Ist das Universum rückblickend deterministisch?

Jemand hat mir einmal gesagt, wenn wir theoretisch die Position und Bewegung aller Teilchen im Universum kennen könnten, könnten wir diese Daten verwenden, um die Zeit rückwärts laufen zu lassen und alles zu berechnen, was vorher passiert ist. Das bedeutet, dass der aktuelle Zustand des Universums effektiv die gesamte Geschichte verschlüsselt.

Ist diese Theorie vernünftig?

Ich habe zwei Hauptanliegen, daher wäre es großartig, wenn Sie diese in Ihrer Antwort ansprechen könnten:

  • Aufgrund von Entropie gehen Informationen im Laufe der Zeit verloren. Ich glaube, das bedeutet, dass derselbe Zustand durch zwei verschiedene Geschichten erreicht werden könnte. (Wenn beispielsweise ein Glas Wasser still oder gefroren ist, wissen wir nicht, ob es vor 100 Jahren oder vor 10.000 Jahren eingegossen wurde.) Wenn das stimmt, sehe ich nicht, wie wir die Geschichte allein anhand des Zustands bestimmen könnten .

  • Aus A Brief History of Time (Stephen Hawking) hatte ich den Eindruck, dass die Zeit symmetrisch war: Sie verhielt sich gleich, egal in welche Richtung sie lief. Wenn also das Universum deterministisch vorwärts geht, würde das auch bedeuten, dass es deterministisch rückwärts geht. Hatte Hawking Recht mit der Zeitsymmetrie oder habe ich ihn nur falsch verstanden?

Ich würde eher Stephen Hawking glauben als dem namenlosen "jemand" ... Ihre 2 Einwände scheinen die "Theorie" angemessen zu beseitigen. Was gibt es noch zu sagen?
Meine Meinung ist, dass, wenn es physikalisch nicht möglich ist, etwas zu tun, in diesem Fall die Bewegungen und Positionen den ganzen Weg zurück zu verfolgen, dies eine philosophische Frage ist, keine physikalische. Wir wissen nicht genau, ob das Universum in der Vergangenheit deterministisch war, da wir nur einen kleinen Teil davon sehen können (oder was wir glauben, ist ein kleiner Teil, wir wissen es einfach nicht :)
Das Universum ist nicht deterministisch "voranschreitend": Sie können das Ergebnis einer Messung in der Quantenmechanik nicht vorhersagen. Dies wird auf der von Ihnen verlinkten PSE-Seite besprochen.
Lesen Sie dies, basierend auf Retrokausalität und bezogen auf Ihre Frage: bbc.com/earth/story/…
Die Zeit ist nicht symmetrisch. Zeit ist das, was die Uhr anzeigt, und eine monoton steigende Reihe von Zeitwerten ist nicht dasselbe wie eine monoton fallende. Das Universum ist deterministisch in dem Sinne, dass man seine Dynamik lokal umkehren kann, aber dies erstreckt sich nicht auf die globale Lösung. Was Ihnen gesagt wurde, dass Sie die Zukunft aus der Gegenwart vorhersagen können, ist falsch, selbst in der klassischen Physik (siehe Nicht-Integrierbarkeit) und noch mehr in der Quantenmechanik. Den letzten Deckel darauf setzt die Relativitätstheorie: Man kann ausgehende masselose Wellen niemals „einfangen“, sie gehen unwiderruflich verloren.
Yup, du bist auf einige tiefe Sachen gestoßen. Der richtige Suchbegriff ist "Zeitpfeil", und Sie können viele gute Diskussionen in anderen Fragen sehen. Die Frage ist ein ganzes Stück tiefer, als einige der obigen Kommentare vermuten lassen.

Antworten (3)

Zwei Dinge, an die man denken sollte. Ist die Physik (dh die Beschreibung, die wir vom Universum verstehen) deterministisch und dann zeitsymmetrisch? Die Antwort auf die erste lautet ja, die zweite nein. Diese Antwort behandelt beides, weil sie intrinsisch mit der Frage verbunden sind, ob sich das Universum wieder zu demselben entwickeln würde, wenn wir die Zeit umkehren würden. Wenn es zeitsymmetrisch, aber nicht deterministisch wäre, würde nichts jemals wieder auf das Gleiche zurückgehen.

