Ist radioaktiver Zerfall deterministisch? [Duplikat]

Angenommen, Sie wissen es rechtzeitig T dass es einen Atomkern gibt, der radioaktiv zerfällt.

Wenn Sie das Universum auf magische Weise in genau den gleichen Zustand zurückversetzen und es wie gewohnt ohne Eingriff weiterlaufen lassen würden, wenn wir Zeit haben T würde die Inspektion desselben Atomkerns den Zerfall genau zu diesem Zeitpunkt erneut ereignen?

Der Zerfall scheint unvorhersehbar und zufällig zu sein , aber bedeutet das, dass er nicht deterministisch ist? Mich interessiert, ob wir wissen, ob der radioaktive Zerfall deterministisch ist oder nicht.

Dieselben Kräfte, die es jemandem erlauben würden, die Zeit willkürlich und launisch zurückzudrehen, würden vermutlich auch jedem oder irgendetwas anderem erlauben, die Ergebnisse beim zweiten Mal willkürlich und launisch zu ändern. (Außerdem, hätten Sie die Zeit wirklich zurückgedreht, wenn eine Erinnerung an das letzte Experiment geblieben wäre? Es ist unklar.)
Was meinst du mit "derselbe Atomkern"?, sie sind alle nicht nur identisch, sie sind nicht zu unterscheiden.
Kurze Antwort: Nein, es unterliegt der Quantenzufälligkeit. Lange Antwort: Es gibt eine lange Geschichte hinter dem Versuch zu argumentieren, dass eine solche Zufälligkeit illusorisch ist, aber es gibt keinen Konsens zugunsten solcher Bemühungen.

Antworten (6)

Sie können nicht wissen , dass es zu einem bestimmten Zeitpunkt einen radioaktiven Zerfall geben wird. Man kann sagen, dass der Zerfall mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit eintreten wird, aber niemals mit Sicherheit.

Auch wenn der Verfall zu einem bestimmten Zeitpunkt eingetreten ist T , wenn Sie das Universum hypothetisch zurücksetzen könnten 1 und es dann weiterlaufen lassen, gibt es keine Garantie dafür, dass der gleiche Zerfall genau zur gleichen Zeit stattfindet. Genau das meinen wir, wenn wir sagen, dass quantenmechanische Prozesse (wie radioaktiver Zerfall) nicht deterministisch sind 2 .

Auf der Quantenebene haben alle Prozesse eine inhärente Unsicherheit, und daran führt kein Weg vorbei. Es ist eine intrinsische Eigenschaft der Natur.

1 Aus den gleichen Gründen wäre dies auch grundsätzlich nicht möglich. Wenn Sie so etwas tun könnten, würde dies bedeuten, dass das Universum deterministisch ist, und aus den diskutierten Gründen ist dies sicherlich nicht der Fall.

2 Beachten Sie, dass der Determinismus als von der Interpretation der Quantenmechanik abhängig angesehen wird. Wenn ich über QM spreche, beziehe ich mich mehr oder weniger auf die Kopenhagener Interpretation (vielleicht die gebräuchlichste unter Physikern), obwohl ich mich nie eingehender damit befasst habe. Aber einer der Eckpfeiler der Quantenmechanik, das Heisenbergsche Unbestimmtheitsprinzip (HUP), unterstützt die Vorstellung von der nicht-deterministischen Natur des Universums, und dieses Prinzip gilt sowohl in Kopenhagen als auch in anderen Interpretationen (obwohl das HUP selbst interpretiert werden kann anders in diesen anderen Interpretationen).

