Wenn es hilft, ist es nicht so, dass die Natur des Universums zufällig ist, sondern dass wir es in der Quantenmechanik als zufällig modellieren.

In der Wissenschaft gibt es viele Fälle, in denen wir das tatsächliche Verhalten eines Systems aufgrund aller möglichen Effekte wie Messfehler oder chaotisches Verhalten nicht modellieren können. In vielen Fällen müssen wir uns jedoch nicht genau darum kümmern, wie sich ein System verhält. Wir müssen uns nur um das statistische Verhalten des Systems kümmern.

Betrachten Sie dies. Wir werden einen Würfel werfen. Wenn es 1, 2 oder 3 landet, gebe ich Ihnen \ $ 1. Wenn es 4, 5 oder 6 landet, gibst du mir \ $ 1. Es ist theoretisch sehr schwierig für Sie vorherzusagen, ob ein Wurf dazu führen wird, dass Sie mir \ $ 1 oder ich Ihnen \ $ 1 geben. Wenn wir diesen Würfel jedoch 100 Mal würfeln, können wir anfangen, über Erwartungen zu sprechen. Wir können anfangen darüber zu reden, ob dieser Würfel ein fairer Würfel ist oder ob ich einen gewichteten Würfel habe. Wir können das Verhalten dieses Würfels mithilfe von Statistiken modellieren.

Wir können dies tun, bis es nützlich wird, mehr zu wissen. Es gibt berühmte Geschichten von Menschen, die mit Roulette Geld verdienen, indem sie Computer verwenden, um vorherzusagen, wo der Ball voraussichtlich aufhören wird. Wir nehmen einen Teil der Zufälligkeit aus dem Modell heraus und ersetzen es durch Wissen über das System.

Die Quantenmechanik behauptet, dass das grundlegende Verhalten der Welt zufällig ist, und wir stützen dies mit statistischen Studien, die zeigen, dass es unmöglich ist, das Verhalten des Universums von zufällig zu unterscheiden.

Das heißt nicht, dass das Universum zufällig ist. Es mag eine versteckte Logik geben, und wir stellen fest, dass sie doch deterministisch war. Nach Jahrzehnten des Experimentierens sind wir jedoch in vielerlei Hinsicht zuversichtlich, dass das Universum nicht deterministisch sein kann. Wir haben Experiment für Experiment zusammengestellt, wie den Quantenlöscher, für den niemand das Verhalten des Experiments besser vorhersagen konnte als die Zufälligkeit von QM.

In der Tat sind die Möglichkeiten, wie das Universum deterministisch sein kann, so außergewöhnlich, dass wir glauben, dass das Universum nicht so fantastisch sein kann.Zum Beispiel gibt es viele Möglichkeiten, wie das Universum deterministisch sein kann, solange bestimmte Informationen sofort übertragen werden können (schneller als Licht).Da wir keine Möglichkeit beobachtet haben, Informationen im normalen Sinne schneller als Licht zu übertragen, zögern wir, diese deterministischen Beschreibungen des Quantenverhaltens (wie die Pilotwelleninterpretation) zu akzeptieren.

Und am Ende ist das alles, was die Wissenschaft jemals tut.Es kann uns niemals sagen, dass etwas wirklich zufällig ist.Es kann uns niemals sagen, was etwas wirklich ist.Es sagt uns, dass das beobachtete Verhalten des Systems nicht von dem der wissenschaftlichen Modelle zu unterscheiden ist und viele dieser Modelle Zufallsvariablen enthalten.

Wie Feynman sagte, als er die ersten Prinzipien der Quantenmechanik darlegte:

Wie funktioniert es?Was ist die Maschinerie hinter dem Gesetz? "Niemand hat Maschinen hinter dem Gesetz gefunden.Niemand kann mehr "erklären" als wir gerade "erklärt" haben.Niemand wird Ihnen eine tiefere Darstellung der Situation geben.Wir haben keine Vorstellung von einem grundlegenderen Mechanismus, aus dem diese Ergebnisse abgeleitet werden können.

Wir wissen nicht, wie wir vorhersagen sollen, was unter bestimmten Umständen passieren würde, und wir glauben jetzt, dass es unmöglich ist - dass das only-Ding, das vorhergesagt werden kann, die Wahrscheinlichkeit verschiedener Ereignisse ist. Es muss erkannt werden, dass dies der Fall isteine Kürzung unseres früheren Ideals, die Natur zu verstehen.Es mag ein Rückschritt sein, aber niemand hat einen Weg gefunden, dies zu vermeiden.

