Является ли квантовая физика действительно случайной или она просто кажется такой из-за принципа неопределенности Гейзенберга?

Принцип неопределенности Гейзенберга ( HUP) верен для особых наблюдаемых, таких как энергия и время, пространство и импульс, ..

Каждой наблюдаемой соответствует квантово-механический оператор . Квантово-механические операторы либо коммутируют, либо не коммутируют, и их можно увидеть в коммутационных соотношениях . Наблюдаемые, которые не коммутируют, — это то, о чем HUP.

Именно HUP характеризует вероятностное поведение элементарных частиц и структуру физики, когда размеры становятся достаточно малыми, чтобы h_bar был достаточно значительным, чтобы его можно было увидеть в поведении наблюдаемых величин, таких как импульс и местоположение.

Есть ли какое-то свойство природы, делающее поведение электрона случайным?

В классической статистической механике существуют эффективные случайные распределения, которые определяются распределением Гаусса и стандартным отклонением, описывающим случайность.

или он просто кажется нам случайным, потому что наша способность предсказывать его местоположение в будущем ограничена нашей неспособностью определить как импульс, так и местоположение в настоящем?

Это кажется случайным, но распределение не является гауссовым, и его стандартное отклонение дает ошибку. Распределение строго определяется уравнениями квантовой механики, которые дают решения для конкретных граничных условий.

Или, как мне кажется, мы просто не можем знать, является ли поведение случайным, потому что мы ограничены в своей способности наблюдать детали происходящего (опять же из-за Гейзенберга)?

С нашими измерениями мы измеряем распределения вероятностей и видим, что они не являются гауссовскими, поэтому мы знаем, что случайности нет. Распределения соответствуют расчетам из квантово-механических решений.

а. Да. Даже если бы мы знали все о состоянии Вселенной и могли нарушить HUP, точно зная и импульс, и положение, мы все равно не смогли бы предсказать будущее.

Это утверждение верно для классической статистической механики, поскольку h_bar фактически равно 0 из-за огромной сложности ~ 10 ^ 23 молекул на моль. Нам все равно придется работать с гауссовыми вероятностями.

Если бы под квантовой механикой существовал детерминированный базовый слой, то же самое было бы верно, сложность была бы такова, что вероятностная форма, рассчитанная и подтвержденная квантовой механикой, должна была бы выполняться. Ряд физиков работает в этом малопопулярном направлении, например, 't Hooft , который также участвовал в обсуждении своих предложений на этом сайте.

Аргументы против того, чтобы квантовая механика была эмерджентным уровнем из детерминистского, исходят из соображений пространства-времени.

б. Нет, это часовой механизм, но мы никогда не сможем делать предсказания, потому что есть предел того, что мы можем знать о текущем состоянии Вселенной.

Физика никогда не говорит никогда новым открытиям.

в. На этот вопрос нет ответа, потому что игральные кости/часовой механизм настолько малы, что мы никогда не можем их увидеть, а поведение, которое мы можем наблюдать, остается тем же самым независимо от них.

то же, что и в б.

Что-то происходит. А именно, что некоторые наблюдаемые принципиально несовместимы. Это означает, во-первых, что вы можете провести эксперимент для одной наблюдаемой или для другой наблюдаемой, но вы не можете провести эксперимент для обеих наблюдаемых одновременно.

И что еще хуже, если вы провели эксперимент для А, затем еще один для А, а затем еще один для Б, два результата для А всегда будут совпадать, что означает, что после проведения эксперимента А результат явно находится в состоянии, которое дает конкретный результат для А. эксперимент. Помните, что выполнение эксперимента А приводит результат в состояние, которое приводит к конкретному результату эксперимента А.

Однако если вместо этого вы сначала проведете эксперимент А, затем проведете эксперимент Б, а затем, наконец, снова проведете эксперимент А, все будет по-другому. Два эксперимента A могут давать разные результаты, когда наблюдаемые A и B несовместимы. Порядок имеет значение. Таким образом, первый эксперимент А оставил его в состоянии, которое дает определенные результаты для эксперимента А, но выполнение эксперимента Б изменило его на другое состояние. Таким образом, выполнение этих экспериментов меняет состояние.

Вот что происходит. Есть состояния и наблюдаемые, и иногда проведение эксперимента для одного наблюдаемого изменит состояние. И это неизбежно. И дело не в нехватке знаний. Состояние говорит все, что мы знаем, и если бы мы знали больше, мы бы включили это, чтобы дать больше, другую или лучшую информацию о том, что происходит в эксперименте. Знания, которые мы получаем, получены из экспериментов, но эксперименты меняют состояния, и это неизбежно, когда порядок, в котором вы их проводите, меняет результаты.

Поведение электрона (и других крошечных вещей) называется вероятностным, потому что мы не можем сказать, где будет выбор, когда мы его измеряем, а можем только сказать, где он, вероятно, будет.

Это не правильно. Мы указываем частоты, на которых мы получим разные результаты в эксперименте, если проведем каждый из различных экспериментов. Получение определенных результатов в рамках определенного эксперимента отличается от того, чтобы быть где-то (или иметь определенный импульс) и пассивно раскрывать это.

Насколько я понимаю, принцип неопределенности Гейзенберга гласит, что чем больше мы знаем об импульсе, тем меньше мы знаем о местоположении, и наоборот.

