Всё во Вселенной случайно или всё-таки детерминировано? Решают ли хоть что-нибудь квантовые случайности?
Имеет ли смысл делать что-либо, если все процессы случайны и никак не зависят от человека? Мы хоть что-то можем решать в этом мире сами?
Рассматривать устройство вселенной можно на разных масштабах. Чем мельче масштаб и меньше явных связей между элементами мира, тем сложнее предсказать их поведение. Вселенная состоит из колебаний полей. Представьте вязаный свитер. Он состоит из одной нитки, на которой завязано между собой много узелков. Если за нитку потянуть, можно все узелки распустить. Примерно так же между собой связываются и кванты — колебания вселенной, и составляют ткань материального мира. Можно ещё представить, как ползут извиваясь две змеи. Вот каждая змея — это квант волны. Если они далеко друг от друга, то не зацепляются. Если ползут по узкому коридору, то начнут толкаться или заплетаться. Вот и кванты могут также цепляться друг за друга при определённых условиях. Мы знаем несколько видов таких ниток-фундаментальных взаимодейстивий: электромагнитное, гравитационное, сильное, слабое.
В свитере все петли постоянно на одном месте, а вот во вселенной кванты-волны находятся постоянно в движении. Нет такого кванта, который бы два мгновения подряд находился бы на одном и том же месте. Мы даже не сможем с абсолютной точностью посчитать все характеристики кванта одновременно. Если мы будем знать его точное место в пространстве, то сможем узнать только примерную вероятную скорость, с которой он летит и наоборот, если знаем точную скорость, то можем только примерную область очертить, где этот квант вероятнее всего находится. Это получается из-за того, что мы пытаемся рассматривать квант одновременно и как частицу, и как волну. Это принцип неопределённости Гейзенберга. Так как мы не можем посчитать одновременно все точные характеристики кванта, мы не можем зафиксировать и точные причинно-следственные отношения. Можем только посчитать вероятность взаимодействия квантов.
То, что мы привыкли считать пустой вселенной, в реальности пустотой не является. В физическом вакууме постоянно возникают и исчезают мгновенные колебания — виртуальные частицы. Это такие кванты, которые появляются из неоткуда и в это же мгновение пропадают в никуда. Никто не сможет предсказать, где они появятся и где исчезнут. Получается, пустота непустая. Вселенная как будто дышит, постоянно самопроизвольно производит колебания полей. Эти колебания можно обнаружить например, если очень близко разместить зеркальные пластинки. Они начнут притягиваться друг к другу на близких расстояниях. Из-за того, что между такими пластинками меньше виртуальных фотонов, чем снаружи. Меньше их потому, что фотоны являются колебаниями и вот некоторые колеблются так размашисто, что выходят за границы щели между пластинками. То есть, получается ещё более разряженный вакуум, чем обычный вакуум в космосе. Это называется эффект Казимира, по имени учёного-открывателя.
Эти возникающие виртуальные кванты могут взаимодействовать с обычными квантами. Например фотон может лететь в вакууме, у него на пути возникнет виртуальная частица, они столкнутся и распадутся на пару частиц электрон-позитрон, которые тут же аннигилируют и выпустят новый фотон. Поэтому, скорость света, которую мы считаем максимальной, может оказаться не абсолютно максимальной, так как фотоны постоянно зацепляются за виртуальные частицы. Проверить это пока не смогли, так как трудно запустить фотоны между пластинками Казимира и посчитать их скорость. Но учёные уже используют флуктуации (колебания) вакуума для генерирования случайных чисел.
Все эти примеры говорят о том, что нельзя относиться к элементам вселенной как к бильярдным шарикам, находящимся в жёстких причинно-следственных отношениях. Есть много разных тонкостей на малых масштабах рассмотрения вселенной, которые позволяют рассматривать разные состояния вселенной только как возникающие с какой-то вероятностью. Чем больше элементов вселенной связываются друг с другом, тем нам легче предсказать поведение такого комка квантов. Это как если бы мы предсказывали поведения одного свободного муравья, нам было бы трудно. Но про муравейник можно было бы с большей уверенностью сказать, что он никуда не денется и предсказать, что вечером муравей скорее всего вернётся в муравейник, так как связан с ним. Поэтому нам проще всего предсказывать поведение больших скоплений материи — планет, звёзд, галактик на многие годы вперёд. Да и то не всегда получается. Вроде бы сверхновая звезда вот-вот должна взорваться, а она всё никак не взрывается.
Если человек разберётся, какие вещи в жизни вредные, а какие полезные, то он сможет в своём сознании правильным образом связать элементы. Тогда его поведение станет более предсказуемым. Как движение планеты. Человек будет стараться увеличить вероятность полезных событий и уменьшить вероятность вредных. Поэтому, нужно свой ум тренировать, протаптывать в уме правильные тропинки, чтобы в будущем было больше пользы. То есть, нужно стараться делать всё полезное, на что хватает сил и возможностей.
