Ist das Universum grundsätzlich deterministisch?

Sie haben Recht; Die Schrödinger-Gleichung induziert eine einheitliche Zeitentwicklung und ist deterministisch. Indeterminismus in der Quantenmechanik wird durch eine andere "Evolution" gegeben, die die Wellenfunktion erfahren kann: der Kollaps der Wellenfunktion. Dies ist die Quelle des Indeterminismus in der Quantenmechanik und ein Mechanismus, der auf grundlegender Ebene noch nicht gut verstanden ist (dies wird oft als "Messproblem" bezeichnet).

Wenn Sie ein Buch wollen, das über diese Art von Problemen spricht, empfehle ich Ihnen „Decoherence and the Appearance of a Classical World in Quantum Theory“ von Joos, Zeh et al; es ist ein gutes Buch zu diesem und anderen modernen Themen der Quantenmechanik. Es ist mit einigem Aufwand verständlich, vorausgesetzt, Sie wissen grundlegende Dinge über Hilbert-Räume und die grundlegenden mathematischen Werkzeuge von QM.

Die einfache Antwort lautet: „Niemand weiß es“. Die Schrödinger-Gleichung ist nur eine Gleichung, die der alte Erwin zusammengewürfelt hat und die zufällig zu den experimentellen Daten passt. Es stimmt nicht einmal mit der Relativitätstheorie überein (zweite Ableitung des Raums, aber nur erste der Zeit), so dass eindeutig etwas damit nicht stimmt. Es funktioniert einfach sehr gut für die Technik.

Ich habe noch nie von einer nicht deterministischen Theorie in der Physik gehört, klassische Physik ist, Quantentheorie ist (wenn ich die Wellenfunktion des Universums nehme, ist seine Entwicklung deterministisch), allgemeine Relativitätstheorie ist ...

Und was den Kollaps der Wellenfunktion betrifft, bedeutet dies, dass etwas nicht gut verstandenes passiert, wenn ein System mit einem anderen interagiert, das viel mehr Freiheitsgrade besitzt, es bedeutet nicht, dass etwas nicht deterministisches passiert.

Andernfalls wäre die Quantenmechanik widersprüchlich: Wenn ich die Wellenfunktion des Systems {System, das ich messen möchte + Rest des Universums} nehme und Schrödinger verwende, wird die Evolution deterministisch sein, wenn ich nur das Subsystem {System, das ich messen möchte, nehme } und den Zusammenbruch der Wellenfunktion verwenden, würde die Evolution undeterministisch erscheinen.

"Können Sie das Ergebnis beispielsweise einer Energiemessung eines Zwei-Niveau-Systems mit Sicherheit vorhersagen?"

Wenn ich die Anfangswellenfunktion des Universums wüsste und dank Schrödinger ihre Entwicklung berechnen könnte, würde ich es tun.

"Können Sie abschließend bitte den letzten Teil Ihrer Antwort erläutern? Ich sehe nicht, wie QM widersprüchlich wäre."

Wenn ich sage "Der Kollaps der Wellenfunktion bedeutet, dass die Quantentheorie nicht deterministisch ist", würde dies im Widerspruch zu der Tatsache stehen, dass ich Schrödinger auf das gesamte System anwenden kann, anstatt das Kollapsaxiom zu verwenden und eine deterministische Evolution zu finden.

Um die anderen Antworten zu ergänzen und zu mehr Selbststudium zu führen, verweise ich Sie auf Artikel über die Ungleichungen von Bell und das Theorem des freien Willens .

Diese beiden weisen darauf hin, dass die Beobachtungen von Experimenten, die wir bereits an Quantensystemen gemacht haben, mit einer Reihe von Dingen, die Sie gerne glauben möchten, nicht vereinbar sind, von denen jedes mit den vagen Bedeutungen des Determinismus zusammenhängt.

Kurz gesagt, Bells Ungleichungen zwingen uns dazu, mindestens eine der folgenden Aussagen von Weltanschauungen aufzugeben:

• Realismus, was bedeutet, dass Partikeln jederzeit ein bestimmter Zustand zugewiesen werden kann (auch versteckte Variablen genannt).
• Lokalität, was bedeutet, dass sich Informationen mit maximaler Geschwindigkeit ausbreiten (relativistische Kausalität).

