Har fysik nogensinde været deterministisk?

Forskere fra det østrigske videnskabsakademi, universitetet i Wien og universitetet i Genève, har foreslået en ny fortolkning af klassisk fysik uden reelle tal. Denne nye undersøgelse udfordrer det traditionelle syn på klassisk fysik som deterministisk.

I klassisk fysik antages det normalt, at hvis vi ved, hvor et objekt er og dets hastighed, vi kan præcist forudsige, hvor det vil gå hen. En påstået overlegen intelligens, der har kendskab til alle eksisterende objekter på nuværende tidspunkt, ville være i stand til med sikkerhed at kende fremtiden såvel som universets fortid med uendelig præcision. Pierre-Simon Laplace illustrerede dette argument, senere kaldt Laplaces dæmon, i begyndelsen af ​​1800-tallet for at illustrere begrebet determinisme i klassisk fysik. Det antages generelt, at det først var med fremkomsten af ​​kvantefysikken, at determinismen blev udfordret. Forskere fandt ud af, at ikke alt kan siges med sikkerhed, og vi kan kun beregne sandsynligheden for, at noget kunne opføre sig på en bestemt måde.

Men er klassisk fysik virkelig fuldstændig deterministisk? Flavio Del Santo, forsker ved Wien-instituttet for kvanteoptik og kvanteinformation ved det østrigske videnskabsakademi og universitetet i Wien, og Nicolas Gisin fra universitetet i Genève, behandle dette spørgsmål i deres nye artikel "Physics without Determinism:Alternative Interpretations of Classical Physics", offentliggjort i tidsskriftet Fysisk gennemgang A . Bygger på tidligere værker af sidstnævnte forfatter, de viser, at den sædvanlige fortolkning af klassisk fysik er baseret på tavse yderligere antagelser. Når vi måler noget, sig længden af ​​et bord med en lineal, vi finder en værdi med en begrænset præcision, betydning med et begrænset antal cifre. Selvom vi bruger et mere præcist måleinstrument, vi vil bare finde flere cifre, men stadig et begrænset antal af dem. Imidlertid, klassisk fysik antager, at selvom vi måske ikke er i stand til at måle dem, der findes et uendeligt antal forudbestemte cifre. Det betyder, at bordets længde altid er perfekt bestemt.

Forestil dig nu at spille en variant af Bagatelle eller pin-board-spillet (som i figuren), hvor et bræt er symmetrisk fyldt med stifter. Når en lille bold ruller ned af brættet, den vil ramme stifterne og bevæge sig enten til højre eller til venstre for hver af dem. I en deterministisk verden, det perfekte kendskab til de indledende betingelser, hvorunder bolden kommer ind på brættet (dens hastighed og position), bestemmer utvetydigt den vej, som bolden vil følge mellem stifterne. Klassisk fysik antager, at hvis vi ikke kan opnå den samme vej i forskellige løb, det er kun fordi vi i praksis ikke var i stand til at opstille præcis de samme startbetingelser. For eksempel, fordi vi ikke har et uendeligt præcist måleinstrument til at indstille boldens startposition, når vi går ind på brættet.

Forfatterne af denne nye undersøgelse foreslår et alternativt synspunkt:efter et vist antal stifter, boldens fremtid er virkelig tilfældig, selv i princippet, og ikke på grund af vores måleinstrumenters begrænsninger. Ved hvert slag, bolden har en vis tilbøjelighed eller tendens til at hoppe til højre eller venstre, og dette valg er ikke bestemt på forhånd. For de første par hits, stien kan bestemmes med sikkerhed, det vil sige, at tilbøjeligheden er 100% for den ene side og 0% for den anden. Efter et vist antal stifter, imidlertid, valget er ikke forudbestemt, og tilbøjeligheden når gradvist 50% for højre og 50% for venstre for fjerne stifter. På denne måde man kan tænke på, at hvert ciffer i længden af ​​vores bord bliver bestemt af en proces, der ligner valget mellem at gå til venstre eller højre ved hvert slag af den lille bold. Derfor, efter et vist antal cifre, længden er ikke længere bestemt.

Den nye model introduceret af forskerne afviser derfor den sædvanlige tilskrivning af en fysisk betydning til matematiske reelle tal (tal med uendelige forudbestemte cifre). Det hedder i stedet, at efter et vist antal cifre bliver deres værdier virkelig tilfældige, og kun tilbøjeligheden til at tage en bestemt værdi er veldefineret. Dette fører til ny indsigt i forholdet mellem klassisk og kvantefysik. Faktisk, hvornår, hvordan og under hvilke omstændigheder en ubestemt størrelse tager en bestemt værdi er et berygtet spørgsmål i grundlaget for kvantefysikken, kendt som kvantemålingsproblemet. Dette hænger sammen med, at det i kvanteverdenen er umuligt at observere virkeligheden uden at ændre den. Faktisk, værdien af ​​en måling på et kvanteobjekt er endnu ikke fastlagt, før en observatør faktisk måler det. Denne nye undersøgelse, på den anden side, påpeger, at det samme spørgsmål altid kunne have været skjult også bag den klassiske fysiks betryggende regler.