Детерминированная или стохастическая вселенная?

Это важный вопрос, и чтобы ответить на него, нужно вникнуть в некоторые тонкости физики.

Самый распространенный ответ, который можно найти, состоит в том, что мы думали, что наша Вселенная была детерминистической в ​​соответствии с ньютоновской «классической» физикой, так что Демон Лапласа, который мог знать местоположение и импульс всех частиц, мог навсегда предсказать поведение Вселенной. Но что развитие квантовой механики в начале 20-го века требует, чтобы наша Вселенная была стохастической. Это было мнение основателей теории квантовой механики, которые все приняли стохазм. Однако эта точка зрения не на 100% верна — как в классической, так и в квантовой физике есть свои тонкости.

Что касается классической физики, несколько физиков за последние несколько десятилетий исследовали «классические» случаи, которые приводят к стохастическим решениям. Вот одна из таких ссылок: https://www.journals.uchicago.edu/doi/full/10.1086/594526?casa_token=jcR7Qn5Ji-cAAAAA:rxtSGXk98L_jfEBttu1Lt2LD3DGjsRXmhk6C_4AcUByNqWdELIjk_3ehV_rhVWe0TML9DbprEJkОбратите внимание, что язык не особенно ясен, но для каждого случая, когда «единственность терпит неудачу» или «существует более одного решения», это переводится в классическую физику, имеющую несколько возможных результатов события и, таким образом, стохастическую, а не детерминированную. Это недавние открытия, и поэтому они не подвергались критике в течение нескольких десятилетий, но связанной статье полтора десятилетия, поэтому было достаточно времени для опровержения, пока безуспешно. Это также редкие и экзотические случаи, поэтому классическую физику можно охарактеризовать как «в основном детерминированную», основываясь только на них.

Другое открытие, немного более старое, но тоже недавнее, заключалось в том, что даже детерминированные модели могут быть непредсказуемыми. Впервые это было обнаружено в моделях погоды, где сложный код моделирования погоды, который был полностью детерминированным по своему характеру, в конечном итоге давал совершенно разные прогнозы, когда один из его входных данных был округлен до четвертого знака после запятой. Сейчас их называют хаотическими системами, а погоду считают ярким примером «детерминированного» хаоса в природе классической физики.

Хорошим примером хаотического поведения в гораздо более простой системе, чем модель погоды, является эта иллюстрация хаотического поведения тройных маятников: https://jakevdp.github.io/blog/2017/03/08/triple-pendulum-chaos/ Обратите внимание: одно из убеждений, которые я слышал, состоит в том, что, хотя квантовая теория может быть стохастической, наша макровселенная — нет. Тройные маятники представляют собой пример, когда это не так, потому что это НАСТОЛЬКО чувствительная система, что вариации порядка принципа неопределенности Гейзенберга в начальном состоянии быстро приводят к хаосу, который иллюстрирует это видео. IE -- явление хаоса макромасштаба приводит к тому, что квантовый стохазм просачивается в стохазм макромасштаба.

Хотя важность примера с тройным маятником не совсем очевидна для всех — в основном все физические структуры имеют вибрационные моды — в основном аналогичные циклу маятника. И эти режимы накладываются друг на друга, потенциально изменяя положение точки поверхности в любой момент времени, очень похоже на то, как точка трех маятников зависит от фазы всех трех. Эти колебания имеют гораздо меньшую амплитуду, чем колебание маятника, но расположение всех твердых тел на поверхности подвержено такому вибрационно-зависимому хаосу. Таким образом, любое СТОЛКНОВЕНИЕ между двумя объектами макроразмера не будет происходить в предсказуемый момент времени, а будет стохастическим, основанным на мгновенном местоположении каждой поверхности. Это приводит к некоторой внутренней изменчивости времени удара, а также к результирующим направлениям удара между двумя объектами.

Один из способов, которым мыслители пытались примирить хаос с причинностью, состоит в том, чтобы признать, что одна форма причинности может быть ограниченной оболочкой, такой как диапазон движения вибрирующего твердого тела или тройной маятник, плюс статистическая вероятность внутри этого. конверт. Этот подход также работает для QM.

Хотя основатели квантовой теории приняли стохазм, не все их коллеги сделали это. И хотя стохазм был одним из главных мотиваторов попыток переосмыслить квантовую теорию, он был не единственным философским вопросом, который побудил их коллег попытаться переделать квантовую механику. Попытки переделать квантовую теорию привели к быстрому распространению «интерпретаций». Первоначальное чисто стохастическое понимание квантовой механики остается доминирующим (теперь оно называется интерпретацией Купенгагена), но стохазм КМ, по крайней мере, обсуждался среди физиков.

