Schrödingers Buchzitat „Was ist Leben“: Die Gesetze der Physik sind statistischer Natur [geschlossen]

In dem Buch Was ist Leben? von Erwin Schrödinger sagt er, dass die Gesetze der Physik statistischer Natur sind.

Dank der genialen Arbeit von Biologen, hauptsächlich Genetikern, in den letzten dreißig oder vierzig Jahren ist heute genug über die tatsächliche materielle Struktur von Organismen und über ihre Funktionsweise bekannt, um dies zu sagen und genau zu sagen, warum die heutige Physik und Chemie unmöglich erklären könnte, was in Raum und Zeit innerhalb eines lebenden Organismus passiert.

Die Anordnungen der Atome in den lebenswichtigsten Teilen eines Organismus und das Zusammenspiel dieser Anordnungen unterscheiden sich grundlegend von all jenen Anordnungen von Atomen, die Physiker und Chemiker bisher zum Gegenstand ihrer experimentellen und theoretischen Forschung gemacht haben. Doch der Unterschied, den ich soeben als grundlegend bezeichnet habe, ist von solcher Art, dass er jedem leicht als geringfügig erscheinen könnte, außer einem Physiker, der gründlich von dem Wissen durchdrungen ist, dass die Gesetze der Physik und Chemie durch und durch statistisch sind.

Denn aus statistischer Sicht unterscheidet sich die Struktur der lebenswichtigen Teile lebender Organismen so völlig von der jedes Stück Materie, mit dem wir Physiker und Chemiker jemals physisch in unseren Labors oder geistig an unseren Schreibtischen gearbeitet haben. Von einem Nicht-Physiker kann nicht erwartet werden, dass er die Bedeutung des Unterschieds in der „statistischen Struktur“ auch nur begreift, geschweige denn anerkennt, der in so abstrakten Begriffen ausgedrückt wird, wie ich sie gerade verwendet habe.

Könnten Sie das bitte einem Nicht-Physikstudenten erklären?

Wie einige der Antworten erklären, kann QM statistisch interpretiert werden (weitere Informationen dazu finden Sie in der „Ensemble-Interpretation“), aber wenn es um die „grundlegenden Unterschiede“ bei lebenden Organismen geht, vermute ich, dass Schrödinger wahrscheinlich Unsinn geredet hat ...
@MarkA Bei der Vorhersage des Verhaltens einer Masse aus meist ähnlichem Material mit geringer Mikrostruktur reichen statistische Gesetze der Chemie und Physik aus. Zum Beispiel können wir Planeten und Sterne als größtenteils gleichförmige Materiekugeln annähern, die Schwerkraft anwenden und eine ziemlich anständige Beschreibung erhalten, wie Planeten Sterne umkreisen. Wir können dies mit weiteren Näherungen verfeinern. Organismen hingegen sind lächerlich komplex in ihrer Struktur, und ein ähnliches „Start mit einer kugelförmigen Kuh“ kommt nicht weit?
@Yakk Es klang für mich so, als würde er andeuten, dass die Funktionsweise lebender Organismen nicht durch die Gesetze der Physik erklärt werden kann, aber ich habe das Buch nicht gelesen, daher habe ich das Zitat möglicherweise falsch interpretiert. Auch wenn es um die Organisationsebenen in der Biologie ging, bin ich mir immer noch nicht sicher, wohin er mit dem Fokus auf die statistische Natur physikalischer Gesetze geht, zumal die statistische Physik auch für das Verständnis vieler biologischer Prozesse unerlässlich ist. Na ja, um weiter zu kommentieren müsste ich wohl das Buch lesen ;-)
@Qmechanic Wenn Schrödinger über physikalische Gesetze spricht, die statistischer Natur sind. Ich nehme an, er redet nicht von Classical mechanics. Ist das korrekt?

Antworten (2)

Bis kurz nach der Wende des 20. Jahrhunderts glaubten Wissenschaftler und Physiker, dass die Natur sehr deterministisch und vorhersagbar sei. Schrödinger gehörte jedoch zusammen mit Bohr, Heisenberg und Planck einer neuen Generation von Wissenschaftlern an, die eine Theorie der sehr kleinen Quantenphysik (auch bekannt als Quantenmechanik) entwickelten.

Der eigentliche Kern der Quantenmechanik ist in Unsicherheit gehüllt; Schrödinger entdeckte die Wellengleichung und Heisenberg die Unschärferelation. Beide waren gleichwertig und beide sagten nicht mit Sicherheit, sondern eher mit Wahrscheinlichkeit voraus.

