物理学曾经是决定论吗-对经典和量子物理关系的新见解

时间:2019-12-29 17:12 来源:seo 作者:杏鑫 点击量:

物理学曾经是决定论吗-对经典和量子物理关系的新见解

来自奥地利科学院、维也纳大学和日内瓦大学的研究人员提出了一种新的无实数古典物理学解释。这项新研究挑战了传统的古典物理决定论的观点。

在经典物理学中,通常认为如果我们知道一个物体的位置和速度,我们就能准确地预测它的运动方向。一种所谓的高级智能,拥有当前所有存在对象的知识,将能够以无限的精度确定地知道宇宙的未来和过去。19世纪初,皮埃尔-西蒙·拉普拉斯阐述了这个后来被称为拉普拉斯恶魔的论点,来阐述古典物理学中的决定论概念。人们普遍认为,直到量子物理学的出现,决定论才受到挑战。科学家们发现,并不是所有的事情都可以确定地说,我们只能计算某物以某种方式运动的概率。

但古典物理学真的是完全确定的吗?弗拉维奥▽圣,量子光学和量子信息研究所研究员维也纳的奥地利科学院和维也纳大学和大学的尼古拉斯?Gisin日内瓦,解决这个问题在他们的新文章“;物理没有决定论:替代对经典物理学的解释,”;发表在《物理评论A》杂志上。

他们以后者先前的著作为基础,指出通常对古典物理学的解释是建立在默认的附加假设之上的。当我们测量一些东西时,比如用尺子测量一个表的长度,我们会发现一个精度有限的值,也就是说数字数量有限。即使我们使用更精确的测量仪器,我们也只能找到更多的数字,但仍然是有限的数字。然而,经典物理学假设,即使我们可能无法测量它们,存在着无限数量的预定数字。这意味着表的长度总是完全确定的。

想象一下,现在玩一个Bagatelle或钉板游戏的变体(如图),其中一个板对称地装满了针。当一个小球从板上滚下来时,它会击中大头针,并移动到每个大头针的左边或右边。在一个确定性的世界里,对球进入板的初始条件(它的速度和位置)的完美了解,毫不含糊地决定了球在球钉之间的路径。经典物理学认为,如果我们不能在不同的运行中获得相同的路径,那只是因为在实践中我们无法设置完全相同的初始条件。例如,因为我们没有一个无限精确的测量仪器来设定球进入板的初始位置。

这项新研究的作者提出了另一种观点:在一定数量的引脚之后,球的未来是真正随机的,甚至在原理上,而不是由于我们的测量仪器的限制。每次击球时,球都有一定的倾向或倾向于向左或向右弹跳,这种选择不是先天决定的。对于最初的几次命中,路径可以确定,即倾向是100%的一方和0%的另一方。然而,在一定数量的引脚之后,选择并不是预先确定的,并且对于距离较远的引脚,倾向逐渐达到50%,对于距离较远的引脚,倾向逐渐达到50%。通过这种方式,可以将表长度的每一位数字看作是由类似于每次击中小球时向左或向右移动的选择过程所决定的。因此,经过一定数目的数字后,长度就不再确定了。

因此,研究人员引入的新模型拒绝将物理意义通常归属于数学实数(具有无限个预定数字的数字)。它的意思是,经过一定数量的数字后,它们的值就会变成真正的随机值,只有取特定值的倾向才会得到很好的定义。这导致了对经典和量子物理学之间关系的新见解。事实上,一个不确定的量何时、如何以及在什么情况下取一个确定的值,是量子物理学基础中一个众所周知的问题,称为量子测量问题。这是因为在量子世界中,不改变现实是不可能观察到现实的。事实上,在观察者真正测量一个量子物体之前,它的测量值还没有确定。另一方面,这项新的研究指出,同样的问题也可能一直隐藏在经典物理学令人安心的规则背后。

参考文献:“没有决定论的物理学:经典物理学的另一种解释”Flavio Del Santo和Nicolas Gisin, 2019年12月5日,《物理评论A》。

DOI: 10.1103 / PhysRevA.100.062107

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