Un enfoque fenomenológico de la mecánica cuántica por Steven French

 

Contexto

Steven French (nacido en 1956) es profesor emérito de filosofía de la ciencia en la Universidad de Leeds. Su enfoque filosófico se basa en el realismo científico óntico.

El realismo científico se ha vuelto dominante en la filosofía de la ciencia, reemplazando al antirrealismo, un enfoque asociado con el positivismo lógico surgido en Viena en la década de 1920. Este se caracterizaba por la visión de que el conocimiento científico es el único tipo de conocimiento factual y que todas las doctrinas metafísicas tradicionales deben ser rechazadas por carecer de sentido. El antirrealismo quedó desacreditado por su dependencia de ideas positivistas sobre el lenguaje científico, por ejemplo que puede dividirse en partes teóricas y observacionales, que gran parte de él no debe tomarse literalmente o que su contenido empírico es redundante. Según el Círculo de Viena, toda filosofía verdadera se consideraba una crítica del lenguaje, y se afanaba a demostrar que todo conocimiento genuino sobre la naturaleza puede expresarse en un único lenguaje común a todas las ciencias.

Por el contrario, el realismo científico exige creer en las entidades inobservables hipotéticas de las teorías científicas más exitosas. Se considera ampliamente que el argumento más poderoso a favor del realismo científico es el de la inexistencia de milagros. Hilary Putnam lo expresó así en 1975:

"El argumento positivo a favor del realismo es que es la única filosofía que no convierte el éxito de la ciencia en un milagro".

Sin embargo, el argumento de la subdeterminación se cita a menudo como escepticismo sobre las teorías de entidades inobservables. El más conocido de estos argumentos es la metainducción pesimista, que sustenta la expectativa de que nuestras mejores teorías científicas actuales serán abandonadas y, por lo tanto, que no deberíamos aceptarlas.

¿Cómo, entonces, decidiremos si creemos en la verdad teórica completa de las teorías científicas, incluyendo lo que dicen sobre entidades inobservables como los electrones y los agujeros negros, o si, en cambio, solo creemos que nuestras mejores teorías científicas son empíricamente adecuadas? John Worrall introdujo el concepto de realismo estructural en 1989 como una forma de romper el impasse que resulta de tomar en serio ambos argumentos y tener "lo mejor de ambos mundos" en el debate sobre el realismo científico. Según Worrall, no deberíamos aceptar el realismo científico estándar, que afirma que la naturaleza de los objetos inobservables que causan los fenómenos que observamos está correctamente descrita por nuestras mejores teorías. Sin embargo, tampoco deberíamos ser antirrealistas con respecto a la ciencia. Más bien, deberíamos adoptar el realismo estructural y comprometernos con el contenido matemático o estructural de nuestras teorías. Worrall sostiene que existe una retención estructural a lo largo del cambio de teoría. El realismo estructural evita la fuerza de la metainducción pesimista (al no comprometernos a creer en la descripción del mundo que hace la teoría) y no hace que el éxito de la ciencia parezca milagroso (al comprometernos con la afirmación de que la estructura de la teoría, más allá de su contenido empírico, describe el mundo).

Ladyman (1998) cuestiona si el realismo estructural de Worrall debe entenderse como una modificación metafísica o epistemológica del realismo científico estándar. Worrall cita a Poincaré, quien se refiere a teorías pasadas redundantes que captaban las verdaderas relaciones entre:

“objetos reales que la Naturaleza ocultará para siempre a nuestros ojos”

Esto sugiere que Worrall es un realista estructural epistémico comprometido únicamente con la estructura de las mejores teorías científicas, pero no con el resto del contenido. Esta forma de pensar sobre el realismo estructural implica que solo creemos lo que las teorías científicas nos dicen sobre las relaciones que establecen los objetos inobservables y suspendemos el juicio sobre su naturaleza. Esto implica un enfoque nuevo y más abstracto de la fisicalidad que el modelo estándar anterior:

"Según la visión del realista estructural, lo que Newton realmente descubrió son las relaciones entre los fenómenos expresadas en las ecuaciones matemáticas de su teoría".