Опять же, нет. Принцип гласит, что состояние, которое дает достаточно низкий разброс результатов для экспериментов с положением, даст более высокий разброс результатов для экспериментов с импульсом. Государство сообщает нам абсолютно все, что нужно знать о системе, ни меньше, ни больше, совершенно все, что нужно знать. Просто некоторые штаты дают большие или меньшие разбросы для некоторых экспериментов. Эксперименты также изменяют состояние. И то, и другое следует из того факта, что эти эксперименты необходимы для изменения состояний, чтобы порядок, в котором вы проводите эксперименты, имел значение.

Начальное состояние может быть таким, которое переходит в новые состояния положения с большим разбросом (меняется, когда мы проводим эксперименты с положением). Или начальное состояние может быть таким, которое переходит в новые импульсные состояния с большим разбросом (меняется, когда мы проводим эксперименты с импульсом). Но само состояние не может измениться на небольшое распространение обоих, так же как нота не может иметь короткую продолжительность и узкий диапазон высоты тона.

Есть ли какое-то свойство природы, делающее поведение электрона случайным?

Это связано с тем, как вы меняете состояние. Это похоже на то, когда одноклеточный организм делится на две симметричные части. Тогда две части могут давать разные результаты, несмотря на то, что у них общее прошлое, и различия накапливаются, накапливаются и увеличиваются в зависимости от того, как они взаимодействуют с остальным миром. То, как вы взаимодействуете и меняетесь в ответ на эксперимент, дает разные результаты. Эксперимент специально разработан для того, чтобы разные состояния взаимодействовали по-разному. Таким образом, исходное состояние разделяется на части, каждая из которых взаимодействует по-своему, пока потомки исходной волны в конце концов не станут думать о себе как о единственном результате. И уникальность результата становится вопросом перспективы, каждая часть, имеющая перспективу, является единственной частью.

или он просто кажется нам случайным, потому что наша способность предсказывать его местоположение в будущем ограничена нашей неспособностью определить как импульс, так и местоположение в настоящем?

Неправильно думать, что у него есть позиция или моментум в настоящем. Если бы это сработало, мы бы точно создали такую ​​теорию. Это не так. Итак, мы создали теорию с состояниями. У него было государство, и государство развивалось. Состояние развивается по-разному в зависимости от экспериментов, которые мы проводим, а эксперименты меняют состояния. И они делают это, разделяя состояние на части, которые действуют по-разному и в конечном итоге и иногда отделяются друг от друга и переплетаются с другими вещами, так что их собственная точка зрения состоит в том, что они являются единственным результатом более раннего объединенного состояния.

Или, что мне кажется вероятным, мы просто не можем знать, является ли поведение случайным, потому что мы ограничены в нашей способности наблюдать детали того, что происходит.

Мы ограничены. Но не по недостатку знаний. Вы ограничены своей собственной точкой зрения, основанной на вашем собственном состоянии. Вы ограничены результатами экспериментов, к которым вы подключены. И вы не можете винить в своей неспособности предсказывать будущее больше, чем можно винить одноклеточный организм в том, что он не предсказал, пойдет ли он на север или на юг после того, как разделился. Если вы позволите ему много раз проводить эксперименты по делению и дадите ему метод накопления относительных частот его опыта, тогда статистические прогнозы будут точными.

И уникальность индивидуального опыта не является недостатком вещи, которая разделяется и каждая новая часть может действовать как единое целое.

Если вы посмотрите на описание того, что происходит при измерении, уравнением Шрёдингера, то увидите, что состояние разделяется, и, в конце концов, в некоторых ситуациях различные части имеют перспективу, в которой это целое состояние.

Немного истории здесь может быть полезно; одна из старейших имеющихся у нас космологических теорий была разработана ионийскими философами и представляла собой атомистическую теорию; в этой теории неопределенность, как и в хаотическом движении, принималась за нечто фундаментальное (они называли ее клинаменом, что обычно переводят как отклонение).

Это показывает, что чистый детерминизм с физической точки зрения является чем-то новым; и он возник вместе с Ньютоном.

Существует спекулятивная теория QG, называемая каузальными множествами, которая рассматривает неопределенность движения, которую они также называют отклонением (предположительно в честь более ранней работы), как нечто базовое, а не производное.

Прежде всего, мы должны понять, что если мы выводим законы природы, то наше основное предположение состоит в том, что естественные явления не случайны . Если бы они были случайными, о них нельзя было бы ничего сказать.

Теперь вернемся к квантовой механике. В движении электронов или любых других субатомных частиц нет ничего случайного, пока вы не пытаетесь его наблюдать . Их поведение полностью определяется уравнением Шредингера. Теперь уравнение Шредингера дает эволюцию во времени волны, связанной с системой. Борн интерпретировал эту волну как распределение амплитуды вероятности, и согласно этой теории, если взять большой ансамбль идентичных систем, то результаты какого-то конкретного эксперимента могут отличаться от системы к системе, но их относительная распространенность будет полностью регулироваться уравнением Шрёдингера .

Так что да, если вы возьмете одну систему и спросите: «Где я могу найти эту конкретную частицу?» квантовая механика не может дать вам идеального ответа, а может только сказать: «существует большая вероятность того, что вы найдете его при х = что-то». Ваш эксперимент может дать или не дать этот ответ, но это не значит, что он случайный. Потому что, если бы вы проделали эксперимент повторно (но каждый эксперимент должен быть проведен после достаточного промежутка времени от первого, а еще лучше, чтобы они были выполнены в другой идентичной системе), вы обнаружите, что квантовая механика даст вам почти точные данные об относительной вероятность нахождения частицы в том или ином состоянии.