Konieczność prawdopodobieństwa, czyli naturalność indeterminizmu

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 klasyczny był tylko formalny, tzn. wymagający nieskończenie precyzyjnej wiedzy (czyli nieosiągalnej) nt. stanu fizycznego w jakimś momencie, i w rzeczywistości fizyka klasyczna pełna jest chaosu (na pociechę zwanego… deterministycznym).

To co równie mocno wyróżnia fizykę kwantową 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, u i 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 niezależnych interwałów t/N, i przejdźmy do granicy N  ∞:

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

gdzie P jest to prawdopodobieństwo, iż atom pozostał w stanie wzbudzonym aż to chwili t (tj. po N niezależnych interwałach – tzw. „sukcesach” wedle rozkładu Bernoulliego w rachunku prawdopodobieństwa), a stałe w czasie prawdopodobieństwo przejścia (czyli „porażki” = λt/N) w interwale czasowym t/N jest mierzone stałą „siły” przejścia, λ. Wiele tysięcy doświadczeń potwierdza z dowolną precyzją 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 „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.

Reklamy

3 myśli na temat “Konieczność prawdopodobieństwa, czyli naturalność indeterminizmu”

Skomentuj

Wprowadź swoje dane lub kliknij jedną z tych ikon, aby się zalogować:

Logo WordPress.com

Komentujesz korzystając z konta WordPress.com. Wyloguj /  Zmień )

Zdjęcie na Google+

Komentujesz korzystając z konta Google+. Wyloguj /  Zmień )

Zdjęcie z Twittera

Komentujesz korzystając z konta Twitter. Wyloguj /  Zmień )

Zdjęcie na Facebooku

Komentujesz korzystając z konta Facebook. Wyloguj /  Zmień )

w

Connecting to %s