El realismo estructural óntico fue desarrollado originalmente por Steven French y James Ladyman. Incorpora un compromiso explícito con la afirmación de que el mundo posee una estructura modal objetiva y que esta estructura está representada por la estructura teórica de las mejores teorías científicas. La teoría atribuye al mundo una rica estructura de necesidad natural, lo que la diferencia del realismo estructural epistémico de John Worrall, que rechaza la necesidad natural. Ladyman y Ross extienden su modelo de la física a las ciencias especiales e invocan la noción de la estructura modal objetiva de la realidad en sus teorías de la predicción, la causalidad y la ontología.

El libro de Steven French, "Un enfoque fenomenológico de la mecánica cuántica", publicado en 2023, tiene su origen filosófico en la fenomenología de Edmund Husserl, que se centraba en las estructuras de la experiencia y la conciencia, enfatizando la perspectiva en primera persona y las formas en que los individuos experimentan el mundo. Posteriormente, fue desarrollado por filósofos como Martin Heidegger , Maurice Merleau-Ponty y Jean-Paul Sartre.

La principal influencia de fondo en el libro de French es La théorie de l'observation en mécanique quantique (1939) de London y Bauer, en el que la mecánica cuántica está directamente influenciada por consideraciones fenomenológicas. La teoría de la observación cuántica implica estudiar los procesos de observación utilizando las herramientas de la física cuántica. Tanto el sistema observado como el aparato de medición se consideran sistemas cuánticos. El proceso de medición está determinado por su interacción y se describe mediante un operador de evolución unitario. Este enfoque teórico fue iniciado por John von Neumann (1932). Difería de las interpretaciones actuales de la mecánica cuántica (Niels Bohr, interpretación de Copenhague), que requieren que el aparato de medición se considere un sistema clásico que no obedece a la física cuántica. Este requisito no está justificado porque las leyes cuánticas son universales. Se aplican a todos los sistemas materiales, microscópicos y macroscópicos. Esta universalidad es una consecuencia directa de los principios: si dos sistemas cuánticos se unen, forman un nuevo sistema cuántico. Por lo tanto, el número de componentes no cambia nada con respecto a la naturaleza cuántica de un sistema. La teoría cuántica de la observación nos invita a abandonar la idea de la reducción de la función de onda, porque no es necesaria para explicar las correlaciones entre observaciones sucesivas y porque contradice la ecuación de Schrödinger.

Resumen

Prefacio

Steven French recuerda las influencias que le llevaron a un enfoque fenomenológico de la mecánica cuántica. Estas se produjeron a través de una introducción al pensamiento de London a través de su biografía escrita por Kostas Gavroglu, que describe su formación en fenomenología y su trabajo sobre el problema de la medición en mecánica cuántica. Se centra en el papel de la consciencia en el llamado «colapso» de la función de onda. French afirma que, tras terminar su libro, le queda la sensación de que los filósofos de la física desconfiarán de la fenomenología, y los filósofos de la fenomenología se alejarán de toda la física.

Capítulo 1 El problema de la medición

En el capítulo introductorio, French presenta los fundamentos del problema de la medición. Por un lado, se presenta la dinámica continua, tal como se materializa en la ecuación de Schrödinger, que describe la evolución de la función de onda. Por otro lado, se presenta el colapso discontinuo de dicha función de onda para obtener un resultado definitivo entre todas las opciones posibles. La interpretación habitual entiende este problema en el contexto de una historia estándar del desarrollo de la teoría cuántica, entrelazada con reflexiones filosóficas sobre sus fundamentos. Ambos conjuntos de historias se discuten en los siguientes capítulos del libro.

Capítulo 2 La solución ortodoxa, su historia y multiplicidad

La solución ortodoxa al problema de la medición suele presentarse en términos de que «la consciencia causa el colapso». Se cree que fue desarrollada y presentada por el matemático von Neumann en su obra clásica, Fundamentos matemáticos de la mecánica cuántica (1932/1955), que establece el marco teórico fundamental de la mecánica cuántica. Sin embargo, el «problema» ni siquiera se planteó hasta la década de 1950, cuando el libro de von Neumann fue finalmente traducido al inglés, y apenas se menciona la consciencia en él. En parte por esta razón, se suele considerar que London y Bauer articularon con claridad lo que von Neumann solo insinuó.

