Случайности, судьба и теория вероятности
Запись опубликовал Daniel5555
5488 просмотров
Глядя на тему "Судьба" и некоторые другие темы так или иначе связанные с концептом случайности или детерминизма, у меня возникло желание кратко объяснить некоторые из часто встречающихся у многих людей ошибок или недопонимания некоторых вещей. Я постараюсь сделать эту запись как можно короче и не вдаваться в детали.
Для начала давайте уясним, что идея детерминизма (идея о вселенной, где все события развиваются по одному сценарию и полностью зависят от прошлого), если посмотреть на нее объективно, ничуть не более естественная, чем идея индетерминизма (идея о вселенной, где "судьбы" не существует, предугадать будущее невозможно в принципе независимо от объема знаний об этой вселенной, так как в развитии "судьбы" имеет место неизбежный случайный фактор).
Идея о вселенной, где все предопределено, укоренилась в сознании людей, главным образом, благодаря ньютоновской физике, которая была сверхточной и давала почти идеальные результаты в вычислениях и их соответствию реальности. Любые неточности в результатах можно было объяснить неточностью изначальных измерений, да, собственно, оно так на самом деле и было. Благодаря этим воистину выдающимся результатам ньютоновской физики возникла идея о "механической" вселенной, которая развивается с точностью часов и в которой нету места случайностям, есть только место неизвестным нам обстоятельствам.
Тем не менее, есть пара вещей, которые в данный момент опровергают не саму ньютоновскую физику, а идею детерминизма. Первая это теория вероятностей - математическая дисциплина, которая развилась уже после появления ньютоновской физики и о которой ничего не знали на тот момент, когда эта физика появилась и пережила свою золотую эпоху. Вторая это появление квантовой физики, раздела физики, который занимается фундаментальными законами нашей вселенной и который очень сложно понять на концептуальном уровне.
К сожалению, с одной стороны ньютоновская физика настолько глубоко укоренилась в сознании многих ученых начала 20-го века, что они до конца своих дней не признали роль вероятности в законах вселенной. Самым ярким примером такого ученого является Альберт Эйнштейн. С другой стороны, до сих пор в школах изучают главным образом одну только ньютоновскую физику, что касается квантовой, по-моему ее по нормальному не преподают в каком-либо виде вообще, поэтому у людей появляется инстинктивное желание представить ее как "надстройку" или "модель" поверх ньютоновской физики.
Для начала, совсем кратко о квантовой физике. Это не "математическая модель", не "модель" и не "надстройка" над ньютоновской физикой. Вообще лучше выкиньте эти слова из головы. Хотя на самом деле да, квантовая физика это действительно математическая модель. Но мы не знаем чего именно это модель. Мы только знаем, что это не модель поверх ньютоновской физики.
Грубо говоря, роль вероятностей в квантовой физике - это фундаментальное свойство квантовых объектов. Это НЕ результат неточности в измерениях или попытка эти неточности привести в некие рамки. Неточности в измерениях это отдельная строка в результатах, которая не имеет отношения к законам физики.
Есть люди, которые считают, что вместо квантовой физики с вероятностями должна быть некая теория, которая позволит от них избавиться и позволит, скажем, предсказать какой именно атом распадется в конкретный момент времени, скажем, в одном грамме урана. Большая часть таких людей считается фриками и даже существует специальный Quantum Randi challenge: http://www.science20.com/alpha_meme/official_quantum_randi_challenge-80168 который по аналогии с обычным Randi challenge должен выводить их на чистую воду. Причина того, почему большая часть ученых так плохо относится к этой идее заключается в теореме Белла, очень сложной теореме, которая утверждает, что такая теория не может существовать в принципе.
Математически эта теорема доказана и все эксперименты на данный момент ее подтверждают.
Разобравшись с квантовой физикой, перейдем к более привычному для нас миру. Мир вокруг нас управляется, главным образом, ньютоновской физикой. Почти все люди согласились бы, что результаты ньютоновского эксперимента можно предсказать со 100% точностью еще до его проведения. Значит ли это, что наш "макроскопический" физический мир детерменичен и никакого шанса на роль случая в нем нет?
Переформулируя вопрос с другой стороны: можно ли поставить такой опыт в мире ньютоновской физики, который бы демонстрировал законы вероятности и конкретный результат которого было бы невозможно предсказать? Ответ на этот вопрос однозначен - да. И вот пример такого опыта:
На этом видео демонстрируется работа типичной "вероятностной машины". Все шарики предполагаются одинакового веса, и все палочки тоже одинаковы. Несмотря на это, путь каждого отдельного шарика, как и точный финальный результат, предсказать невозможно. В конце, тем не менее, шарики выстроятся в нормальное распределение, как и должно быть согласно теории вероятности.
Конкретный путь шарика при этом постоянно подчиняется ньютоновским законам. Предчувствую, что кто-то обязательно подумает "это потому, что мы не знаем всех факторов! Если бы мы знали до 100% точности каждый фактор, мы могли бы точно предсказать путь".