Dies deckt alles ab, wenn auch einiges davon zusammenfassend. Aber ich versuche, dies mit Hilfe der Physik zu beschreiben und zu beantworten und zu identifizieren, was möglicherweise nicht bekannte oder akzeptierte Physik ist. Es gibt viel gute Physik zu behandeln.

Die grundlegende Antwort scheint zu sein, dass es deterministisch ist (auf eine seltsame, aber gut verstandene Weise sogar in der Quantenphysik), aber nicht zeitsymmetrisch (sowohl mikroskopisch als auch makroskopisch).

An seinen Grundlagen ist das Universum deterministisch, obwohl das in der Praxis eine andere Frage ist. Die Frage, ob das Universum deterministisch ist, wurde 2013 gestellt und hatte eine Reihe von Antworten, siehe Ist das Universum grundsätzlich deterministisch?

Die Antwort, die sich daraus ergibt, und die durch die bekannte Physik gestützt wird, ist, dass sie im Grunde deterministisch ist, wenn wir der derzeit bekanntesten Physik glauben, dem Standardmodell und der Allgemeinen Relativitätstheorie (GR). Das ist auf mikroskopischer Ebene plus Relativitätstheorie. Es ignoriert die Möglichkeit, dass unbekannte Physik wie die Quantengravitation etwas anderes sagen würde, da wir noch keine Theorie für die Quantengravitation haben. Offensichtlich ignoriert es auch, was bei viel höheren Energien gefunden werden kann, als wir in der Lage waren, Dinge zu messen, in dem, was man „Jenseits des Standardmodells“ nennen würde. Außerdem kann GR geschlossene zeitähnliche Kurven (CTC) zulassen, was auch einen Zusammenbruch der Kausalität implizieren würde (was in der uns bekannten Physik nichts schnelleres als Licht erfordert). Aus Kausalitätsgründen halten die meisten Physiker CRCs für nicht möglich, außer in Regionen, die durch Ereignishorizonte von uns getrennt sind, wie z. B. in Schwarzen Löchern, damit wir nicht betroffen wären. Es gibt einige seltsame GR-Lösungen, die CRCs zulassen, aber sie scheinen physikalisch nicht möglich zu sein. Das bleibt eine Kontroverse. Dies ist keine Philosophie, es ist reine Physik, und mit dieser möglichen Ausnahme ist das Universum kausal und deterministisch (ich weiß, eine Ausnahme ist eine Ausnahme, wir wissen nur noch nichts darüber).

Es gibt einen weiteren Faktor, der berücksichtigt werden muss, und zwei Punkte, die erklärt werden müssen. Berücksichtigen Sie zuerst Entropie und Thermodynamik, dann den Kollaps der Wellenfunktion und das Messproblem. Beide sind noch etwas umstritten, aber es zeichnet sich ein gewisser Halbkonsens ab. Das sind die nächsten beiden Absätze. Das dritte ist einfach ein Missverständnis von Laien, dass die Quantenphysik nicht klassisch deterministisch ist, dh die Unschärferelation. Auch das ist erklärbar und Physiker stimmen darin überein, dass die Quantenphysik deterministisch ist, zB die Schrödinger, Dirac und alle anderen Quantenphysiken (in der Quantenmechanik und in Quantenfeldtheorien) sagen alle die Quantenphysik voraus, die wir sehen; Der einfachste Weg, dies zu erkennen, besteht darin, zu verstehen, dass die Wellenfunktion in der QM perfekt vorhersagbar ist. @Bush erklärt unten, dass es nicht darum geht, ob Position oder Impuls vorhersagbar sind, sondern ob die Wellenfunktion (oder andere Quantenäquivalente) deterministisch sind. Sie sind. In der gesamten Quantenphysik kommt das daher, dass alle uns bekannten Evolutionsgleichungen für das Standardmodell einheitlich sind. Das ist der Fachausdruck für Informationen, die konserviert werden. Die Physik des Schwarzen Lochs scheint dem mit dem Horizont zu widersprechen, aber sogar Hawking hat zugestimmt, dass Informationen konserviert werden und die Menschen versuchen, das „Paradoxon“ zu lösen. Siehe Hawkings neueste Beschreibung einfach und den Verweis auf seine June Phys Rev Letters unter s der Fachbegriff für Information bleibt erhalten. Die Physik des Schwarzen Lochs scheint dem mit dem Horizont zu widersprechen, aber sogar Hawking hat zugestimmt, dass Informationen konserviert werden und die Menschen versuchen, das „Paradoxon“ zu lösen. Siehe Hawkings neueste Beschreibung einfach und den Verweis auf seine June Phys Rev Letters unter s der Fachbegriff für Information bleibt erhalten. Die Physik des Schwarzen Lochs scheint dem mit dem Horizont zu widersprechen, aber sogar Hawking hat zugestimmt, dass Informationen konserviert werden und die Menschen versuchen, das „Paradoxon“ zu lösen. Siehe Hawkings neueste Beschreibung einfach und den Verweis auf seine June Phys Rev Letters unterhttp://phys.org/news/2016-06-hawking-team-soft-hair-theory.html

