Ist die Quantenphysik wirklich zufällig oder scheint es aufgrund der Heisenbergschen Unschärferelation nur so zu sein?

Die Heisenbergsche Unschärferelation (HUP) gilt für spezielle Observable, wie Energie und Zeit, Raum und Impuls, ..

Jeder Observablen entspricht ein quantenmechanischer Operator . Quantenmechanische Operatoren pendeln entweder oder nicht und werden in den Kommutierungsbeziehungen gesehen . Observables, die nicht pendeln, sind das, worum es beim HUP geht.

Es ist das HUP, das das probabilistische Verhalten von Elementarteilchen und den Rahmen der Physik charakterisiert, wenn Größen klein genug werden, dass h_bar signifikant genug ist, um im Verhalten von Observablen wie Impuls und Ort gesehen zu werden.

Gibt es eine Eigenschaft der Natur, die das Verhalten eines Elektrons zufällig macht,

In der klassischen statistischen Mechanik gibt es effektive Zufallsverteilungen, und diese werden durch die Gaußsche Verteilung und die Standardabweichung definiert, die die Zufälligkeit beschreibt.

Oder erscheint es uns einfach zufällig, weil unsere Fähigkeit, seinen Ort in der Zukunft vorherzusagen, durch unsere Unfähigkeit begrenzt ist, sowohl das Momentum als auch den Ort in der Gegenwart zu bestimmen?

Es erscheint zufällig, aber die Verteilung ist keine Gaußsche Verteilung, deren Standardabweichung den Fehler angibt. Die Verteilung ist streng definiert durch die quantenmechanischen Gleichungen, die die Lösungen für die spezifischen Randbedingungen liefern.

Oder ist es uns, wie mir wahrscheinlich erscheint, einfach unmöglich zu wissen, ob das Verhalten zufällig ist, weil wir in unserer Fähigkeit, die Details dessen, was passiert, zu beobachten, begrenzt sind (wieder wegen Heisenberg)?

Mit unseren Messungen messen wir die Wahrscheinlichkeitsverteilungen und sehen, dass sie nicht gaußförmig sind, also wissen wir, dass es keine Zufälligkeit gibt. Die Verteilungen passen zu den Berechnungen aus den quantenmechanischen Lösungen.

A. Ja - Selbst wenn wir alles über den Zustand des Universums wüssten und HUP verletzen könnten, indem wir sowohl Impuls als auch Position genau kennen, wären wir immer noch nicht in der Lage, die Zukunft vorherzusagen.

Diese Aussage gilt für die klassische statistische Mechanik, da h_bar dort effektiv 0 ist, wegen der immensen Komplexität der ~10^23 Moleküle pro Mol. Wir müssten noch mit den Gaußschen Wahrscheinlichkeiten arbeiten.

Wenn es eine deterministische zugrunde liegende Schicht unterhalb der Quantenmechanik gibt, würde das Gleiche gelten, die Komplexität wäre so, dass die durch die Quantenmechanik berechnete und validierte probabilistische Form gelten müsste. Eine Reihe von Physikern arbeiten an dieser nicht populären Richtung, wie 't Hooft , der auch zu Diskussionen über seine Vorschläge auf dieser Website beigetragen hat.

Die Argumente dagegen, dass die Quantenmechanik eine emergente Ebene aus einer deterministischen ist, stammen aus Raum-Zeit-Überlegungen.

B. Nein – es ist ein Uhrwerk, aber wir werden niemals in der Lage sein, Vorhersagen zu treffen, weil es eine Grenze gibt, die wir über den aktuellen Zustand des Universums wissen können.

Die Physik sagt nie nie für neue Entdeckungen.

C. Die Frage ist unbeantwortbar, da die Würfel/das Uhrwerk so klein sind, dass wir sie niemals sehen können und die Verhaltensweisen, die wir beobachten können, unabhängig davon die gleichen sind.

genauso wie in b.

Es ist etwas los. Das heißt, dass bestimmte Observables grundsätzlich inkompatibel sind. Das bedeutet erstens, dass Sie ein Experiment für eine Observable oder für eine andere Observable durchführen können, aber Sie können kein Experiment für beide Observablen gleichzeitig durchführen.

Und was noch schlimmer ist, wenn Sie ein Experiment für A, dann eines für A und dann eines für B durchgeführt haben, stimmen die beiden Ergebnisse für A immer überein, was bedeutet, dass das Ergebnis nach Durchführung des A-Experiments eindeutig in einem Zustand ist, der ein bestimmtes Ergebnis für A ergibt Experiment. Denken Sie daran, dass das A-Experiment das Ergebnis in einem Zustand deutlich macht, der ein bestimmtes Ergebnis für das A-Experiment liefert.

