Ich denke, diese Frage macht versteckte, unartikulierte Annahmen über die Realität. In der Physik machen wir Beobachtungen und versuchen dann, Modelle zu finden, die zu ihnen passen. Die Modelle gehören jedoch nur zu us und existieren in unseren Köpfen und Lehrbüchern.

Wir führen die Berechnungen durch, die erforderlich sind, um unsere Vorhersagen in unseren Modellen zu treffen. Wir können nicht sagen, ob die Natur ähnliche Berechnungen durchführt, und die Frage, wie Natur oder Partikel Berechnungen durchführen, erscheint mir falsch. Jaynes nannte dies den Irrtum der Gedankenprojektion; Sie projizieren Dinge, die in Ihrem Kopf existieren - Berechnungen und Modelle - in die Realität.

Als Antwort auf @knzhou würde ich jedoch nicht befürworten, jede Frage zur Physik mit der Tatsache zu beantworten, dass "Physik eine Reihe von Modellen ist". Es ist möglich, Modelle zu konstruieren, Fragen zu beantworten und Berechnungen durchzuführen, ohne unsere Berechnungen in die Realität zu projizieren.

Die Frage 'Woher weiß Wasser, dass es bei 100 ° C kocht?' wäre besser formuliert: "Wie erklärt unser Modell die Beobachtung, dass Wasser kocht?". Wir könnten das mit der Antwort von @ knzhou beantworten: "Dampfblasen haben endlich genug Energie, um sich gegen den Wasserdruck auszudehnen." Dies ist in der Tat eine wertvolle Erklärung.

Eine Möglichkeit, darüber nachzudenken, besteht darin, dass ein Partikel seine unmittelbare Umgebung "herausschnüffelt" und auf Gradienten reagiert: ein Trend wie ein abnehmendes Potenzial in eine Richtung.

Dies tun einzellige Organismen. Pflanzenorientierung in Richtung Sonne. Ein Fels auf einer Steigung "spürt", dass sein Schwerpunkt vom Kontaktpunkt mit dem Boden leicht abweicht. TDas ist natürlich alles lose gesprochen.

In der Physik erfassen Differentialgleichungen dieselbe Idee. $ F = \ frac {dV} {dx} = m \ frac {d ^ 2x} {dt ^ 2}. $ Winzige Differentiale geben Teilchen und Ladungen und Raumzeit Marschbefehle.

Es gibt eine andere mathematische Formulierung mit Lagrange und Aktionen, bei der ein Partikel den Pfad wählt, der die Aktion minimiert, als ob das Partikel weiß, welchen Pfad es nehmen soll. Oder Fermats Theorem, wonach Licht den Weg der kürzesten Zeit nimmt, als ob das Photon intelligent genug wäre, um viele Wege zu vergleichen. Dies kann so aussehen, als ob Partikel "wissen, wie sie sich verhalten sollen". Mathematisch sind diese Theoreme jedoch äquivalent zu Differentialgleichungen. Schließlich können Sie einen Pfad in viele winzige Segmente unterteilen und dann zu den Differentialen der Differentialgleichungen zurückkehren.

Es ist also alles eine sehr lokale Berechnung, die ein Partikel durchführen muss. Überall in der Wissenschaft finden wir ähnliche Ideen. In der (künstlichen) Intelligenz gibt es beispielsweise die Hebb-Regel: Viele Neuronen sind in einem großen Netzwerk verbunden, aber wenn das Netzwerk "lernt", nimmt jedes Neuron kleine Anpassungen daran vor, wie stark seine Verbindung nur zu den nächsten Nachbarn ist. Infolgedessen kann das gesamte Netzwerk lernen, eine komplexe Berechnung durchzuführen.

Hoffe, dass es sich dadurch etwas klarer anfühlt.

Woher weiß ein Partikel, wie es sich verhält?

Bereits im Titel geht es um Metaphysik, ein Bewusstsein wird dem Teilchen durch das Verb "wissen" zugeschrieben.

In der Physik geht es darum, Beobachtungsmessungen mit mathematischen Formeln zu modellieren, die zukünftiges Verhalten vorhersagen können. Das "Wissen" ist kollektiv und stammt aus einer Ansammlung einer enormen Anzahl von Beobachtungen.

Es gibt metaphysische Modelle, die Partikeln Bewusstsein zuschreiben. Ein bestimmtes Modell, das ich in meiner metaphysischen Ära gelesen habe (und immer darauf geachtet habe, Physik von Metaphysik zu trennen), ist das Modell der "Einheiten des Bewusstseins" von Janer Roberts, der Seth kanalisierte (metaphysischer kann man nicht sein :)). P. >

In diesem Modell existieren nur Bewusstseinseinheiten, die wie viele dimensionale kosmische Ketten von -Infinity bis + unendlich existieren und die Natur so aufbauen, wie wir sie beobachten. In diesem metaphysischen Rahmen hat die Frage eine Antwort.

