Γιατί κάθε ανατροπή νομίσματος μπορεί να είναι η γάτα του Σρέντινγκερ

Κατά τη διάρκεια μιας πρόσφατης διάσκεψης για τα κοσμικά σύνορα, στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια, στο Ντέιβις, ο καθηγητής Andreas Albrecht έκανε μια προκλητική δήλωση:«Κάθε
Η κίνηση του Μπράουν είναι μια γάτα του Σρέντινγκερ». Τεχνικά, ήταν μέρος μιας ευρύτερης ομιλίας σχετικά με τις συνέπειες για ένα πολυσύμπαν που περιέχονταν σε διάφορα μοντέλα πληθωρισμού στο πρώιμο σύμπαν – με τη σειρά του σε ένα πρόσφατο τεχνικό έγγραφο. Αλλά η πολύχρωμη φράση του Άλμπρεχτ με ώθησε να συλλογιστώ πιο βαθιά
η συμβατική σοφία για τη διαφορά μεταξύ κλασικού και
κβαντικές πιθανότητες. Γιατί αυτό που πραγματικά λέει είναι μόνο αυτό
Οι κλασικές πιθανότητες προκύπτουν από τις κβαντικές πιθανότητες.

ο
σύνδεση μεταξύ του μικροσκοπικού κβαντικού κόσμου και του μακροσκοπικού
Ο κλασικός κόσμος μπορεί να φανεί στην κίνηση Brown, την τυχαία νευρικότητα
κινήσεις μικρών σωματιδίων που αιωρούνται σε υγρό ή αέριο. Παίρνει
το όνομά του από τον 19ο αιώνα
ο βοτανολόγος Robert Brown, ο οποίος παρατήρησε [pdf] ότι οι κόκκοι γύρης που επιπλέουν στο νερό κάτω από ένα μικροσκόπιο φαινόταν να
κινούνται τυχαία με τη θέλησή τους. Αυτό συμβαίνει γιατί ένας κόκκος γύρης
είναι 250.000 φορές μεγαλύτερο από τα μόρια του νερού, από τα οποία αναπηδούν
θερμική κίνηση. Αν και δεν φαίνονται με γυμνό μάτι,
συγκρούονται συνεχώς με τους πολύ μεγαλύτερους κόκκους γύρης,
από όλες τις κατευθύνσεις. Θα νομίζατε ότι όλες αυτές οι συγκρούσεις θα ακυρώνονταν
στο τέλος, αλλά επειδή είναι τυχαία, υπάρχουν πάντα μικροσκοπικά
ανισορροπίες ανά πάσα στιγμή—ελαφρώς περισσότερα μόρια πιέζουν το
κόκκου προς τα δεξιά παρά σπρώχνοντας προς τα αριστερά.

Αυτό
έχει επιπτώσεις για πιθανοτικές προβλέψεις. Κλασικά μιλώντας,
αν γυρίσετε ένα νόμισμα, θα λέγατε ότι υπάρχει πιθανότητα 50/50
θα προσγειωθούν κεφάλια ή ουρές, απλώς και μόνο επειδή δεν έχετε αρκετά
πληροφορίες σχετικά με τους πολλούς παράγοντες που θα μπορούσαν να επηρεάσουν την προσγείωσή του
θέση — ο ρυθμός περιστροφής, το ύψος, μια ελαφριά ριπή ανέμου. Σε
Αρχικά, θα μπορούσατε πάντα να αποκτήσετε περισσότερες πληροφορίες για να βελτιώσετε τη δική σας
πρόβλεψη ώστε να είναι πιο ακριβής. Η κλασική πιθανότητα είναι
ένας τρόπος να ποσοτικοποιήσουμε την άγνοιά μας, αν θέλετε. Επιπλέον, εσείς
να ξέρετε ότι η μία πλευρά είναι σίγουρα κεφάλια, και η άλλη είναι σίγουρα
ουρές πριν πέσει το νόμισμα. Άρα υπάρχει μηδενική πιθανότητα
θα είναι και κεφάλια και ουρά ταυτόχρονα.

Ποσοστό
η φυσική είναι θεμελιωδώς διαφορετική:Δεν υπάρχουν περισσότερες πληροφορίες
να αποκτήσει πέρα ​​από την αναφερόμενη πιθανότητα. Στον κβαντικό κόσμο,
τα πράγματα μπορούν να αιωρούνται σε ένα ασαφές, νεφελώδες σύννεφο πιθανοτήτων
περιλαμβάνει όλες τις πιθανές καταστάσεις:κεφαλές
και ουρές, σωματίδια και κύμα.
Τα πράγματα γίνονται οριστικά μόνο όταν μια παρατήρηση τα αναγκάζει να τακτοποιηθούν
σε ένα συγκεκριμένο αποτέλεσμα. Τεχνικά, το νόμισμα υπάρχει σε ένα
απροσδιόριστη κατάσταση τόσο των κεφαλιών όσο και των ουρών μέχρι να προσγειωθεί.

