Deterministisches oder stochastisches Universum?

Dies ist eine wichtige Frage, und um sie zu beantworten, muss man sich mit einigen Feinheiten der Physik befassen.

Die häufigste Antwort, die man finden wird, ist, dass wir dachten, unser Universum sei nach Newtons „klassischer“ Physik deterministisch, so dass LaPlaces Dämon, der den Ort und den Impuls aller Teilchen kennen könnte, das Verhalten des Universums für immer vorhersagen könnte. Aber dass die Entwicklung der Quantenmechanik im frühen 20. Jahrhundert erfordert, dass unser Universum stochastisch ist. Dies war die Ansicht der Begründer der quantenmechanischen Theorie, die sich alle dem Stochasmus verschrieben hatten. Diese Ansicht ist jedoch nicht zu 100 % gültig – es gibt Feinheiten sowohl in der klassischen als auch in der Quantenphysik.

Im Vergleich zur klassischen Physik haben mehrere Physiker in den letzten Jahrzehnten "klassische" Fälle untersucht, die zu stochastischen Lösungen führen. Hier ist eine solche Referenz: https://www.journals.uchicago.edu/doi/full/10.1086/594526?casa_token=jcR7Qn5Ji-cAAAAA:rxtSGXk98L_jfEBttu1Lt2LD3DGjsRXmhk6C_4AcUByNqWdELIjk_3ehV_rhVWe0TM9DbprEJkLjBeachten Sie, dass die Sprache nicht besonders klar ist, aber für jeden Fall, in dem "Eindeutigkeit fehlschlägt" oder "es mehr als eine Lösung gibt", bedeutet dies, dass die klassische Physik mehrere mögliche Ergebnisse für ein Ereignis hat und daher eher stochastisch als deterministisch ist. Dies sind neue Entdeckungen und wurden daher nicht mehreren Jahrzehnten der Kritik unterzogen, aber das verlinkte Papier ist anderthalb Jahrzehnte alt, so dass es eine ganze Menge Zeit für eine Widerlegung gab, bisher ohne Erfolg. Auch dies sind seltene und exotische Fälle, so dass die klassische Physik allein aufgrund dieser Fälle als „größtenteils deterministisch“ bezeichnet werden könnte.

Eine weitere Entdeckung, etwas älter, aber auch neu, war, dass selbst deterministische Modelle unvorhersehbar sein können. Dies wurde zuerst in Wettermodellen entdeckt, wo ein komplexer Wettersimulationscode, der völlig deterministisch war, am Ende radikal andere Vorhersagen lieferte, wenn einer seiner Eingänge auf die 4. Dezimalstelle gerundet wurde. Diese werden heute als chaotische Systeme bezeichnet, und das Wetter gilt als Paradebeispiel für das „deterministische“ Chaos der klassischen Physik in der Natur.

Ein gutes Beispiel für chaotisches Verhalten in einem viel einfacheren System als einem Wettermodell ist diese Illustration des chaotischen Verhaltens von Dreifachpendeln: https://jakevdp.github.io/blog/2017/03/08/triple-pendulum-chaos/ Beachten Sie, dass eine der Überzeugungen, die ich gehört habe, lautet, dass Quanten zwar stochastisch sein mögen, unser Makrouniversum jedoch nicht. Das Dreifachpendel ist ein Beispiel dafür, wo dies nicht der Fall ist, da es sich um ein SO empfindliches System handelt, dass Variationen der Ordnung der Heisenbergschen Unschärferelation im Anfangszustand schnell zu der Art von Chaos führen, das dieses Video veranschaulicht. IE -- Chaosphänomene im Makromaßstab führen dazu, dass Quantenstochasmen in den Makromaßstab bluten.

Wenn die Wichtigkeit eines dreifachen Pendelbeispiels nicht für jeden völlig offensichtlich ist – im Grunde haben alle physischen Strukturen Schwingungsmodi – im Grunde analog zu einem Pendelzyklus. Und diese Moden überlagern sich gegenseitig und ändern möglicherweise die Position eines Oberflächenpunkts zu einem bestimmten Zeitpunkt, ganz ähnlich wie der Punkt der drei Pendel von der Phase aller drei abhängt. Diese Schwingungen haben eine viel kleinere Amplitude als eine Pendelschwingung, aber die Oberflächenposition aller Festkörper unterliegt dieser Art von schwingungsabhängigem Chaos. Irgendein Aufprall zwischen zwei Objekten in Makrogröße erfolgt daher nicht zu einem vorhersagbaren Zeitpunkt, sondern ist stochastisch – basierend auf der augenblicklichen Position jeder Oberfläche. Dies führt zu einer gewissen intrinsischen Variabilität der Aufprallzeit und auch der resultierenden Aufprallrichtungen zwischen den beiden Objekten.