Diese fettgedruckte Aussage ist das, was @SuperCiocia sagt.

Es ist seltsamer als Sie dachten.

Die Wellenfunktion selbst ist vollständig deterministisch. Die Leute sagen oft "es sind die Messungen, die wahrscheinlich sind", aber das ist auch nicht richtig. Die Messung ist deterministisch , wenn Sie das Messgerät in die Wellenfunktion einbeziehen. Und darin liegt der Kern des großen Geheimnisses und die großen philosophischen Fragen, ob wir uns selbst in die Wellenfunktion einbeziehen sollten. Mathematisch gesehen sollten wir das, und das gibt uns die Interpretation der vielen Welten.

Die eigentliche Frage ist: Warum erlebe ich subjektiv ein probabilitisches Ergebnis? Wir haben keine pholosophischen Antworten auf das, worauf sich "Ich" und "Erfahrung" in diesem Satz beziehen. Eine andere Möglichkeit ist, dass die eigentliche Frage ist, warum ich nicht die gesamte Wellenfunktion erlebe.

Wenn ein Bewusstsein (aus unbekannten Gründen) nur ein Ergebnis von den vielen erleben kann, die wirklich alle tatsächlich passieren , dann kann eine probabilistische subjektive Erfahrung die einzig mögliche Erfahrung sein. Es stellt sich dann die Frage, wie wir Wahrscheinlichkeiten mit der Wellenfunktion verknüpfen. Warum ist die Wahrscheinlichkeit proportional zum Quadrat der Amplitude? Niemand weiß es wirklich, aber vielleicht gibt es eine tiefe Erklärung, die auf hier hingewiesen wird, obwohl ich gestehe, dass ich es selbst nicht vollständig verstehe, aber die Antwort könnte wiederum sein, dass es eine mathematische Notwendigkeit ist.

a) Ich würde es nicht "zufällig", sondern "probabilistisch" nennen.

b) Die Entwicklung eines Systems ist vollständig deterministisch.Es ist das Ergebnis von Messungen , das probabilistisch ist.

c) Ihre Argumentation ist falsch.Die Wahrscheinlichkeitscharakteristik der Messergebnisse ist für die Quantenmechanik ( das Messproblem) von wesentlicher Bedeutung, unabhängig von den Besonderheiten des Messgeräts.

Quantum Unbestimmtheit ist der Schlüssel zum Pfeil der Zeit

Es gibt keine Maschinerie, um die Zufälligkeit zu erklären (wie Mr. Anderson von Feynman antwortete), aber vielleicht kann eine Verbindung zu anderen Phänomenen helfen.

Ich werde hier auf die Nerven gehen, weil die Antworten in diesem Forum von etablierten Wissenschaftlern stammen sollen. Aber ich denke, ich kann mich für eine wichtige Erklärung aussprechen, die meiner Meinung nach logisch folgt, die ich aber in der Literatur nicht gesehen habe.

Vielleicht scheint die Quantenzufälligkeit weniger willkürlich, wenn wir diese Verbindung herstellen:

Es besteht ein grundlegender Zusammenhang zwischen Quantenzufälligkeit und dem Zeitpfeil.

Spezielle Relativitätstheorie und Zeitumkehr

Aus der Speziellen Relativitätstheorie wissen wir, dass alle Trägheitsrahmen gleichermaßen gültig sind und dass die Gesetze der Physik in einem (nicht beschleunigenden) Rahmen genau dieselben sind wie in jedem anderen. Dieses Prinzip gilt auch für Referenzrahmen, bei denen die Zeit umgekehrt ist. Tatsächlich ist die Feynman-Stueckelberg-Interpretation von Antimaterie die Idee, dass Antimaterie eine Materie ist, die in der Zeit rückwärts geht.

Zeitumkehr und Entropie

Aber wir wissen aus dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik, dass die Entropie entweder zunimmt oder gleich bleibt, aber nicht abnimmt (zumindest nicht auf der Makroskala). Ein Prinzip besagt also, dass die Gesetze der Physik unter Zeitumkehr gleich sind (eigentlich etwas, das als CPT bezeichnet wird), ein anderes besagt, dass Entropieerhöhungen irreversibel sind.

Dieser Widerspruch heißt Loschmidts Paradoxon.

