Articulo de referencia

Formalismo HPO

El formalismo del operador de proyección histórica (HPO, por sus siglas en inglés) es un enfoque de la lógica cuántica temporal desarrollado por Chris Isham . Este formalismo se...

El formalismo del operador de proyección histórica (HPO, por sus siglas en inglés) es un enfoque de la lógica cuántica temporal desarrollado por Chris Isham . Este formalismo se ocupa de la estructura lógica de las proposiciones mecánicas cuánticas enunciadas en diferentes momentos.

Introducción

En la mecánica cuántica estándar, un sistema físico se asocia con un espacio de Hilbert.H{\displaystyle {\mathcal {H}}}Los estados del sistema en un instante fijo se representan mediante vectores normalizados en el espacio y las observables físicas se representan mediante operadores hermíticos enH{\displaystyle {\mathcal {H}}}.

Una proposición físicaPAG{\displaystyle \,P}La información sobre el sistema en un instante fijo puede representarse mediante un operador de proyección ortogonal.PAG^{\displaystyle {\hat {P}}}enH{\displaystyle {\mathcal {H}}}(Véase lógica cuántica ). Esta representación vincula las operaciones reticulares en la red de proposiciones lógicas y la red de operadores de proyección en un espacio de Hilbert (Véase lógica cuántica ).

El formalismo HPO es una extensión natural de estas ideas a proposiciones sobre el sistema que se refieren a más de un momento temporal.

Proposiciones históricas

Historias homogéneas

Una propuesta de historia homogéneaα{\displaystyle \,\alpha }es una secuencia de proposiciones de un solo tiempoαti{\displaystyle \alpha _{t_{i}}}especificado en diferentes momentost1<t2<<tnorte{\displaystyle t_{1}<t_{2}<\ldots <t_{n}}Estos tiempos se denominan el soporte temporal de la historia. Denotaremos la proposiciónα{\displaystyle \,\alpha }como(α1,α2,,αnorte){\displaystyle (\alpha _{1},\alpha _{2},\ldots ,\alpha _{n})}y léelo como

"αt1{\displaystyle \alpha _{t_{1}}}en ese momentot1{\displaystyle t_{1}}es cierto y luegoαt2{\displaystyle \alpha _{t_{2}}}en ese momentot2{\displaystyle t_{2}}es cierto y luego{\displaystyle \ldots }y luegoαtnorte{\displaystyle \alpha _{t_{n}}}en ese momentotnorte{\displaystyle t_{n}}es cierto"

Historias heterogéneas

No todas las proposiciones históricas pueden representarse mediante una secuencia de proposiciones de un solo tiempo en diferentes momentos. Estas se denominan proposiciones históricas no homogéneas . Un ejemplo es la proposiciónα{\displaystyle \,\alpha }Oβ{\displaystyle \,\beta }para dos historias homogéneasα,β{\displaystyle \,\alpha,\beta}.

operadores de proyección histórica

La observación clave del formalismo HPO consiste en representar proposiciones históricas mediante operadores de proyección sobre un espacio de Hilbert histórico . De ahí proviene el nombre de "Operador de Proyección Histórica" ​​(HPO).

Para una historia homogéneaα=(α1,α2,,αnorte){\displaystyle \alpha =(\alpha _{1},\alpha _{2},\ldots ,\alpha _{n})}Podemos usar el producto tensorial para definir un proyector.

α^:=α^t1α^t2α^tnorte{\displaystyle {\hat {\alpha }}:={\hat {\alpha }}_{t_{1}}\otimes {\hat {\alpha }}_{t_{2}}\otimes \ldots \otimes {\hat {\alpha }}_{t_{n}}}

dóndeα^ti{\displaystyle {\hat {\alpha }}_{t_{i}}}es el operador de proyección enH{\displaystyle {\mathcal {H}}}que representa la proposiciónαti{\displaystyle \alpha _{t_{i}}}en ese momentoti{\displaystyle t_{i}}.

Esteα^{\displaystyle {\sombrero {\alpha }}}es un operador de proyección en el "espacio de Hilbert histórico" del producto tensorial.H=HHH{\displaystyle H={\mathcal {H}}\otimes {\mathcal {H}}\otimes \ldots \otimes {\mathcal {H}}}

No todos los operadores de proyección enH{\displaystyle H}se puede escribir como la suma de productos tensoriales de la formaα^{\displaystyle {\sombrero {\alpha }}}Estos otros operadores de proyección se utilizan para representar historias no homogéneas aplicando operaciones reticulares a historias homogéneas.

Lógica cuántica temporal

Representar las proposiciones históricas mediante proyectores en el espacio de Hilbert histórico codifica de forma natural la estructura lógica de dichas proposiciones. Las operaciones reticulares en el conjunto de operaciones de proyección en el espacio de Hilbert históricoH{\displaystyle H}puede aplicarse para modelar la red de operaciones lógicas sobre proposiciones históricas.

