Hugh Everett III, formulação do "estado relativo" - conhecida hoje como "interpretação de muitos mundos"

Hugh Everett III, formulação do "estado relativo" - conhecida hoje como "interpretação de muitos mundos"

1. Hugh EVERETT Interpretação dos Estados Relativos MARCOS R. dos REIS Disciplina de: Tópicos Fundamentais em Teoria Quântica e Física Contemporânea Prof. Dr. Agostinho S. A. Neto ULBRA / PPGECIM – abril/2015  

2. INTRODUÇÃO Hugh Everett III  (1930 – 1982) foi um físico estadunidense que “ propôs a interpretação de muitos mundos”  (IMM) da física quântica, que ele chamou de “ formulação do estado relativo ". Abandonou a física após completar seu Ph . D., desanimado pela falta de respostas a suas teorias pelos outros físicos. Desenvolveu o uso de Multiplicadores de Lagrange  na investigação operacional e aplicou esta comercialmente como analista de defesa e consultor (pentágono) – enquanto estava em Copenhague. Foi casado com Nancy Everett née Gore, com quem teve dois filhos, Mark Oliver Everett (vocalista da banda  Eels ) e Elizabeth Everett . WIKI ...

3. INTRODUÇÃO Existe uma boa analogia na matemática... Os números complexos foram definidos primeiro somente em termos dos números reais. No entanto, com experiência e familiaridade suficientes com suas propriedades, tornou-se possível e, de fato, mais natural, defini-los primeiro por isto sem referência aos números reais, e derivar deles o caso restrito dos reais . Eu sugeriria que chegou o momento de fazer o mesmo com a mecânica quântica ( trata-la por isto com uma teoria fundamental sem nenhuma dependência da física clássica, e derivar a física clássica dela .... ... pretende-se formula-la sem a física clássica, como no caso dos números complexos . Carta de Hugh Everett para Aage Petersen , 31 de maio de 1957

4. INTRODUÇÃO Três personagens: Hugh EVERETT :   Buscou a explicação de alguns processos não determinísticos (tais como medição ) na mecânica quântica. (doutorando – estratégia subversiva, ( Bourdieu , 1983) ) O capital cultural refere-se a bens, por exemplo, competências, habilidades, qualificações, que permitem que os titulares de mobilizar autoridade cultural e também pode ser uma fonte de desconhecimento e de violência simbólica. John Wheeler (orientador e orientando – estratégia de sucessão, ( Bourdieu , 1983) ) Niels Bohr: Em 1933, juntamente com seu aluno Wheeler , Bohr aprofundou a teoria da fissão, evidenciando o papel fundamental do urânio 235 ... (orientador e monocrata )

5. INTRODUÇÃO A interpretação dos estados relativos , também conhecida como interpretação dos “ muitos-mundos ”, publicada em 1957 por Hugh Everett, é hoje uma das principais linhas interpretativas da teoria quântica. Qualquer pesquisador envolvido com o tema não pode estar alheio a ela, mesmo que seja para criticá-la . ( Freitas ; Freire Jr, 2008 )

6. A INTERPRETAÇÃO Busca-se mostrar para Bohr que essa nova abordagem era uma generalização da sua interpretação; E, convencer Everett que existiam pontos em sua abordagem – dos estados relativos - que era incompatível com a visão B ohr,... E que deveriam ser modificados ... (estratégia de sucessão/subversivo – monocracia/autocracia) Como resultado, o pensamento de Bohr não foi modificado, mas a tese de Everett sofreu varias mudanças significativas . Entender porque John Wheeler pensou que era possível compatibilizar ambas as abordagens ( Bourdieu , 1983) . Evidenciando o debate entre realismo everettiano e pragmatismo bohriano . Para Everett, a evolução do estado físico de um sistema é sempre linear e determinística , de acordo com a equação de Schroedinger. O estado físico do sistema é completamente descrito pela função de onda, e essa “ função de onda é tomada como a entidade física básica sem uma interpretação a priori ” - anterior a experiência.

7. A INTERPRETAÇÃO Everett propõe reproduzir as mesmas consequências experimentais – que a teoria de Bohr - utilizando somente o “formalismo bruto ”; E sem os princípios interpretativos sugeridos por Bohr, mostrando que sua interpretação é coerente com a prática dos físicos; E le descreve os observadores dentro da teoria; Desenvolve o formalismo às últimas consequências, e só então tenta entender o significado do que está sendo descrito; Faz, então, a conexão com a linguagem comum da experiência; Ao fazer isso, acredita que o formalismo está exprimindo a sua própria interpretação.