Источник
Физик: все события во Вселенной могут быть полностью предопределены
МОСКВА, 4 окт – РИА Новости. Все события в нашей Вселенной могут быть полностью предопределены, и у людей может полностью отсутствовать свобода воли, а у «высших сил» — способность к вмешательству в ее работу, считает известный нидерландский космолог-теоретик Герард ‘т Хоофт.
«Пока нам не удалось создать «теорию всего», так как ее создание требует объединения несовместимых вещей, таких как теория относительности и квантовая физика. Эти противоречия, как мне кажется, можно разрешить в том случае, если наша Вселенная является абсолютно детерминированной – в ней нет ни свободы воли, ни возможности «божественного вмешательства», — пишет ученый в статье, размещенной в электронной библиотеке arXiv.org.
«Симулятор бога»
Открытие контринтуитивных принципов квантовой механики в 20 годах прошлого века заставило многих физиков, в том числе и Альберта Эйнштейна, подозревать, что их необычная работа объясняется некими неизвестными нам принципами и скрытыми переменными, которые можно описать языком классической физики. В 60 годах появилось иное объяснение необычности квантовой механики, изложенное британским ученым Джоном Беллом.
Главным аргументом Эйнштейна и его сторонников было то, что знаменитый физики называл «призрачным действием на расстоянии» – невозможный с точки зрения теории относительности феномен того, что связанные друг с другом на квантовом уровне частицы, удаленные друг от друга на большие расстояния, будут менять свои свойства одновременно.
Проблема, по словам ‘т Хоофта, заключается в том, что и теория относительности Эйштейна, и выкладки квантовой физики не являются ошибочными – за последние два десятилетия и та, и другая идея успешно прошли все экспериментальные проверки. Возник вопрос – как можно их примирить и создать «теорию всего», которая бы объясняла бы и процессы в микромире, подобно квантовой физике, и взаимодействия объектов на космологических расстояниях.
Некоторые физики пытаются избежать этой проблемы, как объясняет нидерландский теоретик, добавляя различные «лишние сущности», позволяющие объяснить неопределенность и нелокальность квантовой механики, не выходя за рамки детерминистической теории относительности Эйнштейна.
К примеру, популярная сегодня теория «многомировой интерпретации» квантовой механики предполагает, что каждый раз, когда происходит какое-то событие на квантовом уровне, Вселенная расщепляется на два параллельных мира, в каждом из которых оно завершается по-разному. К примеру, если взять знаменитую «кошку Шредингера», то в одной из этих параллельных Вселенных она будет жива, а в другой – мертва.
Физический «абсолютизм»
Как считает ‘т Хоофт, примирить квантовую механику и теорию относительности можно гораздо проще, не вводя «призрачных действий» или каких-то дополнительных измерений и миров – и та и другая теория будут уживаться друг с другом в том случае, если абсолютно все события во Вселенной были предопределены в ней с самого начала ее существования.
В пользу этого, по его мнению, свидетельствует сразу несколько вещей – наличие фундаментального предела на быстроту перемещений по Вселенной в виде скорости света, а также то, что даже самые мельчайшие формы материи обладают ненулевыми размерами, и сам факт расширения Вселенной.
Все эти феномены и физические константы, как считает ‘т Хоофт, зависели от того, как выглядела и в каком состоянии находилась Вселенная в момент своего рождения, и их значения фактически предопределили то, как она развивалась после Большого Взрыва. И соответственно, все результаты квантовых событий, а также действия людей будут тоже предопределены, подчиняясь каким-то законам мироздания и начальным условиям рождения Вселенной, о которых мы пока не знаем.
Многие ученые уже выступили с резкой критикой новых идей ‘т Хоофта. К примеру, как отметил Тим Модлин (Tim Maudlin), физик и философ, считает, что нидерландский ученый просто не понимает квантовой механики, неправильно интерпретирует те принципы, которые были изложены Беллом в 1960 годах, путая понятия «свободные переменные» и «свобода воли», и игнорирует их многократную проверку экспериментальным путем.
С другой стороны, Сабина Сабина Хоссенфельдер, физик из Института передовых исследований в Франкфурте (Германия), полагает, что выводы ‘т Хоофта в принципе совместимы с наукой, просто многие люди, в том числе и Модлин, не готовы психологически поверить в то, что начальные условия рождения Вселенной и ее законы могут жестко задавать все, что будет происходить в ней в последствии.
Источник
Является ли вселенная фундаментально детерминированной?
MRashid
Я не уверен, что это правильное место, чтобы задать этот вопрос. Я понимаю, что это может быть пограничный философский вопрос в данный момент, поэтому не стесняйтесь закрывать этот вопрос, если вы считаете, что это дубликат или неуместно для этого форума. Во всяком случае, я инженер-электрик, и у меня есть некоторые базовые знания по квантовой механике. Я знаю, что уравнение Шредингера является детерминированным. Тем не менее, квантовая механика гораздо глубже, и я хотел бы узнать больше. Если этот вопрос не является однозначно ответственным, тогда кто-нибудь может указать на некоторые признанные источники, которые пытаются ответить на этот вопрос. Я был бы признателен, если бы источник был научным и, более конкретно, связан с квантовой теорией.