Wenn Sie also wollen, dass das Universum zu jedem Zeitpunkt einen bestimmten Zustand hat, müssen Sie superluminale Effekte ("spukhafte Fernwirkung") akzeptieren, wenn Sie relativistische Kausalität wollen, müssen Sie diesen Zustand des Universums akzeptieren ist manchmal ungewiss. Du kannst nicht beides haben.

Das Theorem der Willensfreiheit sagt etwas ganz Ähnliches aus, und obwohl es etwas abstrakter ist, denke ich, dass es eine stärkere logische Grundlage für das bietet, was ich gerade besprochen habe.

Und jetzt die Fragen:

Wenn der Zustand des Universums nicht definiert ist, was bedeutet es, dass es deterministisch ist?
Wenn Wirkungen Ursachen vorausgehen würden, wäre das Universum dann deterministisch?

Lesen Sie auf jeden Fall den ersten Artikel, den ich verlinkt habe , da er felsenfeste Ergebnisse enthält, die einige Zeit und Geschick erfordern, um erklärt zu werden, aber zugänglich sind und Ihnen bei Ihrer Suche sehr helfen werden!

Nebenbei bemerkt, wenn wir in einem ausreichend großen Multiversum leben, kann es sein, dass jeder mögliche Zustand existiert. Das Ergebnis ist ein Superdeterminismus, der innerhalb lokaler Bereiche wie Nichtdeterminismus aussieht.

Die Physik ist nicht in der Lage, eine Antwort auf diese Frage zu geben, aber wir können sie auf vernünftige Weise angehen und auf die eine oder andere Weise auf Beweise hinweisen.

Die Physik, die wir „fundamental“ nennen, ist im Moment die allgemeine Relativitätstheorie und die Quantenfeldtheorie und Kombinationen davon. Die Bewegungsgleichung in solchen Theorien ist deterministisch. Es ist schwierig, nicht-deterministische Bewegungsgleichungen vorzuschlagen, ohne dabei unwahrscheinliche Dinge vorzuschlagen, wie zum Beispiel schneller-als-Licht-Signalisierung. Dieser Teil der Beweise weist also auf Determinismus hin.

Nichtdeterminismus wird durch die Chaostheorie in der klassischen Physik, durch die ungelösten Fragen rund um das Problem der Quantenmessung und durch eine dritte Eigenschaft angezeigt, auf die ich gleich noch eingehen werde.

In der Chaostheorie divergieren Bahnen exponentiell, aber Zahlen in der Wissenschaft sind nie genau. Dies macht es fraglich, ob die klassische Physik wirklich deterministisch ist oder nicht, denn die Idee einer exakten reellen Zahl in der physikalischen Welt ist eine Art Fantasie. Sobald der Präzision eine Grenze gesetzt ist, kann sie durch diese exponentielle Empfindlichkeit verstärkt werden und bald makroskopische Phänomene beeinflussen. Im Bereich der klassischen Physik beruht der Determinismus also auf einem Grad an Präzision in den physikalischen Größen, der für alles, was wir wissen, eine unphysikalische Voraussetzung sein kann.

Obwohl die Chaostheorie theoretisch auf einem deterministischen Modell berechnet werden kann, zeigt sie, dass das Verhalten im großen Maßstab auch mit einem nicht deterministischen Modell übereinstimmen kann, in dem das nicht deterministische Merkmal winzig ist. Daraus folgt, dass alle empirischen Beweise mit beiden Ansichten übereinstimmen. Es ist also nicht wahr zu sagen, dass die Beweise auf Determinismus hindeuten. Die Beweise hier sind neutral.

In der Quantentheorie ist das Messproblem ungelöst. Unter Experten gibt es keinen Konsens, der weit genug akzeptiert ist, um den Anspruch zu rechtfertigen, dass das Problem gelöst ist. Unter den Möglichkeiten, es zu lösen, kann man vorschlagen, dass die grundlegende Dynamik einen stochastischen Bestandteil hat. Einige Aspekte der Untersuchung von Schwarzen Löchern deuten darauf hin, aber es ist eine offene Frage.