Einer der Wege, auf dem Denker versucht haben, Chaos mit Kausalität in Einklang zu bringen, besteht darin, zu akzeptieren, dass eine Form der Kausalität eine begrenzte Hülle sein kann, wie der Bewegungsbereich eines vibrierenden Festkörpers oder eines dreifachen Pendels – plus eine statistische Wahrscheinlichkeit darin Umschlag. Dieser Ansatz funktioniert auch für QM.

Während die Begründer der Quantentheorie den Stochasmus angenommen haben, haben dies nicht alle ihre Kollegen getan. Und während der Stochasmus einer der Hauptgründe für Versuche war, die Quantentheorie neu zu interpretieren, war er nicht das einzige philosophische Anliegen, das ihre Kollegen dazu motiviert hat, zu versuchen, die Quantenmechanik neu zu gestalten. Die Bemühungen um eine Neufassung der Quantentheorie haben zu einer Vermehrung von „Interpretationen“ geführt. Das ursprünglich rein stochastische Verständnis der Quantenmechanik bleibt das vorherrschende (es wird jetzt als Coopenhagen-Interpretation bezeichnet), aber der Stochasmus der QM wurde zumindest unter Physikern diskutiert.

Die beiden Schlüsselbeine des Stochasmus waren Heisenbergs Unbestimmtheitsprinzip, das anmerkt, dass man das Produkt von Termpaaren nicht mit weniger als einem bestimmten Unschärfegehalt entdecken kann. Das deutlichste Produkt, um dies zu veranschaulichen, ist Zeit und Momentum. 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 Wenn wir weder die Anfangs- noch die Endzustände einer Systemfähigkeit genau kennen können, stellt das keine Frage , aber Heisenberg dachte, das gesamte Konzept der Kausalität sei jetzt verdächtig.

Das andere Bein war die Quantenmechanik – dass das Verhalten von Elementarteilchen wie Wellen ist, die zu Wechselwirkungszwecken an stochastischen Orten innerhalb des Wellenfelds in Teilchen zerfallen. Einer der klareren Aspekte der Quantenmechanik ist, dass der Zerfall eines einzelnen radioaktiven Atoms nicht zu einem vorhersehbaren Zeitpunkt, sondern zufällig auf der Grundlage seiner „Halbwertszeit“ auftritt. Die Entwickler von QM haben erkannt, dass dies nicht nur eine Verletzung des Determinismus, sondern auch des normalen Verständnisses von Kausalität ist.

Eines der anderen Merkmale von QM ist, dass es auch die Relativitätstheorie oder den bewusstseinsunabhängigen Realismus unserer Welt zu verletzen scheint. Bells Ungleichheit hat einen Testfall zwischen lokalem Realismus und den Vorhersagen von QM dargestellt, und die bisherigen Tests haben gezeigt, dass die Verletzungen des lokalen Realismus durch QM bestätigt werden, wie unsere Welt funktioniert: https://www.quantiki.org/wiki/bells-theorem

Einstein war einer der führenden Köpfe bei den Bemühungen, die stochastische Natur von QM in Frage zu stellen, aber nicht nur das, sondern auch die lokalen und unwirklichen Aspekte davon. Er postulierte eine Reihe alternativer Interpretationen von QM-Beobachtungen, die Test für Test fehlschlugen. Seine letzte Anstrengung war das Konzept, ob intrinsisch verborgene Variablen niemals beobachtet werden können. Das machte ihm Kummer, denn er schien einen der Schlüsselaspekte der Wissenschaft zu verletzen – die Widerlegbarkeit der eigenen Theorien. Aber Einstein, als guter Wissenschaftler, drängte darauf, seine „Interpretationen“ im Vergleich zu Kopenhagen zu testen. Beachten Sie, dass alternative "Interpretationen" tatsächlich alternative Theorien sind, wenn Tests zwischen ihnen unterscheiden können. Die Bell'schen Ungleichheitstests wurden von dem Versuch inspiriert, diese letzte Theorie der intrinsisch verborgenen Variablen überprüfbar zu machen, und auch sie hat diese Tests nicht bestanden.

Andere „Interpretationen“ versuchen, die Lokalität zu bewahren, indem sie „Unwirklichkeit“ annehmen, dh dass der Beobachter untrennbar mit Quantenereignissen verbunden ist. Eine Liste vieler dieser Interpretationen finden Sie hier; https://en.wikipedia.org/wiki/Interpretations_of_quantum_mechanics Die meisten Befürworter dieser alternativen Interpretationen waren nicht so aggressiv wie Einstein bei dem Versuch, Testfälle zwischen ihnen und Kopenhagen abzuleiten, daher wurden die meisten nicht so klar erkannt wie tatsächlich konkurrierende Theorien.