Zeitumkehr und Quantenauswahl

Hier ist die Idee, die ich mir ausgedacht habe. Es ist wahrscheinlich schon irgendwo da draußen, ich habe es gesehen und aber nicht gesehen. Wenn jemand weiß, wo dies entwickelt wurde (wenn ja), hätte ich gerne eine Referenz.

Wenn eine Folge von Ereignissen deterministisch ist (eine ohne zufällige Quantenauswahl), muss auch die zeitliche Umkehrung dieser Folge deterministisch sein, und die Umkehrung dieser Folge würde das System immer in seinen ursprünglichen Zustand zurückversetzen.

Wenn eine Folge von Ereignissen jedoch zufällige Quantenauswahl beinhaltet, beinhaltet die Umkehrung dieser Sequenz auch zufällige Quantenauswahl, und diese Auswahl muss das System nicht in seinen ursprünglichen Zustand zurückversetzen, wenn die Zeit auf die ursprüngliche Zeit zurückgesetzt wird .

Hier ist eine Sequenz mit einer zufälligen Auswahl: Ein Photon geht auf ein Atom zu, es wird von diesem Atom absorbiert, das Atom wartet eine zufällige Zeitspanne, es emittiert ein Photon in einer zufälligen Richtung und das Photon bewegt sich von diesem Atom weg .

Wenn wir mit dem Ende dieser Sequenz beginnen und die Zeit umkehren könnten, erhalten wir dieselbe Art von Sequenz, aber die Zeit, in der das Atom in einem angeregten Zustand existiert, hängt nicht von der ursprünglichen Zeit ab und wird daher wahrscheinlich nicht ablaufen Die gleiche Zeitdauer und die Richtung, in die das Photon emittiert wird, ist ebenfalls zufällig und wird wahrscheinlich nicht in der ursprünglichen Richtung liegen.

Wir können also festlegen, dass beide Regeln der Physik zwischen einem zeitlich vorwärts und zeitlich rückwärts gerichteten Frame gleich sind und dass die vorwärts und rückwärts gerichteten Sequenzen immer noch unterschiedlich sind, solange es zufällige Quantenauswahlmöglichkeiten in dieser Sequenz gibt.

Ich denke also, die Lösung für Loschmidts Paradoxon lautet wie folgt: Wenn die Entropie in einem Prozess zunimmt und der Prozess daher irreversibel ist, muss er zufällige Quantenentscheidungen beinhalten. Wenn ein Prozess deterministisch ist und keine zufälligen Quantenentscheidungen beinhaltet, muss er auch reversibel sein, damit die Entropie in diesem System gleich bleibt.

Wir wissen nicht einmal, dass das Universum grundsätzlich zufällig ist. Dies ist nur die beliebteste Interpretation (genannt Kopenhagener Interpretation) . In dieser Interpretation ist das Verhalten von Partikeln ohne tiefere Argumentation probabilistisch, und das "Warum" bleibt den Philosophen (oder möglicherweise einer zukünftigen Theorie von allem) überlassen.

Es gibt andere Interpretationen, bei denen das Universum nicht grundsätzlich zufällig ist. Interpretationen versteckter Variablen sagen, dass QM tatsächlich deterministisch ist, aber wir beschäftigen uns mit Wahrscheinlichkeiten, weil nicht genügend Informationen über einige versteckte Variablen vorliegen.

Dies scheint die logischste erste Vermutung zu sein. Aufgrund des in den 60er Jahren entdeckten Bellschen Theorems wissen wir jedoch, dass jede deterministische QM-Interpretation notwendigerweise non-local sein muss - das heißt, es erfordert alle Teilchen im Universum irgendwie miteinander verbunden sein und in der Lage sein, schneller als Licht zu kommunizieren.

Grundsätzlich sind Physiker eher bereit, Determinismus als Lokalität zu verwerfen.

Sie fragen sich, warum QM zufällig ist (was in Ihrem Fall angesichts des Kontexts als probabilistisch verwendet wird), und es ist richtig zu sagen, dass QM probabilistischer Natur ist und unsere zugrunde liegende Welt und unser Universum uns scheinen quantenmechanisch und wirklich probabilistisch sein.

Gibt es eine Möglichkeit, das System so zu verstehen, dass es einen Anfangszustand hat, der es zu dieser Schlussfolgerung gezwungen hat? "Die Antwort ist ein qualifiziertes" Nein ": Es gibt Interpretationen mit versteckten Variablen wie die Pilotwellentheorie, die Quanten interpretieren Mechanik als deterministische Theorie, die nicht erkennbare globale Informationen enthält.