Bisher habe ich genug geschrieben, um zu zeigen, dass wir nicht wissen, ob physikalisches Verhalten deterministisch ist. Jetzt werde ich vorbringen, was meiner Meinung nach starke Beweise dafür sind, dass dies nicht der Fall ist. Dies ist das Verhalten unseres menschlichen Körpers und Gehirns, das es uns ermöglicht, vernünftig zu sein – das heißt, uns auf vernünftige Argumente einzulassen und Mathematik und andere Dinge auf der Grundlage ihrer Vernunft zu verstehen. Wenn unser Gehirn völlig deterministisch wäre, würden wir die Dinge denken, die wir tun, weil die Bewegungen unserer Atome es so diktierten. Es ist schwer zu erkennen, was Vernunft damit zu tun haben sollte. Dies ist kein Beweis, aber es ist ein Hinweis darauf, dass unsere Denkprozesse durch etwas anderes als eine Kombination aus bloßem Determinismus und Zufall beeinflusst werden können. Wenn ja, dann ist die grundlegende Physik der Welt von einer Art, die dies unterstützen würde. Dies deutet darauf hin, dass die Welt nicht deterministisch ist. Das ist für mich eine vernünftige Schlussfolgerung, und die ziehe ich auch.

Beachten Sie, dass es hier nicht darum geht, mysteriöse zusätzliche Dimensionen oder Felder oder ähnliches hinzuzufügen. Es bedeutet einfach zuzugeben, dass wir die Welt nicht vollständig verstanden haben, und ein vollständigeres Verständnis wird uns wahrscheinlich zeigen, dass so vertraute Dinge wie Elektronen und Quarks Mustern folgen, die sich von der Quantentheorie so subtil und doch grundlegend unterscheiden wie die Quantentheorie von der klassischen Theorie.

Der Zusammenhang zwischen Willensfreiheit und Verstehensfähigkeit ist zwar nicht von allen Philosophen akzeptiert, aber eine philosophisch respektable Position. Unter anderem Roger Penrose hat dies durch eine sorgfältige Darstellung unterstützt, die, wenn ich mich recht erinnere, in seinem Buch Shadows of the Mind zu finden ist (dies ist unabhängig davon, was er oder irgendjemand sonst über den Kollaps der Wellenfunktion denken mag).

Nun, ich würde einigen zustimmen, die sagen, "niemand weiß es wirklich" .

Die ganze Frage nach einem vollständig deterministischen Universum hat andere Konnotationen.

Allerdings werde ich hier eine andere Antwort werfen.

Ich werde thermodynamisches Denken verwenden und einen neuen Blick auf Zufälligkeit und Bedeutungslosigkeit werfen (ich hatte vor einiger Zeit einen Blogbeitrag zu genau diesem Thema, der Blog ist geschlossen, aber ich werde hier eine Zusammenfassung geben).

Für alle, die den Originalbeitrag sehen möchten, habe ich ihn auch in einem Kommentar auf aleadeum.com veröffentlicht

Zusammenfassung:

Wenn jede Wirkung vollständig durch ihre Ursache bedingt ist (ohne jegliche Variation oder Mutation), könnte die Zeit zurückgehen. Finden Sie das schwer zu verstehen? Denken Sie nur an einen zerbrochenen Spiegel. Wenn der Akt des Werfens des Spiegels auf den Boden die gesamte Wirkung des zerbrochenen Spiegels erklären könnte, dann hätte es die GLEICHE Wahrscheinlichkeit, dass sich die Teile (zu einem anderen Zeitpunkt) erinnern und wieder zusammen zur Hand kommen könnten. Dies geschieht auf diese Weise nicht. Dies bedeutet, dass eine Variation stattgefunden hat, die außerhalb des Bereichs der Ursache (oder Ursachen) liegt, die dazu geführt haben. Mit anderen Worten, natürlich gibt es Ursachen und Wirkungen, die von ihnen erzeugt, aber nicht vollständig bedingt sind. Als solche werden neue Informationen generiert, die Bedeutung erlangen (da sie a-posteriori mit dem Rest des Systems verbunden sind). Dies synthetisiert also den Einwand des naiven Deterministen zusammen mit echter Zufälligkeit. Die Antwort ist, dass Zufälligkeit eine weitere Facette der Einzigartigkeit ist, und dies ist die Bedeutung echter Zufälligkeit. Zusammenfassend haben wir also Folgendes:

ZUFÄLLIGKEIT = NEUE INFORMATION = EINZIGARTIGKEIT

Eine Analyse der Zeitkonzepte in der Physik von Galileo über Newton bis hin zu Clausius, Thompson und Prigogine samt den philosophischen Implikationen in Philosophie und Physik, die sich auf die obige Argumentation bezieht, findet sich hier „The Temporization of Time, Basic Tendencies in Modern Debate“. Zeit in Philosophie und Wissenschaft“, Mike Sandbothe .