Obwohl Einstein mit seinen Arbeiten zur Brownschen Bewegung und zum photoelektrischen Effekt auch zur neuen Physik beitrug, hielt er bis zu seinem Tod 1955 am Determinismus fest. Auf der 5. Solvay-Konferenz debattierte er mit dem berühmten Zitat von Bohr und Einstein: „Gott nicht mit der Welt würfeln“

Aber der Erfolg der Quantenmechanik spielt sich ab und Unsicherheit scheint tatsächlich die Regel in der Physik zu sein.

Schrödinger entdeckte die Wellengleichung und Heisenberg die Unschärferelation. Beide waren gleichwertig , ich d/v, weil ich denke, dass dies falsch ist. Was meinst du?
@Countto10 nipne.ro/rjp/2011_56_9-10/1053_1056.pdf . Und tatsächlich „entdeckte“ Schrödinger seine Wellengleichung. Es war eine „glückliche“ Vermutung.
@Countto10 und bevor Sie sich für eine Ablehnung entscheiden, überprüfen Sie bitte die Fakten. Vielen Dank
@Countto10 und "Schrödinger gelang es, die mathematische Äquivalenz von Matrix- und Wellenmechanik zu zeigen" in arxiv.org/pdf/physics/0610121.pdf . Der historische Hintergrund, dass die Entwicklung eine 'Synthese' war. Heute können wir die Wellengleichung ähnlich wie Feynman in den 50er Jahren mit anderen bekannten Prinzipien herleiten.
@docscience Sie sind nicht gleichwertig. Die Schrödinger-Gleichung kann die Unschärferelation nicht implizieren, da letztere eine Eigenschaft von selbstadjungierten nichtkommutierenden Operatoren ist, nicht von Lösungen der Schrödinger-Gleichung.

Einige Phänomene in der Natur sind nicht in hohem Maße deterministisch. Speziell in der Quantenphysik. Viele quantenmechanische Experimente können nicht auf der Ebene einzelner Ereignisse erklärt werden, aber sie können auf einer durchschnittlichen Ebene sehr genau vorhergesagt werden. Das erweckt den Eindruck, dass die Gesetze der Physik statistischer Natur sind. Aber der Grund dafür ist unsere Unfähigkeit, Ergebnisse auf individueller Ereignisebene zu messen und zu bestimmen.

Wenn wir zum Beispiel den Spin eines Elektrons entlang der horizontalen Achse ausrichten und dann versuchen, seinen Spin entlang der vertikalen Achse zu messen, wird es entweder oben oder unten sein. Wir können bei einem so spezifischen Elektron nicht sagen, ob der Spin mit Sicherheit oben oder unten sein wird. Aber die QM-Gesetze sagen uns, dass im Durchschnitt 50 % solcher Elektronen den Up-Spin und 50 % von ihnen den Down-Spin messen. Wenn wir die Experimente mit einer sehr großen Anzahl solcher Elektronen durchführen, stellt sich heraus, dass das 50/50-Ergebnis auf Six-Sigma-Niveaus wahr ist. Die Durchschnittswerte funktionieren also wie vorhergesagt. Durchschnitt ist ein statistischer Wert. Statistik bringt Wahrscheinlichkeit ins Bild.

Dies lässt einige Leute denken, dass die Gesetze statistischer Natur sind. Aber sie sind tatsächlich nicht unbedingt so. Wir haben keine Werkzeuge, die empfindlich genug sind, um die Ergebnisse auf der Ebene einzelner Elektronen vorherzusagen.

Dies geschieht aufgrund der Zufälligkeit in der Natur, die viel zu komplex ist, um sie zu berechnen.

Als klassisches Beispiel können wir vorhersagen, wie viel Wasser täglich aus einem Pool verdunstet, und können somit vorhersagen, wie lange es dauern wird, bis der Pool trocken ist. Wir können jedoch nicht vorhersagen, an welchem ​​​​Tag / zu welcher Uhrzeit ein bestimmtes Wassermolekül aus dem Pool verdunsten wird. Wir haben wahrscheinlich nicht einmal die Möglichkeit, ein Molekül von einem anderen zu unterscheiden, daher wird es sogar strittig, diese Vorhersage überhaupt zu machen.

Was QM-Phänomene sehr seltsam macht, ist - wenn wir versuchen zu erklären, wie die statistischen Ergebnisse von der Natur eingerahmt werden. Auch hier existiert und überlebt diese Seltsamkeit aufgrund unserer Unfähigkeit, den physikalischen Mechanismus hinter den Ergebnissen zu erklären.