Für Entropie und Thermodynamik ist es einfacher. Das sind einfach statistische makroskopische Beobachtungen, die wir machen müssen, wenn die detaillierte Entwicklung aller Quantenfelder überall im Universum nicht berechnet werden kann. Es ist ein praktischer und intelligenter Weg, mit der Größe umzugehen, aber es ist unser Mangel an Wissen, das wir in der Entropie berechnen, nicht im Universum.

Da der Kollaps der Wellenfunktion nicht einheitlich ist oder gegen die Gesetze der Quantenphysik verstößt, lautet die (nicht von Laien) gut verstandene Antwort, dass, wenn Sie die Entwicklung des Messgeräts einbeziehen, dieser einheitlich ist und es keinen Kollaps gibt, sondern nur Wechselwirkungen, die machen die ursprüngliche Wellenfunktion dekohär. Es scheint zusammenzubrechen, wenn wir es verursacht haben, aber es hat einfach einheitlich mit uns interagiert.

Die Symmetrie, die in der Zeit zurückgeht, kann all das ignorieren und einfach damit beantwortet werden, ob die Quantenphysik zeitsymmetrisch ist, plus die zusätzliche Frage der Anfangsbedingungen im Großen. Über Zeitsymmetrie ist bekannt, dass die Physik keine ist. Die schwache Kraft bricht die Zeitsymmetrie und die CP-Symmetrie. Die CP-Symmetriebrechung ist bekannt, deshalb gibt es nur linkshändige Neutrinos. (Die CP-Symmetrie kann auch sehr, sehr schwach durch die starke Kraft gebrochen werden, es gibt physikalische Beobachtungen, die darauf hindeuten, aber es ist nicht klar, und es wurde nie so gemessen). Es wurde nie festgestellt, dass die CPT-Symmetrie (T ist die Zeitsymmetrie) gebrochen ist. Wenn also CP gebrochen ist, ist es auch T. Es ist kompliziert, aber es scheint so zu sein, und man hofft, dass das Brechen von CP erklärt, warum es mehr Teilchen gibt als Antiteilchen im Universum, immer noch ein ungelöstes Problem.https://en.m.wikipedia.org/wiki/T-symmetry und viele Referenzen dort und anderswo. Die schwache Kraft ist nicht zeitsymmetrisch.

Das letzte Argument ist die Frage, warum entwickeln wir uns vorwärts? Makroskopisch denkt man jetzt, dass es mit den Anfangsbedingungen des Universums und der Entropie zu tun hat. Dass es in einem Zustand niedriger Entropie erschaffen wurde und die mikroskopische Entwicklung zu einem Zustand immer höherer Entropie ist der Grund für die Richtung des Zeitpfeils. Nun, makroskopisch scheint es vernünftig, aber ist das dem Universum oder unserer Wahrnehmung innewohnend? Physikalisch gibt es immer noch Argumente, die hin und her gehen, und es wird manchmal als Philosophie bezeichnet. Der Zeitpfeil existiert in der mikroskopischen Physik in der schwachen Kraft, aber es ist völlig unklar, wie sich das in der makroskopischen Physik und der Entropie manifestiert.

Aber unter Berücksichtigung dessen lautet die Antwort, dass etwas anders wäre, wenn Sie das Universum von dort aus rückwärts laufen lassen würden, wo es sich gerade befindet. Mikroskopisch würde die schwache Kraft-Zeit-Asymmetrie einen Teil der Evolution verändern, und makroskopisch würden die Anfangsbedingungen dazu führen, dass sie zu einer höheren Entropie geht, anstatt zurück zu einer kleinen Entropie.

Darin steckt viel Physik (die physische, reale Auswirkungen hat), aber einige Unbekannte nennen dies Philosophie, und die physische Auswirkungen haben kann oder auch nicht.

