Является ли Вселенная фундаментально детерминированной?

Ты прав; уравнение Шрёдингера индуцирует унитарную временную эволюцию, и оно детерминировано. Индетерминизм в квантовой механике определяется другой «эволюцией», которую может испытать волновая функция: коллапсом волновой функции. Это источник индетерминизма в квантовой механике и механизм, который до сих пор недостаточно изучен на фундаментальном уровне (это часто называют «проблемой измерения»).

Если вам нужна книга, в которой говорится о такого рода проблемах, я предлагаю вам «Декогеренция и появление классического мира в квантовой теории» Джуса, Зеха и др.; это хорошая книга по этой и другим современным темам квантовой механики. Это понятно с некоторыми усилиями, если вы знаете основные вещи о гильбертовых пространствах и основных математических инструментах QM.

Простой ответ: «никто не знает». Уравнение Шрёдингера — это всего лишь уравнение, составленное старым Эрвином, которое совпадает с экспериментальными данными. Это даже не согласуется с теорией относительности (вторая производная от пространства, но только первая от времени), так что с этим явно что-то не так. Это просто очень хорошо работает для инженерии.

Я никогда не слышал о недетерминированной теории в физике, классическая физика есть, квантовая теория (если я беру волновую функцию Вселенной, ее эволюция детерминирована), общая теория относительности...

А что касается коллапса волновой функции, то это означает, что когда одна система взаимодействует с другой, обладающей гораздо большей степенью свободы, происходит что-то непонятное, это не значит, что происходит что-то недетерминированное.

В противном случае квантовая механика была бы внутренне противоречивой: если я возьму волновую функцию системы {система, которую я хочу измерить + остальная вселенная} и использую Шредингера, эволюция будет детерминированной, если я просто возьму подсистему {систему, которую я хочу измерить } и использовать коллапс волновой функции, эволюция может показаться недетерминированной.

«Можете ли вы с уверенностью предсказать результат, скажем, измерения энергии двухуровневой системы?»

Если бы я знал начальную волновую функцию Вселенной и мог рассчитать ее эволюцию благодаря Шрёдингеру, я бы это сделал.

«Наконец, не могли бы вы уточнить последнюю часть вашего ответа? Я не вижу, как QM может быть противоречивым».

Если я скажу: «Коллапс волновой функции означает, что квантовая теория недетерминистична», это будет противоречить тому факту, что я могу использовать Шредингера для всей системы вместо того, чтобы использовать аксиому коллапса и найти детерминированную эволюцию.

Чтобы добавить к другим ответам и привести к большему самостоятельному изучению, я указываю вам на статьи о неравенствах Белла и теореме о свободе воли .

Эти два пункта указывают на тот факт, что наблюдения экспериментов, которые мы уже провели над квантовыми системами, несовместимы с рядом вещей, в которые вы хотели бы верить, каждая из которых связана с расплывчатыми смыслами детерминизма.

Короче говоря, неравенства Белла заставляют нас отказаться по крайней мере от одного из следующих представлений о мире:

• Реализм, означающий, что частицам можно присвоить определенное состояние в любой момент времени (также называемое скрытыми переменными).
• Локальность, 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 («призрачное действие на расстоянии»), если вы хотите релятивистскую причинность, вам придется признать, что состояние Вселенной иногда неуверенно. Вы не можете иметь оба.

Теорема о свободе воли говорит нечто очень похожее, и хотя она немного более абстрактна, я думаю, что она обеспечивает более прочную логическую основу для того, что я только что обсуждал.

А теперь вопросы:

Если состояние Вселенной не определено, что означает его детерминированность?
Если бы следствия предшествовали причинам, была бы Вселенная детерминирована?

Определенно, прочитайте первую статью, на которую я дал ссылку , так как она содержит убедительные результаты, которые требуют некоторого времени и навыков для объяснения, но они доступны и будут иметь большое значение, чтобы помочь вам в ваших поисках!

Между прочим, если мы живем в достаточно большой мультивселенной, может случиться так, что все возможные состояния существуют. Результатом является сверхдетерминизм, который выглядит как недетерминизм в пределах локальных областей.

Физика не компетентна дать ответ на этот вопрос, но мы можем подойти к ней разумно и привести доказательства так или иначе.

Физика, которую мы называем «фундаментальной», на данный момент представляет собой общую теорию относительности и квантовую теорию поля, а также их комбинации. Уравнение движения в таких теориях детерминировано. Трудно предложить недетерминированные уравнения движения, не предложив тем самым маловероятные вещи, такие как передача сигналов со скоростью, превышающей скорость света. Итак, эта часть свидетельства указывает на детерминизм.

На недетерминизм указывает теория хаоса в классической физике, нерешенные вопросы, связанные с проблемой квантовых измерений, и третье свойство, к которому я вернусь чуть позже.