Si dos historias homogéneasα{\displaystyle \,\alpha }yβ{\displaystyle \,\beta }no comparten el mismo soporte temporal, se pueden modificar para que lo hagan. Siti{\displaystyle \,t_{i}}está en el soporte temporal deα{\displaystyle \,\alpha }pero noβ{\displaystyle \,\beta }(por ejemplo) entonces una nueva proposición de historia homogénea que difiere deβ{\displaystyle \,\beta }al incluir la proposición "siempre verdadera" en cada momentoti{\displaystyle \,t_{i}}se pueden formar. De esta manera los soportes temporales deα,β{\displaystyle \,\alpha,\beta}Siempre se pueden unir. Por lo tanto, asumiremos que todas las historias homogéneas comparten el mismo soporte temporal.

A continuación presentamos las operaciones lógicas para proposiciones de historia homogénea.α{\displaystyle \,\alpha }yβ{\displaystyle \,\beta }de tal manera queα^β^=β^α^{\displaystyle {\sombrero {\alpha }}{\sombrero {\beta }}={\sombrero {\beta }}{\sombrero {\alpha }}}

Conjunción (Y)

Siα{\displaystyle \alpha }yβ{\displaystyle \beta }son dos historias homogéneas entonces la proposición histórica "α{\displaystyle \,\alpha }yβ{\displaystyle \,\beta }" es también una historia homogénea. Está representada por el operador de proyección.

αβ^:=α^β^{\displaystyle {\widehat {\alpha \wedge \beta }}:={\hat {\alpha }}{\hat {\beta }}}(=β^α^){\displaystyle (={\sombrero {\beta }}{\sombrero {\alpha }})}

Disyunción (O)

Siα{\displaystyle \alpha }yβ{\displaystyle \beta }son dos historias homogéneas entonces la proposición histórica "α{\displaystyle \,\alpha }oβ{\displaystyle \,\beta }"En general, no es una historia homogénea. Está representada por el operador de proyección.

αβ^:=α^+β^α^β^{\displaystyle {\widehat {\alpha \vee \beta }}:={\hat {\alpha }}+{\hat {\beta }}-{\hat {\alpha }}{\hat {\beta }}}

Negación (NO)

La operación de negación en el retículo de operadores de proyección tomaPAG^{\displaystyle {\hat {P}}}a

¬PAG^:=IPAG^{\displaystyle \neg {\hat {P}}:=\mathbb {I} -{\hat {P}}}

dóndeI{\displaystyle \mathbb {I} }es el operador identidad en el espacio de Hilbert. Por lo tanto, el proyector utilizado para representar la proposición¬α{\displaystyle \neg \alpha }(es decir "noα{\displaystyle \alpha }") es

¬α^:=Iα^.{\displaystyle {\widehat {\neg \alpha }}:=\mathbb {I} -{\hat {\alpha }}.}

Ejemplo: Historial de dos veces

Como ejemplo, consideremos la negación de la proposición de historia homogénea de dos tiempos.α=(α1,α2){\displaystyle \,\alpha =(\alpha _{1},\alpha _{2})}. El proyector para representar la proposición¬α{\displaystyle \neg \alpha }es

¬α^=IIα^1α^2{\displaystyle {\widehat {\neg \alpha }}=\mathbb {I} \otimes \mathbb {I} -{\hat {\alpha }}_{1}\otimes {\hat {\alpha }}_{2}}=(Iα^1)α^2+α^1(Iα^2)+(Iα^1)(Iα^2){\displaystyle =(\mathbb {I} -{\hat {\alpha }}_{1})\otimes {\hat {\alpha }}_{2}+{\hat {\alpha }}_{1}\otimes (\mathbb {I} -{\hat {\alpha }}_{2})+(\mathbb {I} -{\hat {\alpha }}_{1})\otimes (\mathbb {I} -{\hat {\alpha }}_{2})}

Los términos que aparecen en esta expresión:

  • (Iα^1)α^2{\displaystyle (\mathbb {I} -{\hat {\alpha }}_{1})\otimes {\hat {\alpha }}_{2}}
  • α^1(Iα^2){\displaystyle {\hat {\alpha }}_{1}\otimes (\mathbb {I} -{\hat {\alpha }}_{2})}
  • (Iα^1)(Iα^2){\displaystyle (\mathbb {I} -{\hat {\alpha }}_{1})\otimes (\mathbb {I} -{\hat {\alpha }}_{2})}.

Cada una puede interpretarse de la siguiente manera:

  • α1{\displaystyle \,\alpha _{1}}es falso yα2{\displaystyle \,\alpha _{2}}es verdad
  • α1{\displaystyle \,\alpha _{1}}es cierto yα2{\displaystyle \,\alpha _{2}}es falso
  • ambosα1{\displaystyle \,\alpha _{1}}es falso yα2{\displaystyle \,\alpha _{2}}es falso

Estas tres historias homogéneas, unidas con la operación OR, incluyen todas las posibilidades de cómo la proposición "α1{\displaystyle \,\alpha _{1}}y luegoα2{\displaystyle \,\alpha _{2}}" puede ser falso. Por lo tanto, vemos que la definición de¬α^{\displaystyle {\widehat {\neg \alpha }}}está de acuerdo con lo que propone¬α{\displaystyle \neg \alpha }debería significar.

Referencias

  • CJ Isham, Lógica cuántica y el enfoque de historias para la teoría cuántica , J. Math. Phys. 35 (1994) 2157–2185, arXiv:gr-qc/9308006v1