Wenn Sie jedoch stattdessen zuerst Experiment A, dann Experiment B und dann zum Schluss noch einmal Experiment A durchführen, ist das anders. Die beiden A-Experimente können zu unterschiedlichen Ergebnissen führen, wenn die Observablen A und B inkompatible Observablen sind. Die Reihenfolge zählt. Das erste A-Experiment hat es also in einem Zustand belassen, der bestimmte Ergebnisse für das A-Experiment liefert, aber das B-Experiment hat es in einen anderen Zustand versetzt. Das Durchführen dieser Experimente ändert also den Zustand.

Das ist, was los ist. Es gibt Zustände und Observables, und irgendwann wird ein Experiment für einen Observablen den Zustand ändern. Und das ist unvermeidlich. Und es geht nicht um einen Mangel an Wissen. Der Staat sagt alles, was wir wissen. Wenn wir mehr wüssten, würden wir das einbeziehen, um mehr oder andere oder bessere Informationen darüber zu geben, was in einem Experiment passiert. Das Wissen, das wir erhalten, stammt aus den Experimenten, aber die Experimente ändern die Zustände, und dies ist unvermeidlich, sobald die Reihenfolge, in der Sie sie durchführen, die Ergebnisse ändert.

Das Verhalten eines Elektrons (und anderer winziger Dinge) wird als probabilistisch bezeichnet, weil wir nicht sagen können, wo eine Wahl sein wird, wenn wir sie messen, sondern nur, wo sie wahrscheinlich sein wird.

Das ist nicht richtig. Wir geben die Frequenzen an, bei denen wir in einem Experiment unterschiedliche Ergebnisse erhalten, wenn wir jedes der verschiedenen Experimente durchführen. Bestimmte Ergebnisse bei einem bestimmten Experiment zu erzielen, ist etwas anderes, als irgendwo zu sein (oder eine bestimmte Dynamik zu haben) und dies passiv offenbart zu bekommen.

So wie ich es verstehe, besagt die Heisenbergsche Unschärferelation, je mehr wir über den Impuls wissen, desto weniger wissen wir über den Ort und umgekehrt.

Wieder nein. Das Prinzip besagt, dass ein Zustand, der eine ausreichend geringe Streuung von Ergebnissen für Positionsexperimente liefert, eine höhere Streuung von Ergebnissen für Impulsexperimente liefert. Der Staat sagt uns absolut alles, was es über das System zu wissen gibt, nicht mehr oder weniger, ein perfektes alles, was es zu wissen gibt. Es ist nur so, dass einige Staaten für einige Experimente größere oder kleinere Spreads angeben. Die Experimente verändern auch den Zustand. Beides folgt aus der Tatsache, dass diese Experimente erforderlich sind, um die Zustände zu ändern, damit die Reihenfolge, in der Sie die Experimente durchführen, von Bedeutung ist.

Der Anfangszustand könnte von der Art sein, die sich mit großer Streuung in neue Positionszustände ändert (Änderungen, wenn wir Positionsexperimente durchführen). Oder der Anfangszustand könnte die Art sein, die sich mit großer Streuung in neue Impulszustände ändert (Änderungen, wenn wir Impulsexperimente durchführen). Aber der Zustand selbst kann sich nicht zu einer kleinen Streuung beider ändern, genauso wenig wie eine Note eine kurze Dauer und einen engen Tonhöhenbereich haben kann.

Gibt es eine Eigenschaft der Natur, die das Verhalten eines Elektrons zufällig macht,

Es hat damit zu tun, wie Sie den Zustand ändern. Es ist vergleichbar mit der Teilung eines einzelligen Organismus in zwei symmetrische Teile. Die beiden Teile können dann unterschiedliche Ergebnisse produzieren, obwohl sie eine gemeinsame Vergangenheit haben, und die Unterschiede häufen sich und bauen sich auf und werden größer, je nachdem, wie sie mit dem Rest der Welt interagieren. Es ist, wie Sie interagieren und sich als Reaktion auf das Experiment ändern, das die unterschiedlichen Ergebnisse hervorbringt. Das Experiment ist speziell darauf ausgelegt, dass verschiedene Zustände unterschiedlich interagieren. So wird der ursprüngliche Zustand in Teile zerlegt, die jeweils unterschiedlich interagieren, bis die Nachkommen der ursprünglichen Welle sich schließlich als das einzige Ergebnis betrachten. Und die Singularität des Ergebnisses wird zu einer Frage der Perspektive, jeder Teil hat die Perspektive, dass er der einzige Teil ist.

Oder erscheint es uns einfach zufällig, weil unsere Fähigkeit, seinen Ort in der Zukunft vorherzusagen, durch unsere Unfähigkeit begrenzt ist, sowohl das Momentum als auch den Ort in der Gegenwart zu bestimmen?