8. A INTERPRETAÇÃO Everett queria tratar o Universo todo, como um sistema quântico - não tendo um observador externo e supôs que colapsos nunca ocorreriam (pois eles só poderiam ser provocados por um observador externo ) . Em cada sistema o observador teria o conhecimento de que apenas um resultado de medição se produziu; Afirmaria, então que tal resultado não surgiu após um colapso do estado quântico (Bohr); Na teoria dos “ Muitos Mundos ”, para cada possível resultado de uma ação, o mundo se divide em uma cópia de si mesmo .   (Johnson-Laird, 1983 - mundos possíveis) DeWitt ( Muitos Mundos )

9. A INTERPRETAÇÃO Para interpretar a conexão do formalismo com a nossa experiência, ele cria a noção de estados relativos ; Quando uma interação de medição ocorre entre um observador e um sistema em um nível objetivo, ambos os sistemas passam a estar correlacionados e o observador percebe (mede) o sistema em todos os possíveis auto estados; O observador terá medido um resultado específico relativo aos outros resultados do sistema; Com essa noção, nunca existe, de um modo geral, um resultado específico após uma medição;

10. A INTERPRETAÇÃO Ao contrário, sempre existirá uma série de resultados, uns relativos aos outros e todos igualmente reais; Essa noção é suficiente para explicar qual o sentido de uma função de onda na qual todos os elementos da superposição permanecem acontecendo objetivamente, mesmo após interações entre sistemas quânticos , e qual a conexão desse resultado com a nossa prática. John Wheeler , através de uma nota, envia para Everett em 1955, afirmando que o primeiro artigo - como efetuar uma medida quantitativa da correlação entre dois sistemas - “ me parece praticamente pronto para publicar – onde você o publicaria ?”;

11. A APRESENTAÇÃO O segundo manuscrito, afirma sentir-se “ envergonhado de mostrá-lo para Bohr na sua atual forma ”; Pois o texto é de grande valor, mas “ tem partes sujeitas a interpretações místicas equivocadas por parte de muitos leitores não preparados ”; Esse segundo manuscrito, intitulado “ Probabilidade em mecânica ondulatória ”, é uma apresentação da interpretação de Everett sem utilizar o formalismo matemático. Com argumentos semelhantes aos da tese e apresentados de modo mais claro e com metáforas mais fortes;

12. A APRESENTAÇÃO É na publicação com o título de “ A teoria da função universal ”, que Everett apresenta pela primeira vez suas ideias; as modificações posteriores não afetariam o conteúdo de sua interpretação; Na conclusão de sua Tese, ele volta a discutir as possíveis soluções para os problemas da teoria quântica, incluindo a proposta de Bohr como uma das possíveis; “ A interpretação de Bohr, para mim, é ainda mais insatisfatória e em bases bem distintas .” ( Freitas ; Freire, 2008 ) ; Para Wheeler é que, no caso de Bohr, o aparato é sempre externo . Já no caso da função de onda do Universo, nunca há aparato externo no sistema .

13. A APRESENTAÇÃO A tese colocava a interpretação de Bohr como uma de várias possibilidades, e ainda por cima como uma opção inadequada ; John Wheeler não poderia deixar que Bohr lesse algo assim; O texto foi revisado por ambos; A segunda versão que foi enviada para Copenhague, cujo título era “ Mecânica ondulatória sem probabilidades ”. 3º versão da tese … “Sobre os fundamentos da teoria quântica”. Alguns meses depois... a tese agora chamada “A formulação dos ‘estados- relativos’ da mecânica quântica” .

14. REFLEXÕES “ Não há ‘escolha’ científica – do campo da pesquisa, dos métodos empregados, do lugar de publicação, [...] – que não seja uma estratégia de investimento objetivamente orientada para a maximização do lucro propriamente científico, isso é, a obtenção do reconhecimento dos pares concorrentes ” ( Bourdieu , 1983) . O que está em jogo especificamente nessa luta é o monopólio da autoridade científica definida, de maneira inseparável, como capacidade técnica e poder social; ou, se quisermos o monopólio da competência científica, compreendida enquanto capacidade de falar e de agir, legitimamente (isto é, de maneira autorizada e com autoridade), que é socialmente outorgada a um agente determinado ( Bourdieu , 1983) .

