Acción a distancia - Action at a distance
En física , la acción a distancia es el concepto de que un objeto puede moverse, cambiarse o verse afectado de otra manera sin ser tocado físicamente (como en el contacto mecánico) por otro objeto. Es decir, es la interacción no local de objetos que están separados en el espacio.
Este término se usó con mayor frecuencia en el contexto de las primeras teorías de la gravedad y el electromagnetismo para describir cómo responde un objeto a la influencia de objetos distantes. Por ejemplo, la ley de Coulomb y la ley de Newton de la gravitación universal son teorías tan tempranas.
De manera más general, la "acción a distancia" describe el fracaso de las primeras teorías atomistas y mecanicistas que buscaban reducir toda interacción física a una colisión. La exploración y resolución de este fenómeno problemático condujo a desarrollos significativos en la física, desde el concepto de campo, hasta las descripciones del entrelazamiento cuántico y las partículas mediadoras del Modelo Estándar .
Electricidad y magnetismo
El filósofo William de Ockham discutió la acción a distancia para explicar el magnetismo y la capacidad del Sol para calentar la atmósfera de la Tierra sin afectar el espacio intermedio.
Los esfuerzos para explicar la acción a distancia en la teoría del electromagnetismo llevaron al desarrollo del concepto de un campo que mediaba las interacciones entre corrientes y cargas a través del espacio vacío. Según la teoría de campo, explicamos la interacción de Coulomb (electrostática) entre partículas cargadas a través del hecho de que las cargas producen alrededor de sí mismas un campo eléctrico , que otras cargas pueden sentir como una fuerza. Maxwell abordó directamente el tema de la acción a distancia en el capítulo 23 de su Tratado sobre electricidad y magnetismo en 1873. Comenzó revisando la explicación de la fórmula de Ampère dada por Gauss y Weber . En la página 437 indica el disgusto de los físicos por la acción a distancia. En 1845 Gauss escribió a Weber deseando "acción, no instantánea, sino propagada en el tiempo de manera similar a la de la luz". Esta aspiración fue desarrollada por Maxwell con la teoría de un campo electromagnético descrita por las ecuaciones de Maxwell , que usaba el campo para explicar elegantemente todas las interacciones electromagnéticas, ahora también incluida la luz (que, hasta entonces, solo se sospechaba como un fenómeno relacionado). En la teoría de Maxwell, el campo es su propia entidad física, que transporta momentos y energía a través del espacio, y la acción a distancia es solo el efecto aparente de las interacciones locales de las cargas con el campo circundante.
La electrodinámica se describió más tarde sin campos (en el espacio de Minkowski ) como la interacción directa de partículas con vectores de separación parecidos a la luz . Esto resultó en la integral de acción Fokker-Tetrode-Schwarzschild. Este tipo de teoría electrodinámica a menudo se denomina "interacción directa" para distinguirla de las teorías de campo en las que la acción a distancia está mediada por un campo localizado (localizado en el sentido de que su dinámica está determinada por los parámetros del campo cercano). Esta descripción de la electrodinámica, en contraste con la teoría de Maxwell, explica la acción aparente a distancia no postulando una entidad mediadora (un campo) sino apelando a la geometría natural de la relatividad especial.
La electrodinámica de interacción directa es explícitamente simétrica en el tiempo y evita la energía infinita predicha en el campo que rodea inmediatamente a las partículas puntuales. Feynman y Wheeler han demostrado que puede explicar la radiación y el amortiguamiento radiativo (que se había considerado una fuerte evidencia de la existencia independiente del campo). Sin embargo, varias pruebas, comenzando con la de Dirac , han demostrado que las teorías de interacción directa (bajo supuestos razonables) no admiten formulaciones lagrangianas o hamiltonianas (estos son los llamados teoremas de no interacción ). También es significativa la medición y descripción teórica del desplazamiento de Lamb, que sugiere fuertemente que las partículas cargadas interactúan con su propio campo. Los campos, debido a estas y otras dificultades, se han elevado a los operadores fundamentales en la teoría cuántica de campos y, por lo tanto, la física moderna ha abandonado en gran medida la teoría de la interacción directa.
Gravedad
Newton
Newton teoría clásica 's de gravedad ofreció ninguna perspectiva de identificar cualquier mediador de la interacción gravitatoria. Su teoría asumió que la gravitación actúa instantáneamente, independientemente de la distancia. Las observaciones de Kepler dieron una fuerte evidencia de que en el movimiento planetario se conserva el momento angular. (La prueba matemática es válida solo en el caso de una geometría euclidiana ). La gravedad también se conoce como una fuerza de atracción entre dos objetos debido a su masa.