Um ein grobes Beispiel zu nehmen: Wenn wir immer wieder Schmutz an einer Stelle aufschütten, nimmt er immer die Form eines Haufens an. Wir können sagen, der Haufen entsteht aufgrund der Wahrscheinlichkeit, wie viele Teilchen wo landen. Aber wir können auch sagen, dass dort, wo einzelne Partikel landen, der Haufen tatsächlich durch die Schwerkraft geformt wird, um die Dinge insgesamt im Gleichgewicht zu halten.

Während wir vorhersagen können, dass die Form ein Haufen sein wird, können wir nicht sagen, wo ein bestimmtes Schmutzpartikel in dem Haufen stabilisiert wird. Es ist so viel Zufälligkeit involviert, dass es uns einfach nicht möglich ist, es zu sagen.

Aber auf der anderen Seite gibt es zahlreiche Beispiele, bei denen wir auf der Ebene einzelner Ereignisse genaue Vorhersagen treffen können. Wenn wir beispielsweise die Geschwindigkeit und den Winkel eines Projektils kennen, können wir genau berechnen, wo es landen wird (wobei Windeffekte ignoriert werden usw.). Und alle diese Projektile werden genau wie vorhergesagt landen. Hier ist also keine Wahrscheinlichkeit beteiligt, oder wir können sagen, die Wahrscheinlichkeit beträgt 100 %, was im Grunde ein deterministisches Gesetz ist, kein statistisches Gesetz.

Sie implizieren versteckte Variablen: Wenn wir mehr wüssten, wäre QM deterministisch; oder genauer gesagt, wir könnten den Spin vorhersagen, den ein Elektron haben würde, wenn wir ihn messen. Aber wir wissen genug, dass dies Nichtlokalität impliziert. Das scheint eine große Sache zu sein, einfach anzunehmen, dass dies der Fall ist. Oder habe ich dich falsch verstanden?
@Yakk: Was ich meine ist, dass die Natur mehr weiß als wir. Und das wird immer wahrscheinlicher der Fall sein, je kleiner wir werden. Daher haben wir auf Quantenebene keine Werkzeuge, um zu messen, ohne das zu beeinflussen, was gemessen wird. Eigentlich ist es keine Messung, es ist Ausrichtung. Wenn ich Sie bitte, ein Elektron entlang der X-Achse auszurichten, würden Sie das wahrscheinlich tun, indem Sie es entlang der X-Achse messen. Gibt es einen anderen Weg? Wenn dies der Fall ist, unterscheiden sich Messung und Ausrichtung auf Quantenebene nicht. Ich impliziere keine versteckten Variablen. Wird im nächsten Kommentar beschrieben.
@Yakk: Lokale versteckte Variablen (LHV) beziehen sich normalerweise auf die statischen Informationen, die im Partikel oder Paar gespeichert sind (im Falle einer Verschränkung). Das reicht für die statistischen Ergebnisse nicht aus. Worauf ich mich beziehe, ist die Natur – einschließlich Quelle, Detektor und Umgebung des Experiments. Sie alle zusammen wissen, was passieren wird. "Nähe des Experiments beachten" deckt auch Zufälligkeiten in der Natur ab. "Zufälligkeit", die über eine große Stichprobe hinweg auftritt. Im Falle meines Heap-Beispiels gibt es keine versteckten Variablen, es ist nur ein Akt des Ausgleichs im Laufe der Zeit. Die Schwerkraft sorgt für den Ausgleich, nicht zufällige Statistiken.
@Yakk: Ich glaube nicht, dass die Nichtlokalität zweifelsfrei bewiesen wurde. Tatsächlich habe ich von fast allen (die sich mit QM auskennen) einen enormen Widerstand gegen Versuche erlebt, Nicht-Lokalität auch nur zu hinterfragen. Aber bei dieser Frage scheint es nicht um Nichtlokalität zu gehen.
Superdeterminismus also? Es gibt starke Einschränkungen für jede Theorie der verborgenen Variablen, um mit dem Experiment übereinzustimmen. Ich sehe nicht, wo Sie ausdrücklich von diesen Beschränkungen sprechen.
@Yakk: Bildung eines Haufens, wenn wir Schmutz an einer Stelle gießen - fällt das unter Superdeterminismus? Wenn ja, ja, das meine ich. Ich sage nicht, dass LHV der Mechanismus ist, also sind alle Beschränkungen bekannt - Bells Ungleichung. Aber die Verletzung der Bellschen Ungleichung widerlegt nur die LHV-Theorie, sie beweist immer noch nicht die Nichtlokalität. Die Ablehnung von Lang-Lkw ist kein Beweis für Nichtlokalität.
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