Obwohl Ihre Antwort unter zeitgenössischen Wissenschaftlern eine allgemein akzeptierte Ansicht ist. Ich glaube, Sie sind sich „zu sicher“. Niemand kann die Zeit umkehren, und das geht über den Rahmen hinaus, den Physiker beantworten können …
Ja, und deshalb habe ich diesen Teil in Anführungszeichen gesetzt. Wenn Sie das Universum zurückrollen könnten, würde dies aus genau demselben Grund natürlich bedeuten, dass es deterministisch ist , was es sicherlich nicht ist.
@josephh Die Beantwortung dieser Frage hängt tatsächlich von der Wahl einer Interpretation der Quantentheorie ab. Es gibt Interpretationen, die nichtlokal, aber deterministisch sind, für die einige Ihrer obigen Aussagen falsch wären. Ich verstehe, dass die meisten arbeitenden Physiker es vorziehen, nicht über Interpretationen nachzudenken, was in Ordnung ist, aber in diesem Fall können Sie diese Frage nicht wirklich beantworten.
Abgesehen von Interpretationen gibt es unvermeidliche Unsicherheiten und damit einhergehend begrenztes Wissen über Prozesse auf der Quantenebene.
Ich denke, das ist eine schöne Antwort. Die Interpretation kommt hier nur ins Spiel, weil "Zeit zurückdrehen" ein Prozess ist, der nicht einmal im Prinzip experimentell durchgeführt werden kann, daher ist es keine wirklich sinnvolle physikalische Frage zu fragen, wie sich das Universum in dieser Situation verhält. Die unveränderliche Aussage der Physik, die unabhängig von der Interpretation ist, ist, dass niemand genau vorhersagen kann , wann ein einzelnes nukleares Zerfallsereignis im Rahmen der Quantenmechanik stattfinden wird.
@Andrew Danke Andrew, und du bist genau richtig.
In einem bestimmten Zeitintervall können wir nicht deterministisch vorhersagen, wie einzelne Atome zerfallen werden, aber wir können deterministisch (mit Sicherheit) vorhersagen, wie eine Gesamtzahl von Atomen zerfallen wird (wobei wir das Produkt aus der Anzahl der Atome und der Wahrscheinlichkeit des Zerfalls einzelner Atome nehmen ).

Der radioaktive Zerfall ist nur für große Populationen radioaktiver Kerne deterministisch , für die mit statistischen Werkzeugen eine durchschnittliche Zeit bis zum Zerfall gemessen und daraus eine Halbwertszeit berechnet werden kann.

Wenn Sie zu immer kleineren Populationen übergehen, werden die statistischen Werkzeuge schließlich unanwendbar und das Verhalten eines einzelnen radioaktiven Kerns wird nicht deterministisch, dh es gibt im Prinzip keine Möglichkeit, genau vorherzusagen, wann er zerfallen wird.

Letztlich geht es nicht um den Teilchenzerfall, sondern darum, die Entwicklung des Universums von Anfang an vorhersagen zu können. Dies wirft eine Vielzahl von Fragen auf:

  • Ob dies rechnerisch möglich ist (dh ob wir auf Informationen über alle Freiheitsgrade des Universums zugreifen, sie speichern und manipulieren können ... während wir Teil dieses Universums sind). Wenn dies tatsächlich eine Einschränkung ist, müssen wir am Ende die statistische Physik verwenden, bei der die Ereignisse aufgrund unseres Mangels an Wissen über alle Freiheitsgrade zufällig sind.
  • Ob die Evolution des Universums rein deterministisch ist oder ob zB spontane Symmetriebrüche auf verschiedenen Ebenen wirklich zufällig sind (siehe zB Andersons berühmtes More is different ).
  • Schließlich geht die Frageformulierung von einer frequentistischen Interpretation der Wahrscheinlichkeit aus - als Häufigkeit eines Ereignisses in einem (unendlichen) Ensemble von Versuchen. Die bayessche Sichtweise ist in der Physik weniger verbreitet, aber aus philosophischer Sicht ist der Vorrang einer von beiden noch lange nicht entschieden.

Es ist nicht ganz klar, was Sie mit „die Zeit auf magische Weise zurückdrehen“ meinen. Wenn Sie genug Magie einbeziehen, können Sie jedes gewünschte Ergebnis erzielen.

Betrachten wir ein konkretes, realisierbares Beispiel: Angenommen, Sie haben ein Molekül aus zwei Tritiumatomen, von denen eines vor dem anderen zerfällt.

Vor dem Zerfall sind die beiden Tritiumkerne im Molekül nicht voneinander zu unterscheiden. Das bedeutet, dass alle Argumente, die den Unterschied zwischen Orthowasserstoff und Parawasserstoff ausmachen, auch für reines Tritium gelten würden, und eine hypothetische Probe von reinem Tritium würde unterschiedliche makroskopische thermische Eigenschaften bei niedrigen Temperaturen haben, je nachdem, wie lange es kalt war und ob es überströmt wurde jeder kalte magnetische Katalysator.

Ununterscheidbarkeit bedeutet, dass wir die beiden Kerne ohne beobachtbare Effekte austauschen können. Wenn ich Ihnen ein zweiatomiges Tritiummolekül gebe und einer der Kerne zerfällt, können Sie nicht sagen: „Der Zerfall geschah mit dem Atom auf der linken Seite“. Das ist einfach kein Freiheitsgrad, den einfache Moleküle haben. Ununterscheidbarkeit ist eine grundlegende Annahme der Quantenstatistik, gestützt durch Berge von Beweisen aus vielen überraschenden Richtungen. Ein Teilchen, das „im Begriff ist zu zerfallen“, ist im Grunde genau dasselbe wie ein Teilchen, das für viele Halbwertszeiten nicht zerfallen wird.