15. ANÁLISE John Wheeler responde aos questionamentos feitos à tese de Everett: “ Eu não, de modo algum, questiono a auto consistência e exatidão do formalismo da mecânica quântica atual [...]. Pelo contrário, eu tenho apoiado vigorosamente e espero apoiar no futuro a presente e inescapável abordagem ao problema da medição. Para ter certeza, Everett pode ter tido dúvidas sobre esse ponto no passado, mas eu não ” ( Freitas ; Freire, 2008c ) . Bryce DeWitt , que havia criticado o pre-print que fora enviado à Bohr,... Voltou a Tese de Everett dez anos depois - movido pelo seu interesse em cosmologia – apresentando-a em 1967 em um encontro de gravitação e cosmologia;

16. ANÁLISE Dedicou-se à interpretação da Tese de Everett, publicando a versão original mais ampla da tese de Everett, que permanecia inédita (1973) ( Freitas ; Freire, 2008a ) ; A formulação de DeWitt ( Muitos Mundos ) tornou-se tão popular que muitos confundem-na com o trabalho original de Everett; C onseguiu um estudante de doutorado, Neill Graham, para pesquisar o tema; Financiamento da National Science Vonndalion, e o interesse da revista Physics Today , tendo publicado um artigo, seguido pouco depois por um debate (com 6 físicos e mais a resposta de DeWitt ) na mesma revista ( DeWitt , 1968; DeWitt , 1970; “ Quantum- mechanics debate ”; DeWitt ( Muitos Mundos )

17. O FORMALISMO “Um sistema físico é completamente descrito por uma função de estado Ψ ”; Everett insere o observador no formalismo,... (observador pode ser um aparato experimental ou qualquer tipo de sistema que permita gravar um resultado ) ; A inserção do observador no formalismo se dá pela exigência da validade universal desse formalismo; Diferença entre observadores: humanos e autômatos (dispositivos) Ao levar as exigências da descrição ao extremo, o observador passa naturalmente a ser também descrito pelo formalismo ;

18. O FORMALISMO Para interpretar a conexão do formalismo com a experiência, Everett cria a noção de estados relativos; Quando uma interação de medição ocorre entre um observador e um sistema em um nível objetivo, ambos os sistemas passam a estar correlacionados e o observador percebe (mede) o sistema em todos os possíveis auto estados; Em um nível subjetivo, em cada um dos termos da superposição final, o observador terá medido um resultado específico relativo aos outros resultados do sistema; Sempre existirá uma série de resultados, uns relativos aos outros e todos igualmente reais – nos “estados relativos” ; Superposições são a característica da mecânica quântica. O gato de Schrodinger , é suposto ser em uma superposição de estados... Superposições macroscópicas são interpretados não como indeterminação, mas como multiplicidade.  DeWitt ( Muitos Mundos )

19. O FORMALISMO Explica o sentido de uma função de onda onde os elementos da superposição permanecem acontecendo objetivamente, mesmo após interações entre sistemas quânticos, e qual a conexão desse resultado com a nossa prática . No entanto, a grande dificuldade da interpretação dos “ muitos mundos ” está no fato de que estes mundos formam um conjunto de subsistemas complexos, causalmente conectados, que não interferem uns com os outros ( Ostermann ; Prado, 2005 ) . Em termos dos auto estados, um mundo é uma das componentes da superposição Ψ, uma das “notas do sistema”, que representa um dos macroestados possíveis . Colapso da função de onda é um postulado fundamental da MQ. Trata-se da chamada “redução de estado”, a qual resulta do ato de medir. Ocorre o colapso da função de onda quando introduzimos um detector em um dos braços, destruindo o estado de superposição quântica do fóton, pois os fótons que chegarem a esse detector estão em um determinado auto estado do sistema e não mais no chamado estado de superposição quântica .

20. O FORMALISMO Na “ interpretação dos estados relativos ”, o universo como um todo é descrito por uma grande função de onda, que evolui linearmente , sem reduções de estado; Considerando que os próprios seres humanos, durante uma medição quântica, entram em superposição ; Cada “ramo” desta superposição corresponderia a um resultado da medição quântica; A memória do ser humano, em cada ramo, não teria acesso às memórias dos outros ramos . Admitindo que a interpretação dos “ muitos mundos ”... ( Pessoa Jr, 2007 ) .

21. O FORMALISMO Um observador é aquele que tem seu estado modificado de alguma forma quando observa alguma situação , caso contrário ele não teria “aprendido” algo novo. ( um autômato com boa memória pode servir tão bem quanto um humano, ou até melhor, porque o autômato não esquece) Assim, quando o observador identifica um sistema no estado a i , de alguma forma seu estado deve mudar de “pronto para observar o valor ‘ a ’ qualquer” para “observei ‘ a i ’ ”; Essa mudança deve depender somente do estado e não alterar o mesmo; O estado do sistema deve permanecer inalterado para que a medição possa ser repetida; Para os nossos objetivos é interessante também que o observador consiga memorizar todos os resultados que ele observou ao longo de sua experiência;