Moonknight
Дэвид Х
Qmechanic ♦
Дэн Нили
Джон Николас
Алекс А
Ты прав; Уравнение Шредингера индуцирует эволюцию за единое время и является детерминированным. Индетерминизм в квантовой механике дается другой «эволюцией», которую может испытать волновая функция: коллапс волновой функции. Это источник индетерминизма в квантовой механике и механизм, который до сих пор недостаточно понятен на фундаментальном уровне (его часто называют «проблемой измерения»).
Если вам нужна книга, рассказывающая о проблемах такого рода, я предлагаю вам «Декогеренция и появление классического мира в квантовой теории» Джуса, Зеха и др .; Это хорошая книга на эту и другие современные темы в квантовой механике. Это понятно с некоторыми усилиями, если вы знаете базовые вещи о пространствах Гильберта и основных математических инструментах QM.
mowwwalker
BlueRaja — Дэнни Пфлугхофт
nervxxx
nervxxx
Джесс Ридель
Groda.eu
Простой ответ — «никто не знает». Уравнение Шредингера — это просто уравнение, которое старое Эрвин скомбинировало, и оно оказалось подходящим для экспериментальных данных. Это даже не согласуется с теорией относительности (вторая производная пространства, но только в первый раз), поэтому ясно, что с ней что-то не так. Так получилось, что он отлично работает для инженеров.
Бен Кроуэлл
Groda.eu
lionelbrits
agemO
Я никогда не слышал о недетерминированной теории в физике, классическая физика есть, квантовая теория (если я возьму волновую функцию вселенной, ее эволюция детерминирована), общая теория относительности .
Что касается коллапса волновой функции, это означает, что что-то не совсем понятное происходит, когда система взаимодействует с другой, обладающей гораздо большей степенью свободы, это не означает, что происходит нечто недетерминированное.
В противном случае квантовая механика была бы самопротиворечивой: если я возьму волновую функцию системы <система, которую я хочу измерить + остальная часть вселенной>и использую шредингер, эволюция будет детерминированной, если я просто возьму подсистему <систему, которую я хочу измерить >и использовать волновую функцию коллапса, эволюция покажется недетерминированной.
«Можете ли вы с уверенностью предсказать результат, скажем, измерения энергии двухуровневой системы»
Если бы я знал начальную волновую функцию вселенной и смог бы рассчитать ее эволюцию благодаря Шредингеру, я бы сделал это.
«Наконец, не могли бы вы уточнить последнюю часть вашего ответа? Я не вижу, как QM будет противоречивым».
Если я скажу «Коллапс волновой функции означает, что квантовая теория не является детерминированной», это противоречило бы тому факту, что я могу использовать Шредингер на всей системе вместо аксиомы коллапса и найти детерминистическую эволюцию.
Алекс А
Алекс А
Карл Дамгаард Асмуссен
Andrea
Чтобы добавить к другим ответам и привести к более самостоятельному изучению, я указываю вам статьи о неравенствах Белла и теореме о свободной воле .
Эти два факта указывают на тот факт, что наблюдения за экспериментами, которые мы уже провели над квантовыми системами, несовместимы с рядом вещей, в которые вы хотели бы верить, каждая из которых связана с неопределенными значениями детерминизма.
Короче говоря, неравенства Белла заставляют нас отказаться хотя бы от одного из следующих представлений о мире:
- Реализм, означающий, что частицам может быть присвоено определенное состояние в любой момент времени (также называемый скрытыми переменными).
- Местность, означающая, что информация распространяется с максимальной скоростью (релятивистская причинность).
Таким образом, если вы хотите, чтобы вселенная имела определенное состояние в каждый момент времени, вы должны принять сверхсветовые эффекты («жуткое действие на расстоянии»), если вы хотите релятивистскую причинность, вы должны будете признать, что состояние вселенной иногда неуверенно. Вы не можете иметь оба.
Теорема свободы воли говорит о чем-то очень похожем, и, хотя, немного более абстрактно, я думаю, что это обеспечивает более сильную логическую основу для того, что я только что обсудил.
А теперь вопросы:
Если состояние вселенной не определено, что это значит для него быть детерминированным?
Если бы эффекты предшествовали причинам, была бы вселенная детерминированной?
Определенно, прочитайте первую статью, которую я связал , так как она содержит потрясающие результаты, которые требуют некоторого времени и навыков, чтобы их объяснить, но они доступны и помогут вам в ваших поисках!
Anonymous
Кстати, если мы живем в достаточно большом мультивселенном, может случиться так, что существует любое возможное состояние. Результатом является супер-детерминизм, который выглядит как недетерминизм в локальных областях.
Источник