Двумя ключевыми частями стохазма был принцип неопределенности Гейзенберга, который отмечает, что нельзя фактически обнаружить произведение пар термов с содержанием неопределенности меньше определенного. Самый яркий продукт, иллюстрирующий это, — время и импульс. https://chem.libretexts.org/Bookshelves/Physical_and_Theoretical_Chemistry_Textbook_Maps/Supplemental_Modules_(Physical_and_Theoretical_Chemistry)/Quantum_Mechanics/02._Fundamental_Concepts_of_Quantum_Mechanics/Heisenberg%27s_Uncertainty_Principle _ , но Гейзенберг думал, что вся концепция причинности теперь сомнительна.

Другой стороной была квантовая механика — поведение элементарных частиц подобно волнам, которые разлагаются на частицы для целей взаимодействия в стохастических точках внутри волнового поля. Один из наиболее ясных аспектов квантовой механики заключается в том, что распад отдельного радиоактивного атома не произойдет в предсказуемое время, а произойдет случайным образом в зависимости от его «периода полураспада». Разработчики QM признали, что это нарушение не только детерминизма, но и нормального понимания причинно-следственной связи.

Одной из других особенностей КМ является то, что она также нарушает либо относительность, либо независимый от разума реализм нашего мира. Неравенство Белла изложило контрольный случай между локальным реализмом и предсказаниями КМ, и тесты на сегодняшний день продемонстрировали, что нарушения КМ локального реализма подтверждаются тем, как работает наш мир: https://www.quantiki.org/wiki/bells-theorem

Эйнштейн был одним из главных лидеров в попытках бросить вызов стохастической природе КМ, но не только ее, но и ее локальным и нереальным аспектам. Он постулировал ряд альтернативных интерпретаций наблюдений КМ, которые не проходили проверку за проверкой. Его последним усилием была концепция внутренне скрытых переменных, которые невозможно наблюдать. Его это огорчало, так как он, казалось, нарушал один из ключевых аспектов науки — опровержимость своих теорий. Но Эйнштейн, как хороший ученый, настаивал на том, чтобы проверить свои «интерпретации» по сравнению с Копенгагеном. Обратите внимание, если тесты могут различать их, альтернативные «интерпретации» на самом деле являются альтернативными теориями. Тесты неравенства Белла были вдохновлены попыткой сделать эту последнюю теорию внутренне скрытых переменных поддающейся проверке, и она тоже не прошла эти тесты.

Другие «интерпретации» пытаются сохранить локальность, охватывая «нереальность», т.е. что наблюдатель неотделим от квантовых событий. Список многих из этих интерпретаций находится здесь; https://en.wikipedia.org/wiki/Interpretations_of_quantum_mechanics Большинство сторонников этих альтернативных интерпретаций не были столь агрессивны, как Эйнштейн, пытаясь вывести тестовые примеры между ними и Копенгагеном, поэтому большинство из них не были так четко признаны, как на самом деле. конкурирующие теории.

Единственные две альтернативы из этого списка, получившие сегодня значительную поддержку со стороны физиков, — это Бома-Де Бройля и «Множество миров» Эверетта. Бома — это модель со скрытыми переменными, в которой скрытые переменные скорее глобальные, чем локальные. Это означает, что на каждое событие влияет любой другой объект во Вселенной, независимо от расстояния и ограничений скорости света. Бом пожертвовал совместимостью с общей теорией относительности ради удобства детерминированной модели. В настоящее время довольно широко признано, что теория Бома отличается от квантовой механики, и теперь ее часто называют бомовской механикой. Результаты тестовых случаев на сегодняшний день сильно отклоняются от Бома и в пользу Копенгагена; http://settheory.net/Бом https://www.physicsforums.com/threads/back-pedaling-on-bohm.905194/. Бома — еще не было широко признано опровергнутым, — но эти наблюдения и тестовые примеры резко ослабили энтузиазм по поводу теории Бома.

Многие миры постулируют, что для каждого квантового события происходят все возможные результаты, и вселенная разделяется, чтобы создать альтернативные невзаимодействующие вселенные для каждого возможного результата. Многие миры считаются «детерминированной» теорией на странице Wiki и многими сторонниками. Но, похоже, это не так. Для любого наблюдателя у любого события будет только один исход, и этот исход не детерминистический, а стохастический. Постулирование того, что существуют другие наблюдатели и что все возможные результаты наблюдаются между теоретической совокупностью всех их, — все равно оставляет каждого из них как единственного наблюдателя, переживающего стохастическое событие. в соответствии со стандартом детерминизма, установленным для классической физики - Демон Лапласа не мог ни знать текущее состояние Вселенной (он все равно был бы ограничен принципом неопределенности Гейзенберга), он также не мог предсказать результат любого измерения (перекликаясь с языком Эрмана по отношению к классической физике: «единственного решения не существует»). «Все вышеперечисленное» на самом деле не является детерминизмом. Кроме того, постулирование избыточных вселенных, которые в принципе невозможно обнаружить, является нарушением основ науки, за что Эйнштейн получил заслуженное осуждение.