22. O FORMALISMO Para um observador dentro do formalismo , vamos prescrever para ele um vetor de estado A descrição do observador fica ... onde os colchetes indicam a sua memória e os elementos dentro dos colchetes os resultados de medições; Como o observador pode observar , após a primeira medição , um outro resultado “ b i ” O nosso observador mediu primeiro “ a i ”, depois teve um série de interações e por fim mediu “ b i ” Então, a descrição do observador fica

23. O FORMALISMO Assim, se temos um sistema “ S ” em um auto estado , podemos colocar o observador para medir o estado do sistema . Desse modo, o estado do sistema mais observador , antes da observação é Após a observação é: Vamos então examinar a situação na qual o sistema está em uma superposição de auto estados . Nesse caso, a observação se dá como

24. ANÁLISE FINAL Nota-se que a genialidade Matemática/Física de Everett (estratégia de subversão) e a submissão de seu orientador ( Wheeler - estratégia de sucessão) ao célebre Bohr, fez da tese da " Interpretação dos Estados Relativos " que posteriormente tratou-se como " Mecânica ondulatória sem Probabilidade " um documento frágil sem aceitação na monocracia de Bohr. A falta de habilidade em trabalhar com o conhecimento científico qualitativo por parte de Everett e Wheeler fez com que fosse agraciado por uma rejeição generalizada pelos “físicos não matemáticos”, e pelos “matemático não físicos”. Enfim, acredito que um conhecimento qualitativo associado de bons argumentos qualitativo conduziriam a sociedade científica - desprovida de tal conhecimento matemático - ao entendimento de sua teoria . Marcos Reis

25. ANÁLISE FINAL Dada a proeminência - alguma notoriedade - da interpretação Everett da mecânica quântica em física, e sua recepção entusiástica na cultura popular, é surpreendente que não tenha havido defesas da visão na filosofia das ideias iniciais de Everett. Houve vários elaborações diferentes da mecânica quântica Everettian; a maioria delas tem incluído estrutura teórico adicional . Um grupo notável de defensores em Oxford – D. Deutsch , H. Greaves , S. Saunders , e o próprio Wallace - favorecer uma versão minimalista da interpretação; Nada acrescentam nem mexem com o formalismo básico quântica; Enquanto Wallace abraça falar de " muitos mundos " e de " universos paralelos “.

26. ANÁLISE FINAL Os críticos argumentam que os Everettianos não podem dar critério de identidade determinadas para os seus muitos universos; Wallace reivindica resultados dramáticos... onde qualquer agente racional em um universo Everettian, expostos ao tipo de evidência que temos para a teoria quântica, virá a acreditar na interpretação Everett; ...mas muitos vão hesitar neste momento.  Uma coisa é endossar uma enorme multiplicidade de gatos, e outra a endossar com Wallace a existência indefinidamente de muitos gatos (infinitos). ... ninguém fez mais para defender, esclarecer e promover a interpretação Everett ao longo dos últimos doze anos que Wallace...

27. REFERÊNCIAS Bourdieu , P. O campo científico , p.122-155. São Paulo: Ática, 1983 . Freitas , Fábio; Freire Jr, Olival. O Diálogo Bohr e Wheeler -Everett sobre fundamentos da quântica e relações de poder na ciência. Jornadas Latino-Americanas de Estudos Sociais das Ciências e das Tecnologias - VII ESOCITE - Sessão 21, Artigo 36264, 2008a. Disponível em http://www.necso.ufrj.br/esocite2008/resumos/36264.htm, acessado em 7 de abril de 2015 . Freitas , Fábio; Freire Jr., Olival. A formulação dos “estados relativos” da teoria quântica. Revista Brasileira de Ensino de Física , v. 30, n. 2, 2307, 2008b. FREITAS, Fábio; FREIRE JR, Olival. Para que serve uma função de onda?: Everett, Wheeler , Bohr e uma nova interpretação da teoria quântica . Revista Brasileira de História da Ciência , Rio de Janeiro, v. 1 n. 1, p. 12-25, 2008c. Ostermann, Fernanda; Prado , Sandra Denise. Interpretações da mecânica quântica em um interferômetro virtual de Mach- Zehnder . Revista Brasileira de Ensino de Física , v. 27, n. 2, p. 193 - 203, 2005. Pessoa Jr. , Osvaldo. Redução de estado na física quântica: amplificação ou consciência? Depto . de Filosofia, FFLCH, Universidade de São Paulo, 2007. Disponível em http://www.fflch.usp.br/df/opessoa/Everett-final.pdf, acessado em 07 de abril de 2015 . Wallace, David et al. The Emergent Multiverse: Quantum Theory according to the Everett Interpretation . Oxford University Press, p. 530, 2012 . .