Der Punkt ist global. Es gibt Quanteneffekte, die klassisch nicht verstanden werden können.

Mit einigen Gedankenexperimenten (mein Favorit ist ein Spiel namens Verrat) kann man beweisen, dass es Quanteneffekte gibt, die mit klassischen lokalen Informationen nicht verstanden werden können

Jetzt ist das Universum letztendlich quantenmechanisch und probabilistisch. Es mag einen zugrunde liegenden Mechanismus geben, der von uns nicht verstanden wird, aber einige geben ausdrücklich an, dass dieser zugrunde liegende Mechanismus, der das Universum für uns völlig deterministisch erscheinen lässt, nicht bekannt sein kann. Der Fehler liegt nicht in unseren Messgeräten. Wir wissen, dass wir den zugrunde liegenden Mechanismus nicht kennen (auch wenn es einen gibt).

In einem tieferen Sinne ist Zufälligkeit unsere Art, über Informationen zu argumentieren, die wir nicht kennen. Ob es unerkennbare Informationen gibt, die alles deterministisch machen, ist bekannt, dass wir sie nicht wissen können (nicht nur nicht).

Woher wissen wir, dass bestimmte Quanteneffekte zufällig sind?

Die Antwort auf Ihre Frage lautet also, dass der Fehler nicht in unseren Messgeräten liegt, das Universum für uns wirklich probabilistisch erscheint und QM der beste Weg ist, ihn zu beschreiben, der am besten zu den Experimenten passt.QM ist einfach probabilistisch, weil es ein Universum beschreibt (modelliert), das uns als wahrhaft probabilistisch erscheint, und es gibt unseres Wissens keinen (grundlegenderen) Mechanismus.

Die Quantenmechanik ist zufällig oder genauer gesagt probabilistisch, weil die Natur grundsätzlich nicht deterministisch ist. Natürlich gibt es diejenigen, die an deterministischen Erklärungen festhalten, wie die böhmische Mechanik, indem sie mathematische Beweise ignorieren, genauso wie es diejenigen gibt, die an Dingles Argument gegen die Relativitätstheorie festhalten. Aber das Argument "Ich verstehe den Beweis nicht, deshalb ist der Beweis falsch" ist kein gültiges wissenschaftliches Argument, auch wenn die Argumente, die den Determinismus widerlegen, erheblich schwerer zu verstehen sind als die Argumente, die beweisen, dass Dingle falsch war.

Die Schrödinger-Gleichung mag zwar deterministisch erscheinen, bestimmt aber nur die Wahrscheinlichkeiten. Wahrscheinlichkeiten bestimmen nicht die Ergebnisse. Quantenwahrscheinlichkeiten folgen einer anderen mathematischen Struktur als die klassische Wahrscheinlichkeitstheorie, gerade weil klassische Wahrscheinlichkeiten durch Unbekannte oder "versteckte Variablen" bestimmt werden. Die mathematische Struktur der Quantenmechanik ist genau so, wie sie ist, weil es keine versteckten Variablen gibt, die die Messergebnisse bestimmen.

Es gibt zahlreiche mathematische Beweise für diese Tatsache, beginnend mit von Neuman (1936). Weitere Beweise wurden von Jauch & Piron (1963), Gudder (1968) und vielen anderen vorgelegt, aber sie sind so abstrakt, dass nur wenige Physiker sie verstehen. Kochen und Specker gaben 1967 einen Beweis, den mehr Physiker verstehen. Bell selbst gab 1966 einen Beweis (der jedoch früher geschrieben wurde), basierend auf Arbeiten von Gleason. Nur Bell verstand den Beweis immer noch nicht und behauptete, dass etwas damit nicht stimmte . Bell selbst gab einen Beweis in Bells Theorem (1964), der allgemein anerkannt wurde, weil er direkt experimentell überprüfbar und weniger abstrakt ist als andere Beweise, wobei nur verlangt wird, dass die klassische Wahrscheinlichkeitstheorie durch experimentelle Beweise widerlegt wird, die seitdem erhalten wurden .

Ich habe in meinen zweiten Büchern eine tiefere Diskussion geführt und in meinem dritten zwei Demonstrationen gezeigt, dass die Natur grundsätzlich nicht deterministisch ist (siehe mein Profil für Links)