Este capítulo examina lo que von Neumann escribió sobre la medición en mecánica cuántica en su libro de 1932. Presenta su «paralelismo psicofísico», que exige la existencia de una interacción entre las experiencias subjetivas y los sistemas materiales. También presenta el famoso argumento de la «cadena», que concluye que algo no físico debe inducir el colapso de la función de onda. Neumann argumentó que las matemáticas de la mecánica cuántica permiten situar el colapso de la función de onda en cualquier posición de la cadena causal, desde el dispositivo de medición hasta la «percepción subjetiva» del observador humano. (En 1939, Fritz London y Edmond Bauer argumentaron que la consciencia del observador desempeñaba un papel importante en la medición. Sin embargo, London escribió sobre la consciencia en términos de fenomenología filosófica y no necesariamente como un proceso físico).

Capítulo 3 El debate sobre la conciencia

Fue Wigner quien defendió el papel de la conciencia en el contexto del «problema de la medición», y este capítulo presenta sus argumentos. Se analiza el debate entre Putnam y Shimony.

Wigner introdujo la consciencia del observador como causa del colapso de la superposición, basándose principalmente en una interpretación errónea del libro de Fritz London y Edmond Bauer, «La théorie de l'observation en méchanique quantique» (1939). Esto influyó notablemente en el posterior debate Wigner-Margenau-Putnam-Shimony, que puso fin a la viabilidad de las teorías del colapso de la medición cuántica debidas a la consciencia.

La respuesta estándar al problema de la medición es que la observación de un sistema reduce la superposición a un estado inequívoco. Esta perspectiva sostenía que la conexión entre el observador consciente y el sistema era causal. (El observador mata o perdona al gato de Schrödinger, aunque no puede elegir cuál). La interpretación fenomenológica de French revela que esta explicación se basaba en arenas movedizas. No es una interacción misteriosa entre el aparato y el objeto lo que produce una nueva forma de onda para el sistema durante la medición. Solo la conciencia de un «yo» puede separarse de la función anterior y, en virtud de su observación, establecer una nueva objetividad al atribuir al objeto una nueva función.

Capítulo 4 Redes físicas y fenomenológicas

Este capítulo sitúa el libro de London y Bauer en su contexto histórico, comenzando por la formación científica de los coautores. London, en particular, realizó una importante labor en física, utilizando la teoría cuántica para explicar, por ejemplo, el enlace químico y la superconductividad. Trabajando en estrecha colaboración con Born, Sommerfeld y, crucialmente, con Schrödinger, London se vio en el centro de las discusiones sobre los fundamentos de la nueva teoría. Cabe destacar que formó parte de la red de participantes que Schrödinger utilizó para poner a prueba sus ideas, que posteriormente se plasmaron en su famoso experimento mental del "gato" y en la noción de entrelazamiento. Sin embargo, London también destacó por su sólida formación en filosofía, en particular en fenomenología, y su tesis de estudiante sobre cómo deberíamos concebir las teorías científicas se publicó en la revista que fundó Husserl. (London posteriormente estableció la fenomenología como disciplina en Estados Unidos).

5 La Epoché y el Ego

En este capítulo se esbozan los fundamentos de la fenomenología, centrándose especialmente en la naturaleza de la «epoché» y el papel del ego. El primero es el recurso central en el conjunto de herramientas de los fenomenólogos, mediante el cual se separa el «mundo objetivo», para mejor exponer a la luz las presuposiciones que subyacen a nuestra actitud «natural» hacia él. La visión de Husserl sobre este último parece haber cambiado con el paso de los años, pero se puede ofrecer una explicación consistente según la cual el ego aparece como el polo sujeto que mantiene cierta relación con el polo objeto. Esta correlación entre el pensamiento y el ser es todo a lo que tenemos acceso, sostenía Husserl, y como Zahavi ha enfatizado, esto representa una característica esencial de la fenomenología según la cual la mente y el mundo están constitutivamente unidos. Esta comprensión «correlacionista» es la clave para la reevaluación fenomenológica de la obra de London y Bauer.