Warten Sie, die Physik ist deterministisch? Die Schrödinger-Gleichung ist sicher, aber wie Sie weiter sagen, wer weiß etwas über den Kollaps der Wellenfunktion?
Meine Antwort erklärt es. Es ist einfach die Interaktion mit dem Messgerät. Fügen Sie die Wellenfunktion (ziemlich komplex) der beiden hinzu und es gibt keinen Kollaps. Die Evolution ist immer einheitlich, dh kausal, dh deterministisch.
Aber das ist keine akzeptierte Mainstream-Physik ...
Ja, so ist es. Lesen Sie echte Physik. Ich verstehe die Verwirrung. Einheitlich bedeutet deterministisch auf der Quantenebene. Die Unbestimmtheit entsteht, wenn man versucht, klassische Parameter wie Position und Geschwindigkeit zu bestimmen. Die Wellenfunktion ist die grundlegende Physik und entwickelt sich aus der deterministischen Quantenphysik. Die Unbestimmtheit versucht, klassische Größen vorherzusagen, die von der Quantenphysik probabilistisch sind. Das kommt gemäß der Quantentheorie von der wellen- oder feldartigen Natur der Realität. Ich werde heute etwas später eine Referenz posten, wenn ich mehr Zeit habe.
Dazu gibt es viele Schriften und Abhandlungen. Das Verständnis wurde durch die ganze Idee der Dekohärenz in Wechselwirkungen mit der Umwelt geschärft. Wenn Sie das System betrachten, ohne zu berücksichtigen, dass es mit der Umgebung interagiert, sieht es so aus, als würde es die Kohärenz verlieren, dh es wird ein gemischter Zustand. Betrachten Sie das System und die Umgebungen, und die Wellenfunktion für das Ganze ist kohärent und folgt einer einheitlichen Evolution. Wenn Sie es in die beiden aufteilen, ist jedes mit dem anderen verstrickt und befindet sich nun in einem gemischten Zustand. Der Rest ist Philosophie. Siehe en.m.wikipedia.org/wiki/Quantum_decoherence
Aus Ihrem Link "versucht die Dekohärenz nicht, das Messproblem zu erklären".
Aber die schwache Kraft-Zeit-Asymmetrie würde es nicht undeterministisch machen, oder? Wenn ich Ihre Antwort nicht falsch verstehe, können Sie tatsächlich frühere Zustände wiederherstellen, wenn Sie sie mit zeitumgekehrten physikalischen Regeln anstelle von normalen physikalischen Vorwärtszeitregeln "rückwärts laufen lassen".
Ich ging in meiner Antwort davon aus, dass sich die Wellenfunktionen durch Zeitasymmetrie und Rückwärtslaufen der Zeit immer noch deterministisch entwickeln würden. Aber dann scheint es mir, dass die Entropie in dieser entgegengesetzten Richtung der Zeit immer noch zunehmen würde. Ja, einige Partikel würden sich wieder zusammensetzen, andere würden sich zerstreuen, und es scheint mir, dass es insgesamt zu höheren Entropien führen würde. Aber ich könnte mich irren. Hawking argumentiert, dass psychologische Zeit, die Zeit, die wir fühlen, immer der thermodynamische Pfeil ist, da Denken und Gedächtnis Energie verbrauchen und Wärme erzeugen. Wie auch immer .....mehr als nächstes
Wie auch immer, es ist wahr, wie @Lemon sagt, dass Dekohärenz möglicherweise nicht als Lösung des Messproblems interpretiert wird, sondern nur erklärt, wie es passiert. Die Beobachtung kann immer noch den Grad der Zufälligkeit enthalten, beispielsweise wo oder wann ein Teilchen bei einer Kollision oder Wechselwirkung entsteht. Dh eine Art Interpretation des Zusammenbruchs der Wellenfunktion. Wikipedia hat eine Art Beschreibung, warum das eine das andere nicht impliziert (dh Dekohärenz „erklärt“ den Kollaps nicht), aber wenn Sie es lesen, ist es immer noch nicht klar ..... so oder so. Ich habe im vergangenen Jahr andere gelesen und es gibt Argumente in beide Richtungen.

