Kann die Quantenphysik den Zufall erklären?

Klassische Physik: Festigkeit bedeutet nicht Vorhersehbarkeit

Determinismus ist die Idee, dass wir das zukünftige Verhalten eines Systems von dem Moment an vorhersagen können, in dem wir seinen Anfangszustand kennen. Nehmen Sie unsere Welt als Beispiel: Wenn wir die universellen Gesetze kennen, die sie regieren, können wir diese Gleichungen anwenden, um ihre Zukunft vorherzusagen. Dies ist die Definition des Mathematikers Pierre-Simon Laplace im Jahr 1814.

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In der makroskopischen Welt bestimmt die klassische Physik den einzigartigen Weg eines Objekts, das zu einem bestimmten Zeitpunkt durch einen bestimmten Punkt geht. So hat ein Auto, das auf der Autobahn fährt, eine bestimmte Geschwindigkeit, Position und Masse, in einem Moment T. Bisher nichts Überraschendes.

Wenn die klassische Physik jedoch keinen Raum für den Zufall zu lassen scheint, bedeutet dies aus vielen Gründen nicht, dass wir das zukünftige Verhalten jedes Systems vorhersagen können.

Wollten wir hingegen die Gesamtheit der Welt um uns herum beschreiben, wäre die Menge an Rohdaten so groß, dass wir sie nicht speichern könnten. Dann würde es unglaubliche Rechenleistung erfordern, die wir nicht haben. Schließlich gibt es noch etwas, was wir “Empfindlichkeit gegenüber Anfangsbedingungen” nennen könnten: Wenn wir zwei relativ nahe Startpunkte nehmen, werden ihre jeweiligen Pfade nach einer Zeitperiode unterschiedlicher Länge divergieren.

Eine Idee, die der Physiker Hervé Zwern anhand der Bewegung der Planeten in unserem Sonnensystem illustriert: „Obwohl die Bahnen dieser Planeten als regelmäßig gelten, können wir sie nicht sehr langfristig vorhersagen Zeitraum von einigen hundert Millionen Jahren kann es aus seiner Umlaufbahn vertrieben werden.“

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Trotz unserer menschlichen Unfähigkeit, die Welt um uns herum vorherzusagen, verteidigt die klassische Physik ihren Determinismus. Das ist zumindest die Annahme, die Physiker akzeptieren.

Quantenphysik: Regiert die Natur zufällig?

Die Einführung der Quantenmechanik im Jahr 1925 brachte dieses Modell jedoch durcheinander und revolutionierte die Physik, wie wir sie kennen: Im mikroskopischen Maßstab präsentiert sie ein zufälliges Beobachtungsergebnis.

Mit anderen Worten, es ermöglicht einem Teilchen, sich in zwei überlagerten Zuständen zu befinden (Ort oder Impuls oder Spin oder Energie). Stellen Sie sich einfach einen Apfel auf dem Wohnzimmertisch und beides auf dem Küchentisch vor. ein Fremder?

Es ist jedoch ein wesentlicher Bestandteil der Quantenmechanik. Darüber hinaus ist die einzige Möglichkeit, das Ergebnis der Beobachtung eines Quantensystems vorherzusagen, probabilistisch. Somit erscheint die Möglichkeit nur, wenn wir das Ergebnis dieses Systems betrachten.

Bei der Beobachtung des überlagerten Falls erhalten wir manchmal x1, manchmal erhalten wir x2 (x1 und x2 sind Beschreibungen dieser beiden Zustände).

Die Unfähigkeit, eine genaue Vorhersage zu treffen, liegt weder an unserer Unkenntnis des Anfangszustandes des Systems (wir wissen es: er ist überlagert) noch an der Unfähigkeit zu berechnen. Die Antwort liegt vielmehr im intrinsischen Zufall des Systems: Die Natur selbst weiß nicht, was sie uns bei einer Beobachtung als Ergebnis geben wird.

Können wir jedoch sagen, dass die Natur vom Zufall bestimmt wird?

Bisher ist es keiner Theorie gelungen, die mikroskopische Welt deterministisch zu beschreiben. „Das liegt nicht daran, dass wir noch keine Theorie gefunden haben, die wir nie finden werden“, sagt Hervé Zwern. Könnte ein Genie wie Einstein in diesem Indeterminismus jemals Determinismus finden?

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Zu schlau kann er das antizipieren…

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