6 Londres y Bauer revisitados 

French presenta un relato detallado del libro de London y Bauer, comenzando con su afirmación central de que la mecánica cuántica debe entenderse como una teoría del conocimiento, ya que establece en su núcleo la relación entre la mente y el mundo. Esto se revela a través de un análisis cuidadoso de la situación de medición, presentada en detalle por London y Bauer. En particular, insisten en que el observador es capaz de conocer su propio estado porque tiene consigo mismo una relación de carácter especial, manifestada a través de la facultad de introspección. En virtud de este conocimiento inmanente, es capaz entonces de separarse de la superposición cuántica y establecer su propia objetividad. Sin embargo, esto no debe equipararse con que su consciencia "cause" misteriosamente el colapso de la función de onda; más bien, su ego emerge así como un polo de la relación con el sistema, ahora también en un estado definido, como el "polo-objeto". Los términos utilizados en el texto evocan el lenguaje fenomenológico y dicha comprensión. Se sugiere entonces que este libro puede servir como base para una nueva comprensión fenomenológica de la física cuántica. 

7 Completando la crisis

Una comprensión fenomenológica de la teoría cuántica ofrece una perspectiva completamente nueva sobre la objetividad científica y nuestra relación con el mundo en general. Sin embargo, es importante reconocer que se encuentra en contra de las posturas realistas y empiristas habituales que se debaten dentro de la filosofía de la ciencia. Esto se hace evidente cuando consideramos la gran obra inacabada de Husserl, La crisis de las ciencias europeas. En este capítulo, siguiendo el análisis reciente de Trizio, se describe la explicación de Husserl de la naturaleza de la ciencia y su relación con el "mundo de la vida" cotidiano. En particular, la "crisis" se entiende como el resultado de la matematización de la ciencia, con su idealización inherente, que ha producido una especie de escisión "psicofísica" de la naturaleza material. La explicación de London y Bauer se presenta entonces como una forma de superar esta "escisión" a través de la correlación entre la mente y el mundo y, de este modo, completar el proyecto final de Husserl.

8 El QBismo y la postura subjetiva

La fenomenología también se ha aplicado a la mecánica cuántica en el contexto de debates recientes sobre el enfoque conocido como «QBismo». Este considera el formalismo teórico simplemente como un mecanismo para predecir las experiencias futuras de un agente, en lugar de representar el mundo. Esta perspectiva en primera persona se ha considerado ampliamente compatible con la postura fenomenológica, tal como se entiende habitualmente. Sin embargo, aunque los defensores del QBismo sostienen que se puede resistir cualquier deslizamiento hacia el solipsismo, les cuesta dar cabida a las reacciones del mundo. Aquí se argumenta que, para lograrlo sin salirse del marco fenomenológico, se debe incorporar la interacción entre el sujeto y el objeto de conocimiento identificada por London y Bauer. Esto se puede resumir en:

"...lo que observamos no es la naturaleza en sí misma, sino la naturaleza expuesta a nuestro método de cuestionamiento".

Curiosamente, uno de los filósofos fenomenólogos que a menudo se cita en este contexto específico, Merleau-Ponty, tomó clases con Gurwitsch y se basó en el libro de London y Bauer en su propio análisis de la física cuántica.

9. Muchos mundos, muchas mentes y muchas relaciones

Las teorías cuánticas que destacan la relación entre el sistema y el observador, o dispositivo de medición, incluyen la interpretación de los 'Muchos Mundos' de Everett y la 'Mecánica Cuántica Relacional' de Rovelli. La primera entiende el estado de un sistema como relativo al del observador y, en la formulación original de Everett, los resultados concretos obtenidos mediante la medición se manifestaban mediante las secuencias de memoria del observador. El aspecto subjetivista de esta interpretación se hace aún más explícito en la variante denominada 'Muchas Mentes'.

'La Mecánica Cuántica Relacional' adopta un enfoque relacional o perspectivista respecto a los estados del sistema observado. En este capítulo, se consideran ambos enfoques como una forma de alinear la teoría cuántica con el rasgo correlacionista de la fenomenología. Posteriormente, se comparan ambos con el QBismo y se consideran las ventajas y desventajas de los tres en términos de posibles vías para el desarrollo de una forma fenomenológica de la teoría cuántica.