Die einzigen beiden Alternativen aus dieser Liste, die heute von Physikern maßgeblich unterstützt werden, sind Bohm-DeBroglie und Everett's Many Worlds. Bohm's ist ein Hidden-Variable-Modell mit globalen statt lokalen Hidden-Variablen. Das bedeutet, dass jedes Ereignis von jedem anderen Objekt im Universum beeinflusst wird, unabhängig von der Entfernung und unabhängig von den Lichtgeschwindigkeitsgrenzen. Bohm opferte die Kompatibilität mit der Allgemeinen Relativitätstheorie zugunsten des Komforts eines deterministischen Modells. Es ist inzwischen ziemlich weithin anerkannt worden, dass Bohms Theorie sich von QM unterscheidet, und sie wird jetzt oft als Bohmsche Mechanik bezeichnet. Die Ergebnisse der bisherigen Testfälle tendierten stark gegen Bohm und zugunsten von Kopenhagen; http://settheory.net/Bohm https://www.physicsforums.com/threads/back-pedaling-on-bohm.905194/. Bohm – wurde noch nicht allgemein als widerlegt angesehen – aber diese Beobachtungen und Testfälle haben den Enthusiasmus für Bohms Theorie drastisch gedämpft.

Viele Welten postulieren, dass für jedes Quantenereignis alle möglichen Ergebnisse eintreten und das Universum sich aufspaltet, um für jedes mögliche Ergebnis alternative, nicht interagierende Universen zu schaffen. Laut Wiki-Seite und vielen Befürwortern wird Many Worlds als „deterministische“ Theorie bezeichnet. Dies scheint aber nicht der Fall zu sein. Für jeden Beobachter gibt es für jedes Ereignis nur ein Ergebnis, und dieses Ergebnis ist nicht deterministisch, sondern stochastisch. Zu postulieren, dass andere Beobachter existieren und dass alle möglichen Ergebnisse zwischen der theoretischen Sammlung von allen beobachtet werden – lässt jeden von ihnen immer noch einen einzelnen Beobachter, der ein stochastisches Ereignis erlebt. gemäß dem für die klassische Physik festgelegten Standard für Determinismus -- LaPlaces Dämon könnte weder den aktuellen Zustand des Universums kennen (er wäre immer noch durch das Heisenberg-Unsicherheitsprinzip begrenzt), Es konnte auch nicht das Ergebnis einer Messung vorhersagen (in Anlehnung an Earmans Sprache in Bezug auf die klassische Physik: "Es gibt keine singuläre Lösung"). "Alles oben" ist nicht wirklich Determinismus. Außerdem – das Postulieren überschüssiger Universen, die im Prinzip nicht nachweisbar sind – ist eine Verletzung der wissenschaftlichen Grundlagen, für die Einstein berechtigten Kummer hatte.

Darüber hinaus verzichtet Many Worlds aus pragmatischer kausaler Sicht ausdrücklich auf die Kausalität und kann nicht einmal den Hüllkurven-/Wahrscheinlichkeitsansatz übernehmen, der plausibel Chaosereignisse umfassen kann. Dies liegt daran, dass die Wahrscheinlichkeit zwischen den Welten zu einem unsinnigen Konzept wird – sie alle existieren, und es gibt kein „Bandbreiten“-Merkmal für diese verschiedenen Universen, um die „Frequenz“ zu unterscheiden. Persönlich ausgedrückt könnte ich in den nächsten 20 Minuten diesen Eintrag vervollständigen und posten, das Projekt aufgeben und stattdessen Videospiele spielen oder nebenan gehen und die Nachbarfamilie ermorden. Alle sind möglich, keines ist mehr "verursacht als das andere, und jedes tritt in IRGENDEINER Welt pro MW "Interpretation" auf. Eine solch radikale Eliminierung des Konzepts der Kausalität ist nicht das, wonach die meisten Deterministen suchen,

Auf jeden Fall scheint Bohm denselben Weg der Widerlegung einzuschlagen, den Einsteins Theorien über verborgene Variablen verfolgten, und MW ist nicht wirklich ein deterministisches Modell. Quantenmechanik wird vernünftigerweise als Widerlegung des Determinismus in der Physik verstanden. Dies, kombiniert mit dem Indeterminismus in der klassischen Physik und der intrinsischen Unvorhersagbarkeit des Chaosphänomens (und dem tatsächlichen Indeterminismus, wenn man Heisenbergs Unsicherheit einbezieht), führt zu einer endgültigen Antwort – die Physik ist nicht determiniert.

In einem deterministischen Universum passiert nichts zufällig oder nach Belieben. Ein deterministisches Universum konnte nicht absichtlich geschaffen werden, noch konnte es sich unbeabsichtigt durch zufällige Schwankungen oder probabilistische Unbestimmtheit entwickelt haben.