Αλλά
θα ήταν ανόητο να πιστεύουμε ότι αυτό ισχύει για τον κόσμο της μακροκλίμακας του
καθημερινότητα, σωστά; Αυτό ήταν όλο το νόημα του Σρέντινγκερ
cat, το διάσημο πείραμα σκέψης που επινοήθηκε από τον Erwin Schrödinger
απεικονίζουν τον παραλογισμό του κβαντικού πεδίου. Θα αφήσω τον Σέλντον
Cooper του The
Θεωρία Μεγάλης Έκρηξης
εξηγήστε:

Αυτό είναι
γιατί η δήλωση του Άλμπρεχτ τράβηξε την προσοχή μου:Υποστηρίζει ότι
αυτού του είδους η κβαντική πιθανότητα λειτουργεί σε κάθε κλίμακα, από μια απλή
ρίψη κέρματος για την πρόβλεψη του καιρού. Ο Άλμπρεχτ και το UC Davis του
Ο συν-συγγραφέας, Daniel Phillips, χρησιμοποίησε μια αναλογία με την μπάλα του μπιλιάρδου
επεξηγήστε αυτό—ή μάλλον, μόρια σε ένα αέριο που συγκρούονται με
ο ένας τον άλλον σαν μπάλες μπιλιάρδου. Δείχνουν ότι η αβεβαιότητα των
ένα τέτοιο σύστημα αυξάνεται με κάθε σύγκρουση, και όταν αυτό
η αβεβαιότητα γίνεται αρκετά μεγάλη, γίνονται τα κβαντικά φαινόμενα
ο κυρίαρχος παράγοντας στο αποτέλεσμα—όχι η κλασική μηχανική.

Μέγεθος
έχει σημασία όταν πρόκειται για τον αριθμό των συγκρούσεων που απαιτούνται για να επιτευχθεί αυτό
κατώφλι. Για ένα πραγματικό παιχνίδι μπιλιάρδου, χρειάζονται μόλις οκτώ
συγκρούσεις μεταξύ μπάλες του μπιλιάρδου για κβαντική αβεβαιότητα
κατακυριεύω; χρειάζονται 25 αν μιλάμε για αυτοκίνητα προφυλακτήρα. Αλλά
χρειάζεται μόνο μια σύγκρουση μεταξύ μορίων στο νερό ή τον αέρα για να
κάνουν την αβεβαιότητα αρκετά μεγάλη ώστε αυτό που συμβαίνει στο
Το κβαντικό επίπεδο επηρεάζει τις ιδιότητες μακροκλίμακας του συστήματος.

Του
ένα είδος χαοτικού συστήματος, στο οποίο οι μικροσκοπικές διακυμάνσεις στο
κβαντική κλίμακα—το ισοδύναμο μιας πεταλούδας που χτυπά τα φτερά της,
ας πούμε, Αφρική—ενισχύονται μέσω αμέτρητων μοριακών αλληλεπιδράσεων,
μέχρι να καταφέρουν συλλογικά να έχουν αντίκτυπο στο
μακροκλίμακα—ο παροιμιώδης ανεμοστρόβιλος στο Κάνσας. Άρα, γυρίζοντας ένα νόμισμα
είναι το πιθανοτικό ισοδύναμο της γάτας του Σρέντινγκερ:Το νόμισμα
Η τελική κατάσταση δεν μπορεί να προβλεφθεί μέχρι να αναστραφεί πραγματικά.

"Το
είναι πολύ πιθανό ότι όλες οι σοβαρές πιθανότητες, είτε πρόκειται για προσγείωση νομίσματος
Το heads-up ή ένα παιδί είναι θηλυκό, είναι εκδηλώσεις κβαντικού
τυχαιότητα», είπε ο φιλόσοφος David Papineau από το King's College του Λονδίνου στο Physics World πότε
ρώτησε για το έργο του Άλμπρεχτ και του Φίλιπς. «Πράγματι, έχουμε συσκευές, όπως μετρητές Geiger, που δείχνουν πόσο μεγάλοι
Τα αποτελέσματα προκαλούνται συχνά από τυχαία μικροσυμβάντα."

Ετσι,
εάν «όλες οι επιτυχημένες εφαρμογές πιθανοτήτων για την περιγραφή της φύσης
μπορούν να εντοπιστούν στην κβαντική προέλευση», όπως οι Albrecht και Phillips
διατηρούμε, αυτό σημαίνει ότι ακόμα και όταν νομίζουμε ότι χρησιμοποιούμε κλασική
πιθανότητες, κατά βάθος, είναι στην πραγματικότητα ο κβαντικός κόσμος που καλεί το
πυροβολισμοί. Ανοίγουμε το κουτί στη γάτα του Σρέντινγκερ κάθε φορά
γυρίστε ένα νόμισμα ή ελέγξτε τον καιρό, και αμέτρητες άλλες φορές κατά τη διάρκεια
κάθε μέρα.

Η Jennifer Ouellette είναι επιστημονική συγγραφέας και συγγραφέας του  Τα Ημερολόγια Λογισμού και τα προσεχή  Me, Myself and Why:Searching for the Science of Self. Ακολουθήστε την στο Twitter @JenLucPiquant.