В классической физике обычно предполагается, что если мы знаем, где находится объект и его скорость, мы можем точно предсказать, куда он пойдет. Предполагаемый высший разум, обладающий знаниями обо всех существующих объектах в настоящее время, сможет с уверенностью знать будущее, а также прошлое вселенной с бесконечной точностью. Пьер-Симон Лаплас проиллюстрировал этот аргумент, позже названный демоном Лапласа, в начале 1800-х годов, чтобы проиллюстрировать концепцию детерминизма в классической физике.
Принято считать, что только с появлением квантовой физики детерминизм был поставлен под сомнение. Ученые выяснили, что не все можно сказать с уверенностью, и мы можем только рассчитать вероятность того, что что-то может вести себя определенным образом.
Но действительно ли классическая физика полностью детерминирована?? Флавио Дель Санто, исследователь Венского института квантовой оптики и квантовой информации Австрийской академии наук и Венского университета, и Николас Гизен из Женевского университета обращаются к этому вопросу в своей новой статье «Физика без детерминизма: альтернативные интерпретации».
Классическая физика », опубликованной в журнале Physical Review A. Основываясь на предыдущих работах последнего автора, они показывают, что обычная интерпретация классической физики основана на неявных дополнительных предположениях. Когда мы что-то измеряем, например длину стола линейкой, мы находим значение с конечной точностью, то есть с конечным числом цифр. Даже если мы воспользуемся более точным измерительным прибором, мы просто найдем больше цифр, но все же их конечное количество. Однако классическая физика предполагает, что даже если мы не сможем их измерить, существует бесконечное количество заранее определенных цифр.
Это означает, что длина стола всегда точно определяется.
Представьте теперь, что вы играете в вариант игры «Багатель» или «пин-борд», где доска симметрично заполнена булавками.
Когда маленький шарик скатывается по доске, он ударяется о булавки и перемещается либо вправо, либо влево от каждой из них. В детерминированном мире совершенное знание начальных условий, при которых мяч входит в доску (его скорость и положение), однозначно определяет путь, по которому мяч будет следовать между кеглями.
Классическая физика предполагает, что если мы не можем получить один и тот же путь в разных прогонах, то это только потому, что на практике мы не смогли установить точно такие же начальные условия. Например, потому что у нас нет бесконечно точного измерительного прибора, чтобы установить начальное положение мяча при входе на доску.
Авторы этого нового исследования предлагают альтернативную точку зрения: после определенного количества кеглей будущее мяча действительно случайно, даже в принципе, а не из-за ограничений наших измерительных инструментов.
При каждом ударе мяч имеет определенную склонность или тенденцию отскакивать вправо или влево, и этот выбор не определяется априори. Для первых нескольких попаданий путь может быть определен с уверенностью, то есть склонность составляет 100% для одной стороны и 0% для другой. Однако после определенного количества выводов выбор не предопределен, и склонность постепенно достигает 50% для правых и 50% для левых выводов.
Таким образом, можно думать, что каждая цифра длины нашей таблицы определяется процессом, аналогичным выбору движения влево или вправо при каждом ударе маленького мяча. Поэтому после определенного количества цифр длина больше не определяется.
Таким образом, новая модель, представленная исследователями, отказывается от обычного приписывания физического значения математическим действительным числам (числам с бесконечными заранее заданными цифрами). Вместо этого в нем говорится, что после определенного количества цифр их значения становятся действительно случайными, и четко определяется только склонность к принятию определенного значения. Это приводит к новому пониманию взаимосвязи между классической и квантовой физикой.
Фактически, когда, как и при каких обстоятельствах неопределенная величина принимает определенное значение – это печально известный вопрос в основах квантовой физики, известный как проблема квантового измерения. Это связано с тем, что в квантовом мире невозможно наблюдать реальность, не изменяя ее. Фактически, значение измерения квантового объекта еще не установлено, пока наблюдатель не измерит его.
Это новое исследование, с другой стороны, указывает на то, что та же проблема всегда могла быть скрыта за успокаивающими правилами классической физики.