Ein deterministisches Universum ist eine logische Unmöglichkeit. Der Determinismus schließt beide Methoden zur Bestimmung des Inhalts eines Universums aus.

Es gibt also drei Modelle der Quantenmechanik, die den Determinismus aufrechterhalten: nichtlokale verborgene Variablen; Superdeterminismus; und Determinismus über viele Welten hinweg. Diese werden durch die Verletzung der Bell-Ungleichung eingeschränkt.

Dies liegt daran, dass die Sensitivität gegenüber einheitlichen Bedingungen, die zugrunde liegende Eigenschaft chaotischer Systeme (z. B. wenn mehr als zwei Oszillatoren interagieren), bedeutet, dass im Prinzip jede Quantenmessung für ein anderes Ergebnis aus ansonsten gleichen Anfangsbedingungen ausreichen könnte.

So. Nicht-lokale versteckte Variablen sind problematisch, weil sie gegen Occams Verbot der Multiplikation von Entitäten verstoßen, eine versteckte unsichtbare Ordnungsschicht ist erforderlich, die nicht falsifizierbar zu sein scheint. Der Superdeterminismus ist problematisch, weil er aus dem Inneren des Systems unvorhersehbar wäre, und damit er verifizierbar ist, muss impliziert werden, dass Sie aus dem System heraustreten könnten, um zu sehen, wie deterministisch er ist und diesen Determinismus verletzt - also ist er wieder nicht falsifizierbar. Viele Welten (auch relative Zustandsinterpretation genannt) ist wahrscheinlich die beliebteste Interpretation der Quantenmechanik unter Physikern, sie ordnet die Zufälligkeit dem Zweig des Systems zu, in dem wir uns befinden, und das System entwickelt sich durch alle möglichen Zweige in einem höherdimensionalen Hilbert-Raum . Es scheint möglich, dass es eine grundlegende Grenze für die Informationen pro Raumzeiteinheit gibt, die mit der Planck-Länge und -Zeit verknüpft ist, was helfen würde, das Verhalten von Schwarzen Löchern zu erklären. Dies scheint die Gesamtzahl der Pfade, die ein System durchlaufen kann, einzuschränken, aber es ist eine extrem hohe Zahl.

Es gibt noch eine andere Möglichkeit. Die Interpretationen der Quantenmechanik hängen von Beobachter und Beobachtetem ab, viele Welten stellen Zustände als relativ dar, ein Quantensystem beobachtet ein anderes. Die It-From-Bit-Doktrin legt nahe, dass Materie nicht grundlegend ist, sondern Information. Emergente Eigenschaften sind selbststabilisierende Systeme, wie Leben und Geist. Ich sehe diese Stücke als Hinweis auf einen materialistisch-physikalistischen Panpsychismus, dass das Universum auf einer tiefen Ebene das Ergebnis seiner eigenen Erforschung seiner selbst ist, indem es seinen eigenen Mangel an Wissen über sich selbst ausnutzt, um zu bestimmen, wie es sein soll, indem es diese Indeterminismen verstärkt ein Weg, der sich selbst stabilisiert, wie ein Geist. Wie Indras Netz . Aber wirklich nur eine Vermutung.

Ich habe neulich über Willensfreiheit gesprochen, und das macht die Idee vielleicht klarer: Willensfreiheit aus der Perspektive eines selbstbewussten Wesens; unfreier Wille aus der Perspektive des Universums. Nur, das Universum hat keine Perspektive, es gibt tatsächlich nur Intersubjektivität, keine universelle transzendentale Perspektive, nur relative lokale. Der Geist wäre dann die Grundschicht des Seins, und Welt und Körperlichkeit entstehen daraus, werden aber daran gehindert, willkürlich und rein subjektiv zu sein, indem sie mit und in einem gemeinsamen intersubjektiven mentalen Raum entstehen. Entstehen an der „Tür“ (Sinnestor) zwischen Geist und Welt. Es ist eine logische Fortsetzung der Intersubjektivität des privaten Spracharguments. Um es auf den Punkt zu bringen, wir haben freien Willen aus demselben Grund, aus dem wir Identität haben, „Ich“-Sein, oder dass Fiat-Währung existiert: Wir haben eine Konvention und tun so, als ob sie real wäre, indem wir eine Welt erschaffen, in der sie existiert. Sie können sagen, dass Geld nicht real ist, und ich verweise auf Observables in der Welt, die dies besagen – aber die Art und Weise, wie es real ist, ist nicht wie Atome, es ist wie die Kategorie „Dinge, auf denen Sie sitzen können“. Relativ, aber sozial. Siehe auchPeer-to-Peer-Simulationshypothese