un papel central en la ciencia en general y la física en particular. Es momento de cambiar de dirección y enfocar esta introducción hacia los temas cubiertos en esta tesis. Como mencionamos antes, una comunidad especialmente interesada en la decoherencia es aquella que tiene como objetivodesarrollar un procesador cuántico. En particular, los laboratorios que trabajan en simuladores cuánticos analógicos, sistemas cuánticos bien controladoscuya evolución está gobernada por los hamiltonianos que se quiere simular. Esta idea es útil cuando estos hamiltonianos son difíciles o inclusive imposibles de resolver con ordenadores clásicos. De esta manera, los resultados de los experimentos son las soluciones que buscábamos resolver matemáticamente (por medio de un ordenador clásico). Como uno podría imaginar, la condición de controlabilidad (parámetros hamiltonianos, salidas, etc.) imponen el uso de aparatos externos que, a su vez, inducen un acoplo con el entorno. Incluso sin poseer aún una teoría de corrección de errores, incluso si este ruido siempre estará ahí, no hay porque ser tan pesimistas. Los experimentos ya han demostrado buenos resultados. El hamiltoniano que deseamos simular es importante ya que describe las propiedades de algúm material. Luego, como dicta la naturaleza, estos materiales estarán en contacto con un entorno que no podemos controlar. De esta manera, las fases encontradas en la naturaleza y que buscamos entender deben de ser robustas frente a aquellas imperfecciones. Finalmente, la disipación puede generar aquellas fases o incluso
Es pensado que la Mecánica Cuántica es una de las teorías fundamentales en la física. Esta teoría no solo ha permitido el estudio detenido de las propiedades de la naturaleza a una escala atómica, sino que también ha logrado una asombrosa convergencia con gran parte de las teorías clásicas. Un rasgo distintivo de la Mecánica Cuántica es su naturaleza probabilística, lo que implica que no puede prever con absoluta certeza el resultado de un experimento, sino tan solo asignar una probabilidad específica a su ocurrencia. En virtud de esta característica, la Mecánica Cuántica introduce un contexto donde llevar a cabo una medición se convierte en un proceso intrínseco. A pesar de ello, ninguno de sus fundamentos aborda explícitamente la definición de lo que constituye una medición cuántica. Aunque este procedimiento evidencia tanto la naturaleza probabilística a pequeña escala como el carácter determinista del ámbito macroscópico, surge de manera pertinente la pregunta: ¿qué se entiende por medición? O, al menos, ¿cómo llevar a cabo una medición? Diversos esfuerzos han sido realizados con el fin de construir un marco conceptual riguroso que describa el proceso de medición cuántica. En este estudio, se examinará detenidamente el esquema de medición propuesto por von Neumann interpretado a partir de la interacción entre el sistema principal y su entorno, así como los posibles tipos de mediciones que pueden surgir en estos sistemas. Sin embargo, al adentrarnos en el ámbito de la Teoría Cuántica de Campos y buscar realizar mediciones en este contexto, es imperativo ampliar la noción de medición de acuerdo con los principios de localidad y causalidad. Por ende, al establecer un marco claramente definido para las mediciones, también se delinean ciertas operaciones que son físicamente permitidas. Este trabajo se propone examinar los protocolos de medición en campos relativistas con el objetivo de comprender el protocolo propuesto por Fewster y Verch como una generalización de la teoría de medición cuántica no relativista.