Происходят ли случайные квантовые явления без причины?

В повседневной жизни большинство из нас предполагает, что каждое событие и объект в некотором смысле имеют причину. Мне интересно, верно ли то же самое для квантовой физики.

Означает ли случайный характер квантовых явлений, что они не имеют причины, или теория утверждает, что причины квантовой случайности неизвестны?

Слово «случайный» используется здесь в его онтологическом смысле .

Важно понимать, что хотя это иногда и предполагается, это неправда даже в повседневной физике. Настойчивое утверждение Аристотеля о том, что « все, что движется, должно быть чем-то движимо », лихо затормозило развитие механики в физике на 2000 лет.
@DanielPark хотел бы прокомментировать: «На субмикроскопическом уровне время не имеет предпочтительного направления, и стрела времени начинает двигаться вперед только тогда, когда частицы взаимодействуют и «признают» друг друга, делая такие вещи, как совместное использование электронов и так далее. Их волновые функции коллапсируют в когерентное состояние, где суперпозиция не только возможна, но и является нормой. Медленно, по мере того, как все больше частиц принимают свои ожидаемые значения, гравитация вкрадывается в картину, позволяя макроскопическим существам, таким как мы, развиваться и задавать вопрос о причинности».
@IstvánZachar - я думаю, что ваш комментарий станет идеальным ответом или, по крайней мере, лучшим ответом, чем два других.
дубликат physics.stackexchange.com/q/45597 , но я не уверен, что это самый ранний из дубликатов

Ответы (3)

По запросу, сделанному на ответ из комментария:

Именно Джон Стюарт Белл в 1964 году с помощью простой арифметики доказал, что за статистической природой квантовых процессов и за жуткой нелокальностью, проявляемой запутанными частицами , не стоят скрытые локальные переменные. Следовательно, парадокс, представленный в статье Эйнштейна-Подольского-Розена 1935 года, в которой они утверждали, что квантовая физика не может быть полной («поскольку она опирается на статистические законы, она не может дать окончательное полное описание природы»), по своей сути неверен.

Мы понимаем причинность как отношение, которое связывает пост-события (следствие) с предшествующими событиями (причиной) (обратите внимание, что это не обязательно означает подобную хронологическую последовательность, см. здесь ). В этом смысле наблюдаемые явления зависят от более глубоких, возможно, скрытых переменных, которые, тем не менее, обычно могут быть обнаружены, по крайней мере, на макроскопическом уровне. Однако, как доказал Белл, не существует скрытых переменных, ответственных за квантовые процессы самого низкого уровня, например за случайный распад радиоактивных элементов. Поэтому я бы сказал, что для этих процессов не существует низшей, первопричины .

хороший ответ. Не могли бы вы сказать, какие эксперименты точно подтвердили теорему Белла?
@igael Поскольку я не физик и у меня нет времени подробно исследовать это, я оставляю только ссылку на тестовые эксперименты Белла в Википедии.
это был не невинный вопрос...
@igael Не так ли? Ну, я не очень хорошо улавливаю тонкие намеки :)
Насколько я знаю, эксперименты с колокольчиками только доказывают, что у частиц нет скрытых переменных. в то время как некоторые свойства появляются случайным образом в соответствии с волновой функцией. но разве они не псевдослучайны? эксперименты с колокольчиками, насколько я понимаю, не доказывают полной случайности. @Observer, возможно, вам следует отменить выбор этого ответа как правильного
Эксперименты с колокольчиком только доказывают, что у частиц нет скрытых переменных определенного типа.
эксперименты с колокольчиком касаются связи между запутанными частицами, а не случайности
@qdinar Как я уже говорил, я не физик, а биолог, и я прочитал только несколько книг по этому вопросу (например, Грин, Хокинг, Барроу и др.), Так что у меня есть понимание только образованного непрофессионала. Пожалуйста, не стесняйтесь добавлять свой собственный ответ, я был бы рад прочитать его лучше объясненным!

Мне кажется, здесь есть недоразумение:

Означает ли случайный характер квантовых явлений, что они не имеют причины, или теория утверждает, что причины квантовой случайности неизвестны?

Квантовые явления не случайны. Было обнаружено, что они подчиняются строгим динамическим уравнениям, которые отличаются от уравнений классической механики и т. д., но тем не менее явления ограничиваются границами, заданными решениями этих уравнений.