10 ¿Interpretación o reconstrucción? 

Tanto la interpretación de los 'Muchos Mundos' como la 'Mecánica Cuántica Relacional' se presentan típicamente como interpretaciones de la teoría cuántica, mientras que el QBismo se entiende como una reconstrucción de esta. Este último se ha sugerido como el enfoque apropiado para los fenomenólogos, particularmente porque esta explicación adopta una perspectiva en primera persona. Sin embargo, en el capítulo 10 French argumenta que un cambio tan drástico no es necesario, ya que London y Bauer ya han sentado las bases para una comprensión fenomenológica adecuada de la teoría. Esto puede complementarse con los rasgos relacionistas enfatizados por 'Muchos Mundos' y la 'Mecánica Cuántica Relacional'. El propio Husserl insistió en que la fenomenología no requiere tal remodelación de la práctica científica en sí misma, teórica o de otro tipo; más bien, esta y sus fundamentos deben comprenderse desde la perspectiva que ofrece la epoché. Es precisamente esta comprensión la que presenta el «pequeño libro» de London y Bauer, con la teoría entendida no solo como un fragmento de física, sino como una teoría del conocimiento en sí misma. El libro concluye con la sugerencia de que, como resultado, el relato de London y Bauer se sitúa en algún punto entre una interpretación y una reconstrucción de la teoría y, por tanto, representa un avance en las consideraciones sobre cómo deberíamos concebir nuestra relación con el mundo.

Temas

Contexto

Con la invención de la lógica matemática, se hizo posible considerar las teorías científicas como objetos en sí mismas. Los positivistas lógicos afirmaban que las teorías son conjuntos de axiomas en un lenguaje formal. Nadie consideró esta afirmación controvertida hasta la década de 1970, cuando una segunda ola de filósofos de la ciencia argumentó que la perspectiva sintáctica es una explicación manifiestamente inadecuada de la naturaleza de las teorías. Estos filósofos propusieron, en cambio, que las teorías son conjuntos de modelos, y así nació la perspectiva semántica de las teorías. Aun así, nadie reflexionaba mucho sobre el hecho de que si las teorías son objetos matemáticos, entonces, si las teorías existen, también existen objetos matemáticos, lo que implica que el platonismo es cierto.

Dos enfoques filosóficos

Una aproximación filosófica piensa que existe un lenguaje ontológico fundamental preferido y que una oración en cualquier otro idioma es verdadera si corresponde a algo verdadero en el lenguaje fundamental.

Otra filosofía niega la existencia de la noción de un lenguaje fundamental. Esta visión piensa que algunos modos de habla están menos orientados a los objetos que otros.

Por ejemplo, si un filósofo analítico me pidiera que indicara cuántas razones tengo para sentirme feliz y a qué razones subyacentes me refiero, pensaría que estas preguntas son ridículas. La situación tampoco mejoraría si pensara que «hay razones» se confirma con hechos que no implican razones.

Las «teorías» ocupan un lugar similar en el espacio lógico que las «razones». Si insistimos en tratar las teorías como objetos, será difícil comprender la ciencia. 

Teorías

En un libro anterior, No existen las teorías (2020), French preguntaba 

¿Qué es una teoría científica? ¿Es un conjunto de proposiciones? ¿O una familia de modelos? ¿O es algún tipo de artefacto abstracto?

Examina estas opciones en el contexto de una comparación entre teorías y obras de arte. Por un lado, se dice que las teorías son como ciertos tipos de pinturas, en cuanto a su función representativa; por otro, se comparan con las obras musicales, en la medida en que pueden presentarse de forma múltiple. El autor argumenta que estas comparaciones deben tratarse con cautela y que todas estas opciones presentan problemas.

En cambio, sugiere, deberíamos adoptar una forma de eliminativismo hacia las teorías, en el sentido de que una teoría no debería considerarse una cosa. No obstante, aún podemos hablar de ellas y atribuirles ciertas cualidades, entendiendo que ese discurso se vuelve verdadero mediante ciertas prácticas. Este cambio hacia las prácticas como generadoras de verdad para el discurso teórico tiene, por lo tanto, ciertas implicaciones para nuestra consideración de las teorías en el debate sobre el realismo y en el contexto de la naturaleza y el papel de la representación en la ciencia.