Desde una perspectiva newtoniana, la acción a distancia puede considerarse como "un fenómeno en el que un cambio en las propiedades intrínsecas de un sistema induce un cambio en las propiedades intrínsecas de un sistema distante, independientemente de la influencia de cualquier otro sistema en el sistema distante". , y sin que exista un proceso que lleve esta influencia de manera contigua en el espacio y el tiempo ”(Berkovitz 2008).
Una pregunta relacionada, planteada por Ernst Mach , fue cómo los cuerpos en rotación saben cuánto abultarse en el ecuador. Esto, al parecer, requiere una acción a distancia de la materia distante, informando al objeto en rotación sobre el estado del universo. Einstein acuñó el término principio de Mach para esta pregunta.
Es inconcebible que la Materia inanimada, sin la Mediación de otra cosa que no es material, opere y afecte a otra materia sin Contacto mutuo ... Que la Gravedad sea innata, inherente y esencial a la Materia, de modo que un cuerpo pueda actuar sobre ella. otro a distancia a través de un Vacío, sin la Mediación de ninguna otra cosa, por y a través del cual su Acción y Fuerza puedan ser transmitidas de uno a otro, es para mí un Absurdo tan grande que no creo que ningún Hombre que haya tenido en materias filosóficas una facultad de pensar competente puede caer en él. La gravedad debe ser causada por un Agente que actúa constantemente de acuerdo con ciertas leyes; pero si este Agente es material o inmaterial, lo dejo a la Consideración de mis lectores.
- Isaac Newton, Cartas a Bentley, 1692/3
Diferentes autores han intentado esclarecer los aspectos de la acción remota y la implicación de Dios a partir de investigaciones textuales, principalmente a partir de los Principios matemáticos de la filosofía natural , la correspondencia de Newton con Richard Bentley (1692/93) y las consultas que Newton introdujo en la final del libro Opticks en las tres primeras ediciones (entre 1704 y 1721).
Andrew Janiak , en Newton como filósofo , consideró que Newton negó que la gravedad pudiera ser esencial para la materia, descartó la acción directa a distancia y también rechazó la idea de una sustancia material. Pero Newton estuvo de acuerdo, en opinión de Janiak, con un éter inmaterial , que consideró que Newton se identifica con Dios mismo: "Newton, obviamente, piensa que Dios podría ser el mismo" medio inmaterial "que subyace a todas las interacciones gravitacionales entre los cuerpos materiales".
Steffen Ducheyne, en Newton sobre la acción a distancia , consideró que Newton nunca aceptó la acción directa a distancia, solo la intervención material o la sustancia inmaterial.
Hylarie Kochiras, en el problema de conteo de sustancias de Newton y Gravity , argumentó que Newton se inclinaba a rechazar la acción directa, dando prioridad a la hipótesis de un entorno intangible. Pero, en sus momentos especulativos, Newton osciló entre aceptar y rechazar la acción remota directa. Newton, según Kochiras, afirma que Dios es un omnipresente virtual, la fuerza / agente debe subsistir en sustancia, y Dios es omnipresente sustancialmente, lo que resulta en una premisa oculta, el principio de acción local.
Eric Schliesser, en el monismo de sustancia de Newton, la acción distante y la naturaleza del empirismo de Newton , argumentó que Newton no rechaza categóricamente la idea de que la materia es activa y, por lo tanto, aceptó la posibilidad de una acción directa a distancia. Newton afirma la omnipresencia virtual de Dios además de su omnipresencia sustancial.
John Henry, en Gravity and De gravitatione: The Development of Newton's Ideas on Action at a Distance , también argumentó que la acción remota directa no era inconcebible para Newton, rechazando la idea de que la gravedad puede explicarse por materia sutil, aceptando la idea de un omnipotente Dios , y rechazando la atracción epicúrea.
Para un análisis más detallado, véase Ducheyne, S. "Newton on Action at a Distance". Revista de Historia de la Filosofía vol. 52.4 (2014): 675–702.
Einstein
Según la teoría de la relatividad especial de Albert Einstein , la acción instantánea a distancia viola el límite superior relativista de la velocidad de propagación de la información. Si uno de los objetos que interactúan se desplazara repentinamente de su posición, el otro objeto sentiría su influencia instantáneamente, lo que significa que la información se había transmitido más rápido que la velocidad de la luz .
Una de las condiciones que debe cumplir una teoría relativista de la gravitación es que la gravedad esté mediada con una velocidad que no supere c , la velocidad de la luz en el vacío. A partir del éxito anterior de la electrodinámica, era previsible que la teoría relativista de la gravitación tuviera que utilizar el concepto de campo , o algo similar.