Ich denke, es gibt eine Lücke in Ihrer Argumentation --- Ununterscheidbarkeit (null beobachtbarer Unterschied) zweier Kerne bedeutet nicht unbedingt, dass sie sich im selben Zustand befinden (was wir einfach nicht in allen Details beobachten können).
Das Nichtvorhandensein „versteckter Details“ ist ein weiteres wichtiges Ergebnis der Quantenmechanik.
Ich bin kein Physiker, aber ich denke, dass sich gerade bestimmte Arten von Theorien über verborgene Variablen als unvereinbar mit der aktuellen Quantenphysik erwiesen haben. Siehe en.wikipedia.org/wiki/Bell%27s_theorem --- Haben Sie nicht nur Angst davor, „wir wissen es nicht“ zu sagen? Ich halte es für ziemlich wahrscheinlich, dass die Menschheit nie erfahren wird, ob die Welt deterministisch ist oder nicht - selbst nach Tausenden von Jahren, wenn es den Menschen gelingt, zu überleben :)
Bells Theorem hat viele subtile kleine Ecken, @pabouk. Die experimentelle Situation ist, dass, wenn es eine deterministische Realität gibt, die sich als Quantenmechanik verkleidet, diese Realität nichtlokal ist. Auch die experimentelle Arbeit rund um Bells Theorem dreht sich hauptsächlich um korrelierte Spinentwicklung unter Verwendung von Elektromagnetismus; die starken und schwachen Wechselwirkungen haben unterschiedliche Symmetrien zum Elektromagnetismus. Die Erklärung, dass QM das beschreibt, was es zu beschreiben scheint, ein nicht deterministisches Universum, erfordert weniger und schmackhaftere Annahmen als die deterministische Alternative.

Dies ist wirklich eine Frage darüber, ob Sie glauben, dass das Ergebnis, der Atomkern zerfällt zu einem bestimmten Zeitpunkt, genau bestimmt werden kann (Einstein) oder das Beste, was Sie tun können, ist, eine Wahrscheinlichkeit für das Eintreten des Ereignisses zuzuordnen (Bohr und Heisenberg). .
Soweit ich weiß, ist das Beste, was wir tun können, die Quantenmechanik zu verwenden, um dem Ereignis (dem Zerfall eines Atomkerns zu einem bestimmten Zeitpunkt) eine Wahrscheinlichkeit zuzuordnen.

Einstein dachte, dass es unterhalb der Quantenebene eine verborgene Schicht der Realität geben muss, und dass wir, wenn wir diese verborgene Schicht finden könnten, die Wahrscheinlichkeitsgesetze der Quantenmechanik loswerden und nicht nur vorhersagen könnten, was als nächstes passieren könnte, sondern die Deterministik verwenden Gesetze, sagen voraus, was passieren wird .

Können wir also beim radioaktiven Zerfall genau bestimmen, was mit einem Atomkern passiert?
Gegenwärtig scheint die Antwort auf diese Frage "nein" zu sein, da wir die dazu erforderlichen deterministischen Gesetze noch nicht gefunden haben.

„Das Universum zurückrollen“ ist ein häufiges Gedankenexperiment in der Philosophie; besonders in Diskussionen über Zeit, Willensfreiheit, Determinismus oder ähnliches. Interessanterweise ist die Frage, ob Sie glauben, dass beim Rollback alles genauso passieren wird, in gewissem Sinne oft orthogonal zu diesen anderen Fragen.

Leider kennen wir offensichtlich die wirkliche, physische Antwort nicht. Niemand weiß mit Sicherheit, ob das Universum auf diese Weise "transaktional" ist und auf eine frühere Momentaufnahme zurückgesetzt werden kann, geschweige denn, ob sich der Atomzerfall und alle anderen Quantenphänomene genau wiederholen werden; und wir sind offensichtlich nicht in der Lage, es praktisch zu tun.

Da wir keine Möglichkeit haben, die Aussage durch Experimente oder auf andere Weise zu falsifizieren, gibt es keinen wissenschaftlichen Weg, um eine sinnvolle Antwort zu geben, außer "wir wissen es nicht"; Die Frage muss fest im Bereich von Gedankenexperimenten oder Glaubenssystemen bleiben.

Ist radioaktiver Zerfall deterministisch? [Duplikat]
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