In physikalischen Theorien und Modellen gibt es keine Antwort.

In der Physik ist das Verhalten eines Objekts (sei es ein elementares oder ein komplexes System) durch die Konstruktion der Theorie selbst immer vollständig eingeschränkt . Mit anderen Worten, wir schaffen Modelle der Natur (ich setze ein Kapital ein, um auf die Realität zu verweisen, auch über das hinaus, was die Physik darüber sagen kann), indem wir ihren Bestandteilen ausdrücklich jede Möglichkeit der Wahl oder Entscheidung verweigern. Auf diese Weise können wir vorhersagen, was unter bestimmten Bedingungen mit einem System geschehen wird, und genau das lässt die Physik überhaupt funktionieren. Es ist alles mechanisch.

Fragen Sie also: Woher weiß ein Partikel, wie es sich verhält? Verlassen Sie sich auf eine Art Kategoriefehler. Ein physikalisches Konzept wie "Teilchen" wurde genau so erstellt, dass diese Art von Frage nicht auftritt. Die anfängliche ähnliche Frage war so etwas wie "Wie passiert das, was ich in der Natur sehe", und die Antwort in der Physik besteht darin, eine mechanische, deterministische, vollständig spezifizierte Darstellung, ein Modell, zu erstellen, um eine Antwort auf die Form zu erhalten : 'weil das System so gemacht ist, muss das, was ich gesehen habe, passieren '.

Warum funktioniert das? Dies ist die uralte philosophische Frage nach der Natur physikalischer Gesetze.

Die Frage ergibt physikalisch keinen Sinn. Die Physik ist grundsätzlich empirisch . Dies bedeutet, dass Sie nicht mehr sagen können, als aus Ihren Beobachtungen hervorgeht, die ihre Grenzen haben.

Wir sehen, dass sich die Dinge ähnlich verhalten. Wir schließen daraus, dass es einige Regeln für ihr Verhalten ^{2 sup> gibt.}

Physik ist im Grunde eine Möglichkeit, die Zukunft vorherzusagen, wobei diese Regeln eine grundlegende Rolle spielen. Sie modellieren die Realität, sie behaupten nicht, dass sie die Realität genau darstellen.

Wir wissen nicht, woher die Regeln stammen. Wir wissen nicht einmal, ob es einige Regeln gibt, die grundlegend sind. Sie können nicht sagen, ob es ein gottähnliches Wesen gibt, das alle Partikel von Hand bewegt und Sie dazu bringt, zu glauben, dass es einige Regeln gibt.

Die Methode, mit der die Regeln zur Vorhersage der Ergebnisse verwendet werden, ist möglicherweise nicht wirklich real, funktioniert aber auch ohne diese Annahme gut genug.

Wir wissen nur, dass sie statistisch funktionieren und uns einen großen Teil der Zukunft vorhersagen lassen, an der wir interessiert sind.

^{1 sup> Die Schlussfolgerung ist der letzte Schritt. Es gibt eine Annahme - Hypothese, dann führen wir eine Reihe von Tests - Experimenten - durch, um festzustellen, ob die vorgeschlagene Regel, die wir testen, tatsächlich das Ergebnis vorhersagt. Wenn es gut läuft, legen wir die Regel fest, die als Gesetz bezeichnet wird.}

^{2 sup> Der entscheidende Punkt ist, dass wir erkennen können, welche Dinge einander ähnlich sind und dass sich dieselben Dinge zu verschiedenen Zeitpunkten (oder eher Raum-Zeit) gleich verhalten. . Dies bedeutet, dass an einem Ort festgelegte Regeln an einem anderen funktionieren. Wenn sie nicht transitiv wären, wären sie nutzlos.}

Wenn wir davon ausgehen, dass alle unsere besten Beschreibungen des Universums buchstäblich wahr sind (wir sind sicher, dass dies nicht der Fall ist, weil sie noch nicht perfekt konsistent sind, aber mit mir aushalten) ...

Das Partikel weiß nichts. Die Quantenfelder sind alles, was es im Universum gibt, und sie verhalten sich alle nach einem extrem einfachen Regelwerk und interagieren. Diese Regeln sind alles, was es im Universum gibt - alles andere sind nur Effekte höherer Ordnung dieser einfachen Regeln. Ein Partikel, das Sie beobachten können, folgt aus diesen einfachen Regeln, ebenso wie Ihr Beobachtungsinstrument und Sie selbst.

