Является ли радиоактивный распад детерминированным? [дубликат]

Вы не можете знать , что в определенное время произойдет радиоактивный распад. Вы можете сказать, что распад произойдет с определенной вероятностью, но никогда с уверенностью.

Даже если распад произошел в определенное время$t$, если бы можно было гипотетически откатить вселенную$^1$а затем пусть это продолжается, нет никакой гарантии, что такой же распад произойдет в одно и то же время. Именно это мы имеем в виду, когда говорим, что квантово-механические процессы (например, радиоактивный распад) не являются детерминированными.$^2$.

На квантовом уровне всем процессам присуща неопределенность, и от этого никуда не деться. Это неотъемлемое свойство природы.

$^1$По тем же причинам это было бы невозможно даже в принципе. Если бы вы могли сделать такое, это означало бы, что Вселенная детерминистична, а по обсуждаемым причинам это определенно не так.

$^2$Обратите внимание, что считается, что детерминизм зависит от интерпретации квантовой механики. Я более или менее ссылаюсь на Копенгагенскую интерпретацию (возможно, наиболее распространенную среди физиков), когда говорю о КМ, хотя я никогда не уделял этому более глубокого внимания. Но один из краеугольных камней квантовой механики, принцип неопределенности Гейзенберга (HUP), поддерживает идею недетерминированной природы Вселенной, и этот принцип действителен как в копенгагенской, так и в других интерпретациях (хотя сам HUP может быть истолкован как по-разному в этих других интерпретациях).

Радиоактивный распад является детерминированным только для больших популяций радиоактивных ядер , для которых можно измерить среднее время распада и таким образом рассчитать период полураспада с помощью статистических инструментов.

По мере того, как вы переходите к постепенно уменьшающимся популяциям, статистические инструменты в конечном итоге становятся неприменимыми, и поведение одиночного радиоактивного ядра становится недетерминированным, т. е. в принципе невозможно точно предсказать, когда оно распадется.

Вопрос в конечном счете не в распаде частиц, а в возможности предсказать эволюцию Вселенной с самого ее начала. Это вызывает массу вопросов:

• Возможно ли это вычислительно (т.е. можем ли мы получить доступ, хранить и манипулировать информацией обо всех степенях свободы Вселенной... будучи частью этой самой Вселенной). Если это действительно ограничение, нам придется использовать статистическую физику, где события случайны из-за отсутствия у нас знаний обо всех степенях свободы.
• Является ли эволюция Вселенной строго детерминированной или, например, спонтанное нарушение симметрии на разных уровнях действительно случайно (см., например, знаменитую работу Андерсона « Больше отличается »).
• Наконец, формулировка вопроса предполагает частотную интерпретацию вероятности — как частоты события в (бесконечном) множестве испытаний. Байесовский взгляд менее распространен в физике, но с философской точки зрения первенство любого из них далеко не установлено.

Не совсем понятно, что вы подразумеваете под «волшебным образом откатить время вспять». Если вы включите достаточно магии, вы можете получить любой желаемый результат.

Рассмотрим конкретный реализуемый пример: предположим, что у вас есть молекула, состоящая из двух атомов трития, один из которых распадется раньше другого.

До распада два ядра трития в молекуле неотличимы друг от друга. Это означает, что все аргументы, которые создают разницу между ортоводородом и параводородом , также применимы к чистому тритию, и гипотетический образец чистого трития будет иметь разные макроскопические низкотемпературные термические свойства в зависимости от того, как долго он был холодным и переливался ли он. любой холодный магнитный катализатор.

Неразличимость означает, что мы можем поменять местами два ядра без видимых эффектов. Если я даю вам молекулу двухатомного трития, и одно из ядер распадается, вы не можете сказать, что «распад произошел с атомом слева». Это просто не та степень свободы, которая есть у простых молекул. Неразличимость — это фундаментальное допущение квантовой статистики, подкрепленное огромным количеством доказательств со многих удивительных направлений. Частица, которая «собирается распасться», на самом деле, в сущности, точно такая же, как частица, которая не собирается распадаться в течение многих периодов полураспада.

На самом деле это вопрос о том, верите ли вы, что результат, атомное ядро ​​распадается в данный момент времени, может быть точно определен (Эйнштейн) или лучшее, что вы можете сделать, это определить вероятность того, что событие произойдет (Бор и Гейзенберг). .
Насколько мне известно, лучшее, что мы можем сделать, — это использовать квантовую механику для определения вероятности происходящего события (распада атомного ядра в момент времени).

Эйнштейн считал, что под квантовым уровнем должен существовать скрытый слой реальности, и что, если мы сможем найти этот скрытый слой, мы сможем избавиться от вероятностных законов квантовой механики и не просто предсказывать, что может произойти дальше, но, используя детерминированные законы, предсказать, что произойдет .

Итак, в случае радиоактивного распада можем ли мы точно определить, что произойдет с атомным ядром?
В настоящее время представляется, что ответ на этот вопрос — «нет», так как мы еще не нашли детерминистических законов, необходимых для этого.

«Откатить вселенную назад» — частый мысленный эксперимент в философии; особенно в дискуссиях о Времени, Свободе Воли, Детерминизме и т.п. Интересно, верите ли вы, что все произойдет точно так же, когда вы откатитесь назад, часто ортогонален этим другим вопросам в некотором смысле.

К сожалению, очевидно, что мы не знаем реального, физического ответа. Никто не знает наверняка, является ли Вселенная «транзакционной» таким образом и можно ли ее откатить к предыдущему моментальному снимку, не говоря уже о том, будут ли в точности повторяться распад атома и все другие квантовые явления; и мы, очевидно, не в состоянии сделать это практически.

Поскольку у нас нет возможности фальсифицировать утверждение с помощью эксперимента или иным образом, нет никакого научного способа дать осмысленный ответ, кроме как «мы не знаем»; вопрос должен оставаться в сфере мысленных экспериментов или систем убеждений.