French aplica una visión eliminativista de las teorías, que sostiene que las teorías (y los modelos) no deben cosificarse como entidades abstractas en cierto sentido, y que sus presentaciones ayudan a establecer a los "creadores de verdad" de ciertas afirmaciones que consideramos relacionadas con ellas. Dichas afirmaciones pueden referirse a ciertas cualidades estéticas atribuidas a las teorías que, al situar estas cualidades en las prácticas científicas reales —en particular, las presentaciones y publicaciones mediante las cuales se comparten los resultados—, podemos comprender mejor su naturaleza y función.

Objeciones al realismo estructural

- El realismo estructural se derrumba en el realismo estándar.

Psillos (1995) argumenta que cualquier forma de realismo estructural presupone una distinción entre la forma y el contenido de una teoría, y/o una distinción entre nuestra capacidad de conocer la estructura y nuestra capacidad de conocer la naturaleza del mundo. Según Psillos, ambas son ilusorias porque la revolución científica desterró formas y sustancias misteriosas que podrían no ser completamente descriptibles en términos estructurales. Para Psillos, las propiedades en la ciencia madura se definen por las leyes en las que aparecen, y:

“La naturaleza y la estructura de una entidad física forman un continuo”.

Para Psillos, el realismo estructural es falso o se desmorona en el realismo tradicional. De igual manera, David Papineau argumentó en 1996 que:

“La restricción de la creencia a afirmaciones estructurales, de hecho, no es ninguna restricción en absoluto”.

El realismo estructural no supera al realismo tradicional en el problema del cambio teórico, ya que no distingue entre las partes de las teorías que deberían y no deberían gozar de nuestro compromiso ontológico. Kyle Stanford (2003) también argumenta que no podemos distinguir las afirmaciones estructurales de las teorías de sus afirmaciones sobre el contenido o la naturaleza. El realismo estructural debe ser una forma de realismo científico.

- Cuando la teoría cambia no se conserva toda la estructura

Si el realismo estructural se entiende como una forma de realismo selectivo que busca identificar lo que se retendrá de antemano, esto lo hace inútil. Sin embargo, el realista estructural no afirma que toda la estructura se retenga en el cambio de teoría, solo que las relaciones, o la estructura, y en las revoluciones científicas el contenido empírico de la antigua teoría se recupera como un caso límite de la nueva teoría. Post afirmó que no hay teorías sucesoras que pierdan todo o parte de las estructuras empíricas bien confirmadas de sus predecesoras. Las relaciones bien confirmadas entre los fenómenos deben ser retenidas por las teorías futuras. Esto va más allá de la creencia en la adecuación empírica de nuestras teorías si suponemos que las relaciones en cuestión son relaciones modales genuinas en lugar de generalizaciones sobre fenómenos reales. Sin embargo, Newman (2010) argumenta que el estructuralismo no puede lidiar con la metainducción pesimista. McArthur (2011) argumenta que el realismo estructural elimina tanto el cambio de teoría en la ciencia como el descubrimiento científico.

- El realismo estructural es demasiado revisionista de la metafísica.

No existe un consenso general entre los filósofos sobre la idoneidad de las teorías metafísicas de los universales. También se puede argumentar que las categorías metafísicas heredadas de la antigua Grecia, la escolástica y la primera modernidad no son apropiadas para la ciencia contemporánea. Los naturalistas argumentan que deberíamos rechazar las doctrinas metafísicas si no cuentan con el respaldo científico. Michael Esfeld (2004) argumenta en contra de cualquier brecha entre la epistemología y la metafísica. De igual manera, Ladyman y Ross (2007) abogan por una especie de verificacionismo en la metafísica.

Ernan McMullin resume una motivación clave del realismo estructural óntico:

"La imaginabilidad no debe ser la prueba de la ontología. La afirmación realista es que el científico está descubriendo las estructuras del mundo; no se requiere además que estas estructuras sean imaginables en las categorías del macromundo". (1984)