Es ist falsch zu glauben, dass es in der Gegenwart eine Position oder einen Impuls hatte. Wenn das funktionieren würde, hätten wir auf jeden Fall eine solche Theorie aufgestellt. Das tat es nicht. Also haben wir eine Theorie mit Zuständen gemacht. Es hatte einen Staat und der Staat entwickelte sich. Der Zustand entwickelt sich unterschiedlich, basierend auf den Experimenten, die wir durchführen, und die Experimente verändern die Zustände. Und sie tun dies, indem sie den Zustand in Teile aufteilen, die sich unterschiedlich verhalten und schließlich und manchmal voneinander getrennt und mit anderen Dingen verstrickt werden, so dass sie aus ihrer eigenen Perspektive das einzigartige Ergebnis des früheren kombinierten Zustands sind.

Oder, wie es mir wahrscheinlich erscheint, ist es für uns einfach unmöglich zu wissen, ob das Verhalten zufällig ist, weil wir nur begrenzt in der Lage sind, die Details dessen zu beobachten, was passiert

Wir sind begrenzt. Aber nicht aus Mangel an Wissen. Sie sind Grenzen Ihrer eigenen Perspektive, basierend auf Ihrem eigenen Zustand. Sie sind auf die Ergebnisse der Experimente beschränkt, mit denen Sie verbunden sind. Und Sie können Ihrer mangelnden Fähigkeit, die Zukunft vorherzusagen, keinen Vorwurf machen, genauso wenig wie dieser einzellige Organismus dafür verantwortlich gemacht werden kann, dass er nicht vorhergesagt hat, ob er nach seiner Teilung nach Norden oder Süden gegangen ist. Wenn Sie es die Teilungsexperimente viele Male durchführen lassen und ihm eine Methode geben, die relativen Häufigkeiten seiner Erfahrungen zu akkumulieren, dann werden die statistischen Vorhersagen genau richtig sein.

Und die Singularität der individuellen Erfahrung ist kein Mangel an einem Ding, das trennt und jedes neue Teil in der Lage ist, sich wie ein Ganzes zu verhalten.

Wenn Sie sich die Beschreibung der Schrödinger-Gleichung ansehen, was bei einer Messung passiert, spaltet sich der Zustand auf, und schließlich haben die verschiedenen Teile in einigen Situationen eine Perspektive, in der es der gesamte Zustand ist.

Etwas Geschichte hier könnte nützlich sein; eine der ältesten kosmologischen Theorien, die wir haben, wurde von ionischen Philosophen entwickelt, die eine Atomtheorie war; in dieser theorie wurde die ungewissheit wie in der zufälligen bewegung als etwas grundlegendes angesehen (sie nannten es den clinamen , der normalerweise mit ausweichen übersetzt wird).

Dies zeigt, dass rein physikalischer Determinismus etwas Neues ist; und es entstand mit Newton.

Es gibt eine spekulative Theorie der QG, genannt kausale Mengen, die die Unsicherheit der Bewegung, die sie auch als Ausweichen (vermutlich zu Ehren der früheren Arbeit) bezeichnen, als etwas Grundlegendes und nicht Abgeleitetes annimmt.

Zuallererst müssen wir verstehen, dass, wenn wir Naturgesetze ableiten, unsere primäre Annahme darin besteht, dass die Naturphänomene nicht zufällig sind . Wenn sie zufällig sind, wäre es unmöglich, etwas über sie zu sagen.

Kommen wir nun zurück zur Quantenmechanik. An der Bewegung von Elektronen oder anderen subatomaren Teilchen ist nichts Zufälliges, bis Sie versuchen, sie zu beobachten . Ihr Verhalten wird vollständig durch die Schrödinger-Gleichung bestimmt. Nun gibt die Schrödinger-Gleichung die zeitliche Entwicklung einer mit dem System verbundenen Welle an. Born interpretierte diese Welle als die Verteilung der Wahrscheinlichkeitsamplitude, und gemäß dieser Theorie können sich die Ergebnisse eines bestimmten Experiments von System zu System unterscheiden, wenn Sie ein großes Ensemble identischer Systeme nehmen, aber ihre relative Häufigkeit wird vollständig durch die Schrödinger-Gleichung bestimmt .

Also ja, wenn Sie ein System nehmen und fragen: "Wo würde ich dieses bestimmte Teilchen finden?" Die Quantenmechanik kann Ihnen keine perfekte Antwort geben, sondern nur sagen: "Es besteht eine große Wahrscheinlichkeit, dass Sie es bei x = etwas finden". Ihr Experiment kann diese Antwort geben oder auch nicht, aber das bedeutet nicht, dass es zufällig ist. Denn wenn Sie das Experiment wiederholt durchgeführt haben (aber jedes Experiment muss mit ausreichendem zeitlichem Abstand zum vorherigen durchgeführt werden, besser noch, sie sollten in einem anderen identischen System durchgeführt werden), werden Sie feststellen, dass die Quantenmechanik Ihnen fast genaue Daten über das Relative liefert Wahrscheinlichkeit, das Teilchen in dem einen oder anderen Zustand zu finden.