Und auf der Ebene eines Menschen haben Sie Denkprozesse, bei denen angenommen wird, dass sich die Dinge irgendwie verhalten, weil sie "wollen", weil unser Gehirn durch natürliche Auslese geformt wurde, um sich in andere Menschen hineinzuversetzen - und Menschen tun Dinge, weil sie es wollen. Sie sind verwirrt, weil für Ihr Gehirn ein vollständig empfindungsfähiges Wesen wie Thor, der einen Blitz wirft, für Sie eine einfachere Erklärung als die Quantenfeldtheorie zu sein scheint - weil Ihr Gehirn bereits über Schaltkreise verfügt, um andere Menschen zu verstehen und hinzuzufügen " kann einen Blitz werfen, wenn er will "ist eine einfache Extrapolation davon.

Die Entwicklung der Quantenfeldtheorie (die wahrscheinlich immer noch nicht so funktioniert, wie das Universum tatsächlich funktioniert; es gibt einige Probleme, die noch entwickelt werden müssen) hat sehr lange gedauert, auch weil unsere Intuitionen nur sehr schlecht sind Bild davon, was das Universum tatsächlich ist - und weil die grundlegenden beweglichen Teile mit einer nützlichen Auflösung so schwer zu beobachten sind. Die natürliche Selektion hat uns nicht direkt darauf vorbereitet, da ein grundlegendes Verständnis der Kinematik beim Werfen von Speeren genauso gut ist wie beim QFT, aber weitaus billiger.

Letztendlich wird unser Verständnis des Universums von unserer Wahrnehmung geprägt, die sich selbst unter dem Druck der natürlichen Auslese entwickelt hat. Es gibt eine anständig konsistente Beschreibung unseres Universums, in der Zeit überhaupt nicht existiert - es gibt möglicherweise nicht einmal so etwas wie Kausalität (Barbours "Das Ende der Zeit" ist etwas veraltet, extrapoliert aber im Grunde genommen allgemein Relativitätstheorie auf eine Weise, die Zeit und Kausalität eliminiert, ohne unsere Wahrnehmung von Zeit und Kausalität zu beeinflussen). Der Grund, warum Zeit für uns offensichtlich und unvermeidlich erscheint, ist, dass unser Gehirn eine bestimmte Art von relativer Zeit verfolgt - es ist ein Hack, der durch natürliche Selektion erzeugt wird und uns (letztendlich) bei der Reproduktion verbessert. Aber es würde in einem Universum, in dem ein separater Zeitbegriff existiert, genauso gut funktionieren wie in einem Universum, in dem Zeit nur eine Illusion einer momentanen Konfiguration von Partikeln ist, die möglicherweise in Beziehung zu anderen Partikeln in unterschiedlichen Konfigurationen stehen oder nicht / p>

Unsere Modelle bilden viele mögliche zugrunde liegende Realitäten ab. In einigen Fällen können wir den Unterschied (noch) buchstäblich nicht erkennen. Ein typisches Argument ist, dass unser Universum möglicherweise nur eine Simulation ist, die auf einem Computer eines Schülers im tatsächlichen Universum ausgeführt wird. Der einzige wirkliche Unterschied besteht darin, die tatsächlichen Regeln des Systems zu kennen - aber wir können nie 100% sicher sein, dass die Regeln, die wir haben, die tatsächlichen Regeln sind. Alles, was wir haben, ist eine Heuristik, die für die Wissenschaft sehr gut funktioniert zu haben scheint - es gibt keine grundlegend komplexe Sache (z. B. kann eine grundlegende Eigenschaft eines Elektrons nicht so kompliziert sein wie menschliches Denken - solche komplexen Dinge brauchen "bewegliche Teile" ", sozusagen), und je einfacher etwas ist, desto wahrscheinlicher ist es, dass es wahr ist.

Insbesondere die zweite wird sowohl von der Laienöffentlichkeit als auch von vielen Wissenschaftlern wild missbraucht - die Leute behaupten schnell, die Newtonsche Physik sei einfacher als die relativistische Physik. Aber was hier zählt, ist nicht, wie einfach es für den Menschen klingt (oder zu berechnen ist) - das geht auf den Anthropomorphismus zurück, mit dem wir begonnen haben. Die Beschreibung des Elektromagnetismus in der Quantenfeldtheorie ist die einfachste, die wir bisher entwickelt haben - trotz der Tatsache, dass es ziemlich einfach ist, den Stromfluss in einem einfachen Schaltkreis mit älteren Modellen zu modellieren, während wir nicht wirklich dasselbe tun können QFT. Aber das Universum scheint ( richtig ?: P) eine große Menge extrem einfacher Berechnungen einer schnellen Annäherung vorzuziehen.