Betrachten Sie einen beliebigen Überlagerungszustand mit n Eigenzuständen. In unserer Wahrnehmung von Zeit, nennen wir das „Vorwärtszeit“, wenn dieser Überlagerungszustand gemessen wird, kollabiert er zu einem Eigenzustand. Welcher Eigenzustand gewählt wird, kann durch den Messprozess bestimmt werden oder nicht. Aber bedenken Sie Folgendes: Die Überlagerung hat Ihnen viel über das System gesagt, in dem sie sich befand, weil es eine Linearkombination von n Eigenzuständen war, aber nach der Messung besteht der Quantenzustand nur aus einem Eigenzustand, der der Eigenzustand beliebig vieler Systeme sein könnte.

Betrachten wir nun diesen Prozess durch die „Rückwärtszeit“. Sie beginnen mit einem Quantenzustand, der aus einem Eigenzustand besteht. Gibt es genügend Informationen für diesen Quantenzustand, um sich in den zuvor erwähnten willkürlichen Quantenzustand zu verwandeln? Die gesamte Literatur, die ich gelesen habe, deutet darauf hin, dass es nicht genügend Informationen gibt. Eine Quantenmessung ist aus diesem Grund zeitasymmetrisch.

Dieses Problem ist ziemlich tiefgreifend und wird derzeit noch nicht vollständig verstanden. Ich kann mich nicht erinnern, dass Hawking dieses Problem in seinem Buch angesprochen hat, und dies ist ein ernstes Problem, das jeder Befürworter des Determinismus ansprechen muss. Mit Blick auf den Schluss von A Brief History of Time sagt Hawking:

Das unvorhersehbare, zufällige Element kommt nur ins Spiel, wenn wir versuchen, die Welle anhand der Positionen und Geschwindigkeiten von Teilchen zu interpretieren. Aber vielleicht ist das unser Fehler...

Hier spricht er die Auswirkung des Unschärfeprinzips auf den Determinismus an. Ich würde sagen, er lässt den Determinismus sicherlich zur Debatte, auch ohne das Problem der Quantenmessung anzusprechen.

Um den Punkt meiner Antwort klar zu machen: Sie haben Ihre Frage auf der Annahme begründet, dass das Universum deterministisch ist, wenn es zeitlich „vorwärts“ geht, aber das ist keine Annahme, die gemacht werden kann. Wenn man bedenkt, dass es auf Elementarteilchenebene zeitasymmetrische Prozesse gibt, wird die Frage, ob das Universum in der „rückwärtigen“ Zeit deterministisch ist, noch schwieriger zu beantworten sein.

Die Gleichungen der Quantentheorie sind zeitumkehrinvariant in dem Sinne, dass die CPT-Symmetrie erfüllt sein muss. Das hat nichts mit dem Messprozess zu tun, der eher offen als geschlossen und einheitlich ist. Die Theorie sagt uns nur, dass wir die Vergangenheit ebensowenig vollständig rekonstruieren können, wie wir die Zukunft vollständig vorhersagen können. Das ist nicht anders als in der klassischen Mechanik.
Ich denke, das Messproblem ist tiefer als die von Ihnen vorgeschlagene Verbindung mit der klassischen Mechanik, aber das würde den Rahmen dieser Diskussion sprengen. Sie haben Recht: Ein Beispiel aus der klassischen Mechanik hätte genügt. Trotzdem werde ich meine Antwort hier hinterlassen, um die Diskussion anzuregen.
Man könnte den Messvorgang sogar ganz außen vor lassen. Der springende Punkt ist, dass es selbst bei einer einheitlichen Transformation ganze Klassen von Vergangenheiten gibt, die mit den meisten gegebenen Gegenwarten kompatibel sind (es gibt natürlich Fälle, in denen wir mit einem einzigartigen Zustand beginnen und auf einem einzigartigen Zustand landen, das stimmt im Allgemeinen einfach nicht ), also obwohl wir die Dynamik jedes (hinreichend) geschlossenen Systems umkehren können (z. B. in Spin-Echo-Experimenten), wissen wir immer noch nicht, wo "der Rest" herkommt.

Nein, das Universum ist im Rückblick nicht deterministisch. Die Bestimmung von Position und Geschwindigkeit eines Teilchens kann NIE (nach der Heisenbergschen Unschärferelation) zu irgendeinem Zeitpunkt bekannt sein, daher sind weder Vorwärts- noch Rückwärtszeit-"Vorhersagen" einer Teilchenbahn absolut.

Wenn Sie ein Teilchen nicht absolut vorhersagen können, kommt ein Universum nicht in Frage.

Ist das Universum rückblickend deterministisch?
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