Кроме того, «Множество миров», с прагматической причинной точки зрения, явно отказывается от причинно-следственной связи и не может даже принять подход конверт/вероятность, который, вероятно, может охватывать события хаоса. Это потому, что вероятность между мирами становится бессмысленной концепцией - все они существуют, и в теории нет такой характеристики "полосы пропускания" для этих разных вселенных, которая могла бы различать "частоту". В личном плане я мог бы в течение следующих 20 минут закончить эту запись и опубликовать ее, отказаться от проекта и вместо этого играть в видеоигры или пойти по соседству и убить соседскую семью. Все возможны, ни один из них не более «причинен», чем другой, и каждое происходит в НЕКОТОРОМ мире согласно «интерпретации» MW. Такое радикальное устранение концепции причинности — это не то, что ищет большинство детерминистов,

Во всяком случае, Бом, кажется, идет по тому же пути опровержения, что и теории скрытых переменных Эйнштейна, и MW на самом деле не является детерминистской моделью. Квантовая механика разумно понимается как опровергающая детерминизм в физике. Это в сочетании как с индетерминизмом в классической физике, так и с внутренней непредсказуемостью явления хаоса (и фактическим индетерминизмом, если включить неопределенность Гейзенберга) приводит к окончательному ответу: физика не детерминирована.

В детерминированной вселенной ничего не происходит ни случайно, ни по желанию. Детерминированная вселенная не могла быть создана преднамеренно и не могла развиваться непреднамеренно из-за случайных флуктуаций или вероятностной неопределенности.

Детерминированная вселенная логически невозможна. Детерминизм исключает оба метода определения содержания вселенной.

Итак, существуют три модели квантовой механики, поддерживающие детерминизм: нелокальные скрытые переменные; супердетерминизм; и детерминизм во многих мирах. Они ограничены нарушением неравенства Белла .

Это связано с тем, что чувствительность к унитарным условиям, основная характеристика хаотических систем (например, всякий раз, когда взаимодействуют более двух осцилляторов), означает, что любого квантового измерения в принципе может быть достаточно для другого результата при тех же начальных условиях.

Так. Нелокальные скрытые переменные проблематичны, потому что они нарушают запрет Оккама на умножение сущностей, требуется скрытый невидимый слой порядка, который кажется не поддающимся фальсификации. Супердетерминизм проблематичен, потому что внутри системы он был бы непредсказуемым, и для того, чтобы его можно было проверить, должно подразумеваться, что вы можете выйти за пределы системы, чтобы увидеть, насколько она детерминистична, нарушая этот детерминизм — так что опять же, это нефальсифицируемо. Многомировая интерпретация (также называемая интерпретацией относительного состояния), вероятно, является самой популярной интерпретацией квантовой механики среди физиков, она распределяет случайность по той ветви системы, в которой мы находимся, и система развивается по всем возможным ветвям в гильбертовом пространстве более высокой размерности. . Кажется возможным, что существует фундаментальный предел информации на единицу пространства-времени, связанный с планковской длиной и временем, который помог бы объяснить поведение черной дыры. Казалось бы, это накладывает ограничение на общее количество путей, по которым может пройти система, но это чрезвычайно большое число.

Есть еще один вариант. Интерпретации квантовой механики зависят от наблюдателя и наблюдаемого, многие миры изображают состояния как относительные, одна квантовая система наблюдает за другой. Доктрина «Это из бита» предполагает, что не материя фундаментальна, а информация. Эмерджентные свойства — это самостабилизирующиеся системы, такие как жизнь и разум. Я вижу эти части как указывающие на материалистически-физикалистский панпсихизм, согласно которому вселенная на глубоком уровне является результатом ее собственного исследования самой себя, эксплуатирующего собственное отсутствие знаний о себе, чтобы определить, как быть, усиливая эти индетерминизмы в путь, который самостабилизируется, как ум. Как сеть Индры . Просто догадка, хотя на самом деле.

Недавно я говорил о свободе воли, и это может прояснить идею: свобода воли с точки зрения самосознательного существа; несвобода воли с точки зрения Вселенной. Только у вселенной нет перспективы, фактически есть только интерсубъективность, нет универсальной трансцендентальной перспективы, есть только относительные локальные. Тогда разум должен быть фундаментальным слоем бытия, и мир и телесность возникают из него, но не могут быть произвольными и чисто субъективными, поскольку возникают вместе с общим интерсубъективным ментальным пространством и в нем. Возникновение у «двери» (чувственных ворот) между умом и миром. Это логическое продолжение интерсубъективности аргумента частного языка. Короче говоря, у нас есть свобода воли по той же причине, по которой у нас есть идентичность, «я» или существование бумажной валюты: у нас есть условность, и мы действуем так, как будто она реальна, создавая мир, в котором она существует. Вы можете сказать, что деньги не реальны, и я указываю на наблюдаемые в мире, которые говорят, что это так, но то, как они реальны, не похоже на атомы, это похоже на категорию «вещи, на которых можно сидеть». Относительный, но социальный. Смотрите такжегипотеза однорангового моделирования