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Multiverso y mecánica cuántica

mayo 20, 2011

Hoy ha aparecido en arxiv un artículo de dos “pesos pesados”, Leonard Suskind y Raphael Bousso sobre la relación entre las bases de la mecánica cuántica y el multiverso: The Multiverse Interpretation of Quantum Mechanics.

El abstract del artíclo es bastante auto-explicativo:

We argue that the many-worlds of quantum mechanics and the many worlds of the multiverse are the same thing, and that the multiverse is necessary to give exact operational meaning to probabilistic predictions from quantum mechanics.
Decoherence – the modern version of wave-function collapse – is subjective in that it depends on the choice of a set of unmonitored degrees of freedom, the “environment”. In fact decoherence is absent in the complete description of any region larger than the future light-cone of a measurement event. However, if one restricts to the causal diamond – the largest region that can be causally probed – then the boundary of the diamond acts as a one-way membrane and thus provides a preferred choice of environment. We argue that the global multiverse is a representation of the many-worlds (all possible decoherent causal diamond histories) in a single geometry.
We propose that it must be possible in principle to verify quantum-mechanical predictions exactly. This requires not only the existence of exact observables but two additional postulates: a single observer within the universe can access infinitely many identical experiments; and the outcome of each experiment must be completely definite. In causal diamonds with finite surface area, holographic entropy bounds imply that no exact observables exist, and both postulates fail: experiments cannot be repeated infinitely many times; and decoherence is not completely irreversible, so outcomes are not definite. We argue that our postulates can be satisfied in “hats” (supersymmetric multiverse regions with vanishing cosmological constant). We propose a complementarity principle that relates the approximate observables associated with finite causal diamonds to exact observables in the hat.
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No es la primera vez que se ha intentado hacer algo en esta línea. Peter Woit, el autor del blog contrario a la teoría de cuerdas “not even wrong” ha puesto una entrada sobre este artículo Cosmological Interpretations of Quantum Mechanics dónde da un enlace a un artículo del año pasado. En el libro Universe o multiverse del 2003 ya se trataba este tema.

Digamos que lo importante no es que se haya tratado el asunto sino que lo hayan hecho dos físicos tan famosos como Susskind y Bousso.

La idea de este tipo de artículos es más o menos sencilla de entender. En mecánica cuántica la función de onda evoluciona de manera determinista. Sin embargo cuando “colapsa”, es decir, cuando se hace una “observación” el resultado de la medida es incierto y esta distribuido probabilisticamente entre una serie de valores posibles. Una interpretación famosa de ese hecho, distinta a la interpretación escolástica de cophenage es la interpretación de los “muchos mundos” de Everett. En esa interpretación cada vez que se hace una medida se produce un universo nuevo, uno por cada resultado posible de la medida. En las teorías modernas de inflación (la inflacion es una etapa de expansión muy acelerada del universo, requerida para conciliar algunas observaciones cosmológicas del universo en sus primeros instantes) es requerido que no haya una sino muchas, en la práctica infinitas, inflacciones Cada una de estas crearía su propio universo, y el conjunto de todos esos universos el multiverso. La tentación es obvia, unir la interpretación de Everett de la mecánica cuántica y estos modelos de “inflación eterna” o “inflación caótica” de tal modo que cada universo opcional de Everet es un universo real creado por el mecanismo de inflación.

En eete artículo usan, como paso intermedio, la interpretación de decoherencia de la mecánica cuántica. Esta consiste en eliminar los “observadores” y simplemente hablar de dos sistemas cuánticos: uno muy pequeño, con pocos grados de libertad (la partícula o átomo a estudiar) y otro grande con muchos grados de libertad (el sistema de laboratorio y el observador que lo manipula). Ahí el “colapso” de la función de onda es una mezcla (entrelazamiento) de los estados del sistema pequeño con los del sistema grande. La interpretación de decoherencia, en mi opinión es la mas “razonable”, en el sentido de menos metafísica, de las disponibles, pero tiene algunos problemas (que son expuestos en el artículo de Suskind-Bousso. Argumentan que, aparte de los problemas habituales, la deocherencia no funciona en el multiverso. No he leído aún el artículo entero, pero veo que .hacen una llamda al principio de complementariedad de agujeros negros (que dice que la interpretación cuántica del interior de un agujero negro y debe ser la misma, es decir, debe tener los mismos estados cuánticos, para observadores fuera y dentro del agujero negro).

Imagino que Lubos estará a punto de publicar algo sobre este artículo, y sabiendo su poco cario al multiverso no creo que sea una muy favorable (aunque Susskind sea uno de los físicos que mas respeta). A mi particularmente no me atraen tampoco nada este tipo de especulaciones. Leeré el artículo porque sospecho que es de lectura casi obligada y que en el futuro se citará bastante, pero a priori soy bastante escéptico sobre la idea de mezclar la inflación eterna y el multiverso (que me parecen una hipótesis razonablemente fundada, lo cuál no significa que tenga que ser cierta, por supuesto) y los problemas de la interpretación de la mecánica cuántica. En fin, dejo el link porque sé que es importante y posiblemente algunos lectores querrán explorarlo por su cuenta (es un artículo relativamente “asequible”) pero ciertamente no es el tipo de cosas que me entusiasman.

Actualización: Cómo imaginaba Lubos analiza el artículo. Y acerté, no le gusta. Eso sí, me quedé algo algo corto en mis estimaciones sobre el desagrado que le produciría porque su post empieza fuerte, compara el artículo de Susskind-Bousso con uno similar de Smolin. Para quienes no estén al tanto indicar que Lubos considera que Smolin (poseedor de un doctorado en física por Harward y profesor de física en el instituo perímeter) es un chalado incurable y con muy pocas luces. El link concreto a la entrada es este: The Bousso-Susskind hypermultiverse.