Нас бы не было, если бы не прекрасные атомные энергетические уровни. В них нет ничего случайного.

Возможно, вас смущает вероятностный характер квантовой механики, вероятности не означают случайности. За функциями, задающими распределения вероятностей в пространстве или энергии и т. д., а также за причинным направлением стоят динамические системы.

Изменить после обсуждения в комментариях:

Случайность в отдельных измерениях на уровнях, соизмеримых ℏ ограничены принципом неопределенности Гейзенберга , поэтому динамические уравнения не входят в явном виде. Случайность энергетических уровней для отдельных частиц ограничена шириной энергетического уровня, задаваемой динамическими уравнениями. Однако в целом решения квантовых динамических уравнений являются детерминированными для ансамбля измерений многих отдельных частиц/установок. Распределение для ансамбля предсказуемо из динамики и причинно-следственной связи. Например: если измерять продолжительность жизни по ансамблевому графику порядка 10 − 8 секунды, вы знаете, что это не может быть электромагнитное взаимодействие, это слабое взаимодействие, ответственное за распад.

Я не уверен, что согласен с тем, что «вероятности не означают случайности», не могли бы вы согласиться, например, с тем, что результат подбрасывания монеты является случайной величиной? Я думаю, что ОП задает более глубокий вопрос, связанный со скрытыми переменными и т. д.
@innisfree Случайность означает случайность. Равные вероятности для всего, что пытаются измерить. Квантово-механические вероятности являются функциями переменных пространства, времени, энергии и импульса и дают определенные веса для конкретных измерений. Это путает слово «случайный» со словом «вероятность». Кроме того, в этих вероятностях есть причинно-следственные связи.
Я не уверен, что понял: если квантовые явления не случайны, то что тогда? Можете ли вы привести пример естественного процесса или природного явления, которое является случайным?
Случайность вовсе не означает равные вероятности. например, сумма двух бросков игральных костей является случайной величиной, исход случайен , но вероятности не равны. Квантовая механика включает в себя случайность, вопрос ОП в порядке.
@innisfree Хорошо, я вижу, как результат конкретного эксперимента, поскольку он следует распределению вероятностей, можно считать «случайным» в некотором определении случайности (хотя я привык к случайным переменным) в пределах этого диапазона вероятностей. Огибающая вероятности, хотя и не является случайной, она исходит из детерминированных уравнений и ограничений и предсказывает результаты экспериментов в совокупности. И уж точно в уровнях энергии атома водорода нет ничего случайного.
Я действительно не думаю, что ОП имел в виду под случайностью, что все мыслимое возможно и равновероятно. Наверняка это вопрос о теориях скрытых переменных.
@annav - Извините, что снова повторяю тот же вопрос, но если в энергетических уровнях атома водорода нет ничего случайного, то где же прячется случайность? Известны ли физике случайные природные процессы или нет?
@Observer, не могли бы вы дать мне ссылку на ваше определение случайности?
@annav - я думаю, что этот в значительной степени охватывает это plato.stanford.edu/entries/chance-randomness
Спасибо, но это слишком философски для меня, физика-экспериментатора. Для меня в физике противоположность случайности — «динамически предсказуемая». Класс, который можно предсказать, — это не класс отдельных измерений, а класс статистических распределений большого числа измерений. В отличие от классической механики/электродинамики/и т. д., которые динамически предсказывают отдельные измерения. Итак, ваша «случайность» в квантовой механике связана с отдельными измерениями, а моя динамически предсказанная — с ансамблями измерений, что также является квантовой механикой. Не все QM является случайным.
@annav - я бы сказал, что даже экспериментальная физика неявно полагается на различные ветви философии как на интерпретационные рамки, но, честно говоря, я думаю, что вроде как получил ответ.
@innisfree: я согласен с Анной В. Случайный = Равновероятный. Я проголосую за этот ответ. в 11 часов (мои голоса закончились.).

В настоящее время мы даже не знаем, почему существуют законы квантовой физики или от чего они зависят, мы только наблюдаем их свойства, их результаты. «Случайный» распад атома не лишен причины, его махинации просто непредсказуемы, слишком сложны для точного предсказания, и поэтому мы называем их «случайными», но затем доказываем, что они не случайны с помощью статистических данных о миллиардах таких событий.

Происходят ли случайные квантовые явления без причины?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v