Esto se ha logrado mediante la teoría de la relatividad general de Einstein , en la que la interacción gravitacional está mediada por la deformación de la geometría del espacio-tiempo. La materia deforma la geometría del espacio-tiempo y estos efectos, como ocurre con los campos eléctricos y magnéticos, se propagan a la velocidad de la luz. Así, en presencia de materia, el espacio-tiempo se vuelve no euclidiano , resolviendo el aparente conflicto entre la prueba de Newton de la conservación del momento angular y la teoría de la relatividad especial de Einstein .
La pregunta de Mach sobre el abultamiento de los cuerpos en rotación se resuelve porque la geometría del espacio-tiempo local informa a un cuerpo en rotación sobre el resto del universo. En la teoría del movimiento de Newton, el espacio actúa sobre los objetos, pero no sobre ellos. En la teoría del movimiento de Einstein, la materia actúa sobre la geometría del espacio-tiempo, deformándola; y la geometría del espacio-tiempo actúa sobre la materia, al afectar el comportamiento de las geodésicas .
Como consecuencia, y a diferencia de la teoría clásica, la relatividad general predice que las masas en aceleración emiten ondas gravitacionales , es decir, perturbaciones en la curvatura del espacio-tiempo que se propagan hacia afuera a la velocidad de la luz. Su existencia (como muchos otros aspectos de la relatividad ) ha sido confirmada experimentalmente por los astrónomos, de manera más dramática en la detección directa de ondas gravitacionales que se originan en una fusión de agujeros negros cuando pasaron por LIGO en 2015.
Mecánica cuántica
Desde principios del siglo XX, la mecánica cuántica ha planteado nuevos desafíos para la visión de que los procesos físicos deben obedecer a la localidad . Si el entrelazamiento cuántico cuenta como acción a distancia depende de la naturaleza de la función de onda y la decoherencia , cuestiones sobre las que todavía existe un debate considerable entre científicos y filósofos.
Una importante línea de debate se originó con Einstein, quien desafió la idea de que la mecánica cuántica ofrece una descripción completa de la realidad, junto con Boris Podolsky y Nathan Rosen . Propusieron un experimento mental que involucraba un par de observables entrelazados con operadores que no se desplazaban (por ejemplo, posición e impulso).
Este experimento mental, que llegó a conocerse como la paradoja EPR , depende del principio de localidad. Una presentación común de la paradoja es la siguiente: dos partículas interactúan y vuelan en direcciones opuestas. Incluso cuando las partículas están tan separadas que cualquier interacción clásica sería imposible (ver principio de localidad ), la medición de una partícula determina el resultado correspondiente de la medición de la otra.
Después del artículo de EPR, varios científicos como de Broglie estudiaron teorías de variables ocultas locales . En la década de 1960, John Bell derivó una desigualdad que indicaba una diferencia comprobable entre las predicciones de la mecánica cuántica y las teorías de variables ocultas locales . Hasta la fecha, todos los experimentos que prueban desigualdades de tipo Bell en situaciones análogas al experimento mental EPR tienen resultados consistentes con las predicciones de la mecánica cuántica, lo que sugiere que se pueden descartar las teorías de variables ocultas locales. Que esto se interprete o no como evidencia de no localidad depende de la interpretación que se haga de la mecánica cuántica .
Las interpretaciones de la mecánica cuántica varían en su respuesta a los experimentos de tipo EPR. La interpretación de Bohm da una explicación basada en variables ocultas no locales para las correlaciones observadas en el entrelazamiento. Muchos defensores de la interpretación de los muchos mundos argumentan que puede explicar estas correlaciones de una manera que no requiera una violación de la localidad, al permitir que las mediciones tengan resultados no únicos.
Si la "acción" se define como una fuerza, trabajo físico o información, entonces debería establecerse claramente que el entrelazamiento no puede comunicar la acción entre dos partículas entrelazadas (la preocupación de Einstein acerca de la "acción espeluznante a distancia" en realidad no viola la relatividad especial ). Lo que sucede en el entrelazamiento es que una medición en una partícula entrelazada produce un resultado aleatorio, luego una medición posterior en otra partícula en el mismo estado cuántico entrelazado (compartido) siempre debe producir un valor correlacionado con la primera medición. Dado que no se comunica fuerza, trabajo o información (la primera medición es aleatoria), el límite de velocidad de la luz no se aplica (consulte Experimentos de prueba de entrelazamiento cuántico y Bell ). En la interpretación estándar de Copenhague , como se discutió anteriormente, el entrelazamiento demuestra un efecto no local genuino de la mecánica cuántica, pero no comunica información, ni cuántica ni clásica.
Ver también
Referencias
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