Давайте рассмотрим поподробнее эти факторы. Когда речь идет о таких феноменах, каждая мелочь может сыграть решающую роль в том, где именно в итоге окажется шарик. Дело не только в весе шариков и в микроскопической форме палочек - ведь один и тот же шарик будет проходить каждый раз разный путь. Играет роль огромное число факторов, вплоть до конкретного числового значения гравитации в этом месте в этот момент времени и конкретного расположения атомов у шарика и палочки. В свою очередь, каждой из этих факторов зависит от огромного числа других факторов. Можно, с определенной степенью уверенности, утверждать что конкретный путь шарика зависит от конкретного состояния вселенной в этот момент. И тем не менее, если бы мы знали все об этом состоянии, могли бы мы предсказать этот путь?
Позвольте мне высказать крамольную и шокирующую мысль - а что если конкретное "решение" о том, куда упадет шарик, "принимается" в момент непосредственного контакта шарика с палочкой, а не до этого? Ведь значения всех решающих факторов в этот момент тоже меняются и момент контакта происходит не в какой-то конкретный момент времени, такой, что можно однозначно разделить временную полосу на "до и после", а сам по себе занимает определенное время. Не следует забывать, что в ньютоновской физике время и пространство не являются дискретными, а являются протяженными, их можно бесконечно делить на маленькие части. Вот квантовая физика является дискретной, но как раз в ней действуют законы вероятностей.
Не существует определенного ответа на этот вопрос. Но я лично уверен, что на самом деле это решение принимается в момент контакта. В таком случае и здесь так же действуют законы вероятностей и на "не квантовом" уровне вселенная так же является индетерминичной.
В конечном счете сам факт наличия теории вероятностей подводит нас к мысли о том, что это так же является одним из фундаментальных законов вселенной, как и вытекающий из нее индетерминизм.
Хотя каждый может дать свой собственный ответ на этот вопрос, благо пока что ничего не доказано. Каждый сам может решать, что лично ему кажется более вероятным и более естественным.
В "многомировой" квантовой интерпретации (точнее, их много, этих интерпретаций, которые объединены под этим именем) чаще всего вероятность представлена очень грубо, вплоть до того, что бросок обыкновенного шестигранного кубика является случайным процессом. Конечно, кубик можно научиться кидать с определенным результатом, но когда он кидается наобум, то при определенных условиях, можно считать, что вероятность выпадания каждой стороны равна 1/6. Это происходит потому, что это в целом никак не контролируемый процесс который при приближении можно свести к тем же точкам контакта, что и в постановочном эксперименте, представленном выше. В реальных условиях, конечно, очень трудно найти эти точки или провести границы, которые устанавливают, какую информацию о процессе можно получить в принципе и что из этой информации можно выяснить.
Согласно данной интерпретации, вселенная делится на несколько вселенных, в каждой из которых реализуется одна из вероятностей. Тоже самое происходит с любым другим вероятностным процессом (то есть, в эксперименте выше, две вселенных после каждого "решения" пути шарика). Момент деления происходит не в тот момент, когда кубик показывает определенное число, а в момент когда становится определенным, что кубик покажет данное конкретное число. Это момент выделить достаточно сложно.
"Многомировая" интерпретация позволяет решить определенные парадоксы, которые возникают при попытке интерпретировать квантовую физику, например наличие объектов, которые могут быть одновременно в двух взаимоисключающих состояниях (это та самая "живая и мертвая одновременно" кошка Шредингера, хотя речь идет о квантовых объектах). Хотя с точки зрения, скажем так, бытового опыта, эта интерпретация кажется совершенно фантастической.
Помимо вероятностного движения объектов, существует ряд других феноменов, которые считаются индетерминичными, в частности, поведение людей, хотя эти феномены описываются теорией вероятности. Тем не менее, предсказать поведение людей, скорее всего, невозможно в принципе. Хотя сейчас установлено, что в большей степени поведение определяется подсознательными факторами, это не означает отсутствие свободной воли, которая может определять очень многое. К тому же сами эти подсознательные факторы тоже могут определяться какой-либо случайностью, которую иногда бывает предсказать еще сложнее, чем более-менее осознанный выбор.
Исходя из всех этих факторов, я лично для себя принял решение о том, что вселенная в целом является индетерминичной. Именно к этому, похоже, ведут нас научные данные. Мне кажется это гораздо более естественным, чем "детерминичная" вселенная где все зависит, в буквальном смысле, от момента ее возникновения, но при этом чтобы что-то предсказать, нужно обладать знаниями обо всей вселенной целиком. Что само по себе означает необходимость иметь, фактически, копию этой вселенной, но при этом мы знаем, что эта копия не будет идентичной (ведь в ней тоже должны быть квантовые процессы). По-моему это абсурд.
Даже более того, наш мир мне видится типично хаотической системой. Мы просто привыкли не замечать всего этого хаоса, который творится вокруг.
Может быть, оно и к лучшему. Жить в свободном мире, будущее которого не знаем ни мы, ни "он сам", все же куда более интересно.
10 Комментариев
Рекомендуемые комментарии