-

boson : nihil est sine ratione

Konieczność prawdopodobieństwa, czyli naturalność indeterminizmu

Capture d’écran 2019-01-12 à 13.50.41.pngZmierzony rozkład czasu życia (ultra-zimnych, UCN) neutronów = 14 minut i 38 sekund, średnio.

___

Najczęściej wysuwanym zastrzeżeniem wobec fizyki kwantowej (np. przez zawziętych marksistów lub mechanicystów) jest fundamentalna i „nieredukowalna” w niej rola prawdopodobieństwa, czy inaczej – nieusuwalny z niej indeterminizm.

Jak już wielokrotnie pisałem – nie rozumiem tych fobii, bo przecież tak często wielbiony determinizm fizyki klasycznej był tylko formalny, tzn. wymagający nieskończenie precyzyjnej wiedzy (czyli nieosiągalnej) nt. stanu fizycznego w jakimś momencie, i w rzeczywistości owa fizyka klasyczna pełna jest chaosu, na pociechę zwanego… deterministycznym.

To co równie mocno wyróżnia fizykę kwantową to jest zupełnie fundamentalna rola symetrii tamże – i znowu, symetrie są oczywiście także obecne w fizyce klasycznej, tyle że pełnią tam rolę dużo, dużo mniejszą. Przyczyna jest prosta – to istnienie w fizyce kwantowej niewielkiej liczby rodzajów cząstek elementarnych. Warto sobie uświadomić, że „prawie” cała fizyka świata jaki nas otacza to raptem wynik oddziaływań kwarków dwóch rodzajów, d, oraz elektronów. Kwarki składają się na protony i neutrony, a te z kolei tworzą jądra wokół których są „uwięzione” w atomach elektrony. I już.

Rzeczą nową i bardzo fundamentalną jest ABSOLUTNA identyczność cząstek jednego rodzaju. Mało tego, obiekty utworzone z tych elementarnych cegiełek, takie jak atomy, także są absolutnie identyczne! Ta identyczność ma szereg konkretnych, bardzo spektakularnych następstw, takich jak zakaz Pauliego, czy występowanie różnego rodzaju egzotycznych stanów materii, choćby nadprzewodnictwa i nadciekłości, czy gwiazd neutronowych.

Identyczność atomów oznacza niejako doskonałość ich struktury – elektrony są uwięzione w każdym z tych atomów w DOKŁADNIE ten sam sposób! Mało tego, jeśli dany atom wzbudzimy w jakiś sposób, to znaczy dostarczymy mu energii tak aby któryś elektron opuścił swój stan podstawowy, stabilny i przeniósł się do niestabilnego stanu o wyższej energii potencjalnej, to jego powrót do stanu podstawowego MUSI być całkowicie spontaniczny, tzn. zupełnie przypadkowy.

A jaki jest bezpośredni dowód na tę spontaniczność? Bardzo prosty i bardzo precyzyjnie sprawdzony – to wykładniczy rozkład czasu „życia” takiego wzbudzonego stanu. Skoro struktura zarówno stanu podstawowego jak i tego wzbudzonego jest ZAWSZE taka sama to znaczy, iż w każdej chwili dany stan jest identyczny i żadna chwila nie jest tu wyróżniona. Zapiszmy to matematycznie, dzieląc czas t (oczekiwania na przejście do stanu podstawowego) na N interwałów t/N, i przejdźmy do granicy N  ∞:

Capture d’écran 2018-05-23 à 09.52.28.png

gdzie jest to prawdopodobieństwo, iż atom pozostał w stanie wzbudzonym aż to chwili (tj. po niezależnych, statystycznie rzecz biorąc, interwałach – tzw. „sukcesach” wedle rozkładu Bernoulliego w rachunku prawdopodobieństwa**), a stałe w czasie prawdopodobieństwo przejścia (czyli tzw. „porażki” = λt/N) w interwale czasowym t/N jest mierzone stałą „siły” przejścia, λ. Wiele tysięcy doświadczeń (vide przykład u góry) potwierdza dokładnie wykładniczy charakter takich „czasów życia”, a więc całkowicie SPONTANICZNY czyli losowy charakter procesu "rozpadu". Ponadto, owa λ pozostaje niezmienna, niezależnie od tego jaka była "historia" danego atomu. Inaczej przecież być nie może, jeśli faktycznie sama struktura atomowa jest niezmienna.