Das Universum scheint aus einer Reihe grundlegender Regeln zu bestehen. Alles, was wir um uns herum sehen, passiert, wenn Sie diese Regeln anwenden. Dies schließt unsere Beobachtungen von Partikeln und deren "Verhalten" ein. Die ganze Verwirrung besteht nur darin, menschliches Denken auf Dinge anzuwenden, die überhaupt nicht menschlich sind.

Ich werde das nicht sehr gut erklären, aber ertrage es mit mir.

Der Satz von Noether besagt, dass jedes Erhaltungsgesetz als Symmetrie ausgedrückt werden kann. Das heißt:

• zu sagen, dass Energie gespart wird, ist dasselbe wie zu sagen, dass physisches Verhalten zeitsymmetrisch ist (physikalische Gesetze sind unabhängig von der Zeit gleich)
• zu sagen, dass der Impuls erhalten bleibt, ist dasselbe wie zu sagen, dass physikalisches Verhalten translatorisch symmetrisch ist (physikalische Gesetze sind die gleichen, unabhängig davon, wo sich das Teilchen im Raum befindet)
• Die Aussage, dass der Drehimpuls erhalten bleibt, ist dasselbe wie die Aussage, dass das physikalische Verhalten rotationssymmetrisch ist (physikalische Gesetze sind unabhängig davon, wohin das Teilchen zeigt)

Und so weiter. Mit anderen Worten, diese grundlegenden Gesetze der Physik sind eine Möglichkeit, Symmetrien auszudrücken.

Handgewellt existieren die Erhaltungsgesetze für Partikel, weil das physikalische Universum so einfach ist, wie es nur sein kann . Wir kennen keine speziellen Regeln, die besagen, dass sich das Universum zu verschiedenen Zeiten oder an verschiedenen Orten unterschiedlich verhält. Das ist wirklich alles, was diese Gesetze der Physik ausdrücken.

https://en.wikipedia.org/wiki/Noether%27s_theorem

Die beste Antwort sind Felder.Wir verstehen Felder, wissen aber, woher sie kommen.Und denken Sie daran, dass Mathematik und Physik just ein Modell sind.

Jedes Teilchen addiert also alle Kräfte, die auf es ausgeübt werden (Kräfte sind Vektoren und Kräfte in entgegengesetzten Richtungen heben sich [teilweise] auf).Jetzt hat es einen Kraftvektor.Seine Masse ist eine Konstante.Es beschleunigt also nur in Kraftrichtung um einen Betrag, der proportional zur Größe der Kraft ist.Nach dem Umzug können sich die Kräfte ändern, so dass alles wieder funktioniert.Es muss nur diese eine einfache Berechnung durchgeführt werden, aber immer und immer wieder (einmal pro Plankenzeit).

Sie können dies auch mit dieser "Just in Time" -Methode tun, sie dauert jedoch länger.Der Trick ist, dass ein Partikel diese einfache Berechnung in einer Plankenzeit durchführen kann (ohne Zeit zu verlieren).Es gibt keine Möglichkeit, nach vorne zu schauen.

Dinge sind nicht immer Teilchen, manchmal sind es Wellen.

Im Gegensatz zu einigen anderen, die antworten, werde ich sagen, dass diese Frage eine sehr klare Antwort hat.Und ich werde versuchen, es kurz und bündig zu halten:

TL; DR: Es ist Entropie .

Was letztendlich die Bewegung eines Partikels bestimmt, ist die auf es ausgeübte Nettokraft.Die grundlegenden Feldkräfte (die aus der Ferne ohne physischen Kontakt auftreten) [die wir kennen] sind:

1. Schwerkraft,
2. die nukleare starke Kraft,
3. die elektromagnetische Kraft und
4. die nukleare schwache Kraft.
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Und dann gibt es die Kontaktkräfte:

5. angewandte Kraft,
6. Reibungskraft,
7. Luftwiderstand,
8. die Federkraft und vieles mehr (siehe: hier)
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Um auf Ihre spezielle Frage einzugehen, findet keine Berechnung statt.Stellen Sie sich 4 Leute vor, die Sie von verschiedenen Seiten anstoßen.Sie müssen nicht berechnen, in welche Richtung Sie fallen - Sie fallen einfach in die Richtung, in der die Widerstandskraft am geringsten ist.