В теории хаоса траектории расходятся экспоненциально, но цифры в науке никогда не бывают точными. Это делает спорным вопрос о том, является ли классическая физика действительно детерминистской, потому что идея точного реального числа в физическом мире — своего рода фантазия. Как только появляется предел точности, она может усиливаться этой экспоненциальной чувствительностью и вскоре начинает влиять на макроскопические явления. Итак, в области классической физики детерминизм опирается на степень точности физических величин, которая может быть нефизическим требованием для всего, что мы знаем.

Таким образом, хотя теория хаоса теоретически может быть рассчитана на основе детерминированной модели, она показывает, что крупномасштабное поведение может также согласовываться с недетерминированной моделью, в которой недетерминистическая особенность является крошечной. Отсюда следует, что все эмпирические данные согласуются с любой точкой зрения. Так что неверно говорить, что факты указывают на детерминизм. Доказательства здесь нейтральны.

В квантовой теории проблема измерения не решена. Среди экспертов нет консенсуса, который был бы достаточно широко принят, чтобы утверждать, что проблема решена. Среди способов ее решения можно предложить включение в базовую динамику стохастической составляющей. Некоторые аспекты изучения черных дыр намекают на это, но вопрос остается открытым.

До сих пор я написал достаточно, чтобы показать, что мы не знаем, является ли физическое поведение детерминированным. Теперь я выдвину то, что я считаю убедительным доказательством того, что это не так. Это поведение наших человеческих тел и мозга позволяет нам быть разумными, то есть участвовать в аргументированных рассуждениях и приходить к пониманию математики и других вещей на основе их разумности. Если бы наш мозг был полностью детерминирован, мы бы думали о том, что делаем, потому что так диктует движение наших атомов. Трудно понять, при чем здесь разумность. Это не какое-то доказательство, а предположение, что на наши мыслительные процессы может влиять что-то иное, чем простое сочетание детерминизма и случайности. Если это так, то основная физика мира поддерживает это. Это говорит о том, что мир не детерминирован. Для меня это разумный вывод, и именно его я делаю.

Обратите внимание, речь не идет о добавлении какого-то таинственного дополнительного измерения или поля или чего-то подобного. Нужно просто признать, что мы не поняли мир полностью, и более полное понимание, вероятно, покажет нам, что такие знакомые вещи, как электроны и кварки, следуют закономерностям, столь же тонко, но глубоко отличными от квантовой теории, как квантовая теория отличается от классической теории.

Я должен добавить, что связь между свободой воли и способностью понимать не является той, которую принимают все философы, но это философски респектабельная позиция. Роджер Пенроуз, среди прочих, поддержал ее посредством подробного изложения, которое можно найти, если я правильно помню, в его книге « Тени разума» (это не зависит от того, что он или кто-либо другой может думать о коллапсе волновой функции).

Ну, я бы согласился с некоторыми, кто говорит, что «никто на самом деле не знает» .

Весь вопрос о полностью детерминированной вселенной имеет и другие коннотации.

Однако я дам еще один ответ здесь.

я буду использовать термодинамические рассуждения и новый взгляд на случайность и бессмысленность (некоторое время назад у меня был пост в блоге именно об этой проблеме, блог закрыт, но я дам здесь краткое изложение).

Для тех, кто хочет увидеть оригинальный пост, я также разместил его в комментарии на aleadeum.com.

Резюме:

Если каждое следствие полностью обусловлено своей причиной (без каких-либо вариаций или мутаций), то время может вернуться вспять. Вам трудно это понять? Просто подумайте о разбитом зеркале. Если бы акт бросания зеркала на землю мог объяснить весь эффект разбитого зеркала, тогда была бы ТАКАЯ ЖЕ вероятность того, что осколки могут вспомнить (в какой-то другой момент) и вернуться вместе в руку. Это не происходит таким образом. Это означает, что имела место некоторая вариация, выходящая за рамки причины (или причин), которая к ней привела. Другими словами, конечно, есть причины и следствия, которые ими порождены, но не полностью обусловлены. По мере того, как генерируется такая новая информация, которая приобретает смысл (поскольку она связана с остальной частью системы, апостериорно). Таким образом, это синтезирует возражение наивного детерминиста вместе с истинной случайностью. Ответ заключается в том, что случайность — это еще одна грань уникальности, и в этом смысл истинной случайности. Итак, подытоживая, имеем следующее:

СЛУЧАЙНОСТЬ = НОВАЯ ИНФОРМАЦИЯ = УНИКАЛЬНОСТЬ

Анализ концепций времени в физике от Галилея до Ньютона, Клаузиуса, Томпсона и Пригожина, а также философские последствия в философии и физике, связанные с приведенным выше аргументом, можно найти здесь «Темпорализация времени, основные тенденции в современных дебатах о Время в философии и науке», Майк Сэндбот .