Ktoś może jeszcze spytać: dlaczego jednak ten elektron musi wcześniej czy później „spaść” do stanu podstawowego – tutaj odpowiedź jest taka sama jak w fizyce klasycznej – bo dąży do osiągnięcia minimum swojej energii potencjalnej, lub inaczej – z powodu działającej nań siły "kulombowskiej". I tak właśnie wygląda „aczasowa” przyczynowość w fizyce kwantowej.

__

**) Innymi słowy każdy taki interwał odpowiada niezależnemu "rzutowi kostką", gdzie prawdopodobieństwo sukcesu p = 1-λt/N, a porażki q = λt/N.



tagi: fizyka 

boson
14 stycznia 2019 10:01
13     522    6 zaloguj sie by polubić
komentarze:
boson @boson
14 stycznia 2019 10:56

**) Innymi słowy każdy taki interwał odpowiada niezależnemu "rzutowi kostką", gdzie prawdopodobieństwo sukcesu p = 1-λt/N, a porażki q = λt/N

zaloguj się by móc komentować

Maryla-Sztajer @boson
14 stycznia 2019 11:12

Bardzo nas na studiach w głębokim PRL gnębili na zajęciach z filozofii tym detetminizmem nakazanym...

Dzięki 

.

 

zaloguj się by móc komentować


qwerty @boson
14 stycznia 2019 11:51

piękny i prosty wywód

zaloguj się by móc komentować

Maryla-Sztajer @boson 14 stycznia 2019 11:38
14 stycznia 2019 12:00

Dzięki ponowne. Z dużą przyjemnością wracam sobie na pozycję studenta. 

Wiesz, myśmy mieli dość lichy poziom wykładowców. Matematycy świetni. ..Ale fizycy. ..

O ,,karierze,,  naukowej tych konkretnych osób szkoda pisać. 

Teraz mogę sobie po prostu poczytać. Piszesz klarownie. 

.

 

zaloguj się by móc komentować

boson @qwerty 14 stycznia 2019 11:51
14 stycznia 2019 12:07

dzięki - staram się

zaloguj się by móc komentować

Maryla-Sztajer @boson
14 stycznia 2019 12:18

Takie pytanie mi się nasuwa, niedawno pisząc o matematyce w muzyce wkleiłam film do takiego poznańskiego projektu. Matematyka i muzyka. 

Tam pokazywano symetrie. .nutowe. Ktoś grał te wersje i słychać było że nie każda jedt miła dla ucha. Czasem okropne. .

Nie wiem albo nie pamiętam. .czy w fizyce też są takie zgrzyty w symetriach

.

 

zaloguj się by móc komentować

boson @Maryla-Sztajer 14 stycznia 2019 12:18
14 stycznia 2019 12:45

kompletny brak symetrii czyli zgrzyty to dopiero były pod tą nomenomen notką:

http://boson.szkolanawigatorow.pl/dlaczego-w-lustrze-gora-i-do-pozostaja-niezamienione

zaloguj się by móc komentować

boson @boson
14 stycznia 2019 12:48

po kilkunastu godzinach polskie media poprawiły dźgnięcie na ugodzenie... 

zaloguj się by móc komentować




boson @boson
14 stycznia 2019 17:48

"Braun niedawno na polecenie Orła prowadził pogadankę ze mną"

No... jak nie Jonny to Józek - taka gmina...

zaloguj się by móc komentować

zaloguj się by móc komentować