демон Лапласа
В науки истории демон Лапласа стал заметной опубликованной в 1814 году формулировкой причинного детерминизма на научной основе Пьером-Симоном Лапласом . [ 1 ] Согласно детерминизму, если кто-то (демон) знает точное местоположение и импульс каждого атома во вселенной, это влечет за собой их прошлые и будущие значения для любого данного времени; их можно вычислить по законам классической механики . [ 2 ]
Открытия и теории, сделанные в последующие десятилетия, предполагают, что некоторые элементы оригинального сочинения Лапласа неверны или несовместимы с нашей Вселенной. Например, необратимые процессы в термодинамике предполагают, что «демон» Лапласа не мог восстановить прошлые положения и моменты из текущего состояния.
английский перевод
[ редактировать ]Мы можем рассматривать нынешнее состояние Вселенной как следствие ее прошлого и причину ее будущего. Разум, который в определенный момент знал бы все силы, приводящие природу в движение, и все положения всех предметов, из которых состоит природа, если бы этот разум был также достаточно обширен, чтобы подвергнуть эти данные анализу, он бы охватил в единой формуле движения величайших тел Вселенной и мельчайших атомов; для такого интеллекта ничто не было бы неопределенным, и будущее, как и прошлое, могло бы предстать перед его глазами.
- Пьер Симон Лаплас, Философский очерк вероятностей [ 3 ]
Этот интеллект часто называют демоном Лапласа (а иногда и Суперменом Лапласа , в честь Ганса Райхенбаха ). Сам Лаплас не употреблял слово «демон», которое было более поздним украшением. В переводе на английский, приведенном выше, он просто упомянул: «Une Intelligence… Rien ne serait incertain pour elle, et l'avenir, comme le passé, serait présent à ses yeux». Эта идея, по-видимому, была широко распространена примерно в то время, когда Лаплас впервые высказал ее в 1773 году, особенно во Франции. Вариации можно найти у Мопертюи (1756 г.), Николя де Кондорсе (1768 г.), барона Д'Гольбаха (1770 г.), а также недатированный фрагмент в архивах Дидро . [ 4 ] Недавние исследования показывают, что образ сверхмощного вычислительного интеллекта был также предложен Роджером Джозефом Босковичем в его Theoria philosophiae naturalis 1758 года . [ 5 ]
Аргументы против демона Лапласа
[ редактировать ]Термодинамическая необратимость
[ редактировать ]По словам инженера-химика Роберта Улановича в его книге « Рост и развитие» 1986 года , демон Лапласа встретил свой конец с развитием в начале 19 века концепций необратимости , энтропии и второго закона термодинамики . Другими словами, демон Лапласа основывался на предпосылке обратимости и классической механике; однако Уланович указывает, что многие термодинамические процессы необратимы, так что, если термодинамические величины считать чисто физическими, то такой демон невозможен, поскольку невозможно восстановить прошлые положения и импульсы из текущего состояния.
Термодинамика максимальной энтропии придерживается совершенно иной точки зрения, считая, что термодинамические переменные имеют статистическую основу, отдельную от детерминистской микроскопической физики. [ 6 ] Однако эта теория встретила критику в отношении ее способности делать предсказания в области физики; ряд физиков и математиков, в том числе Иван Веленик с математического факультета Женевского университета , отметили, что термодинамика максимальной энтропии по существу описывает наши знания о системе, но не описывает саму систему. [ 7 ]
Квантово-механическая необратимость
[ редактировать ]Из-за своего канонического предположения о детерминизме демон Лапласа несовместим с копенгагенской интерпретацией , которая предполагает неопределенность . Интерпретация квантовой механики все еще открыта для дискуссий, и многие придерживаются противоположных взглядов (например, интерпретация многих миров и интерпретация де Бройля-Бома ). [ 8 ]
Теория хаоса
[ редактировать ]Теорию хаоса иногда называют противоречием демону Лапласа: она описывает, как детерминированная система, тем не менее, может демонстрировать поведение, которое невозможно предсказать: как и в случае с эффектом бабочки , незначительные различия между начальными условиями двух систем могут привести к серьезным различиям. [ 9 ] Хотя это объясняет непредсказуемость в практических случаях, применение этого подхода к случаю Лапласа сомнительно: согласно строгой гипотезе демона все детали известны — с бесконечной точностью — и, следовательно, вариации стартовых условий не существуют. Другими словами: теория хаоса применима, когда знание системы несовершенно, тогда как демон Лапласа предполагает совершенное знание системы, поэтому изменчивость, приводящая к хаосу в теории хаоса, и неизменность в познании мира, демон Лапласа, несопоставимы. .
Канторова диагонализация
[ редактировать ]В 2008 году Дэвид Вулперт использовал диагонализацию Кантора , чтобы бросить вызов идее демона Лапласа. Он сделал это, предположив, что демон — это вычислительное устройство, и показал, что никакие два таких устройства не могут полностью предсказывать друг друга. [ 10 ] [ 11 ] Статья Вольперта была процитирована в 2014 году в статье Йозефа Рукавицки, где представлен значительно более простой аргумент, опровергающий демона Лапласа с использованием машин Тьюринга в предположении свободы воли. [ 12 ]
Дополнительный контекст
[ редактировать ]В полном контексте демон Лапласа в его понимании бесконечно удален от человеческого разума и, следовательно, никогда не сможет помочь человечеству в предсказаниях:
Все эти усилия в поисках истины имеют тенденцию постоянно возвращать [человеческий разум] к огромному разуму, о котором мы только что упомянули, но от которого он всегда будет оставаться бесконечно далеким.
- Пьер Симон Лаплас, Философский очерк вероятностей [ 3 ]
Несмотря на это, английский физик Стивен Хокинг в своей книге «Краткая история времени » заявил , что «Лаплас предположил, что должен существовать набор научных законов, которые позволили бы нам предсказать все, что произойдет во Вселенной». [ 13 ]
Точно так же в Джеймса Глейка книге «Хаос » автор, кажется, объединяет демона Лапласа с «мечтой» о человеческой детерминистской предсказуемости и даже заявляет, что «Лаплас кажется почти шутом в своем оптимизме, но большая часть современной науки преследует его мечта» (стр. 14).
Парадокс Лошмидта
[ редактировать ]Недавно демон Лапласа был призван для разрешения известного парадокса статистической физики — парадокса Лошмидта . [ 14 ] Аргумент состоит в том, что для того, чтобы обратить вспять все скорости в газовой системе, измерения должны выполняться тем, что фактически становится демоном Лапласа. Это в сочетании с принципом Ландауэра позволяет выйти из парадокса.
Недавние просмотры
[ редактировать ]Недавно было предложено ограничение вычислительной мощности Вселенной, то есть способности демона Лапласа обрабатывать бесконечное количество информации. Предел основан на максимальной энтропии Вселенной, скорости света и минимальном количестве времени, необходимом для перемещения информации по планковской длине , и было показано, что эта цифра составляет около 10 120 биты. [ 15 ] Соответственно, все, что требует большего количества данных, не может быть вычислено за то количество времени, которое прошло до сих пор во Вселенной. Простое логическое доказательство невозможности идеи Лапласа было предложено в 2012 году Егором Резниковым, который утверждает, что демон не может предсказать собственную будущую память. [ 16 ]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Хокинг, Стивен. «Играет ли Бог в кости?» . Публичные лекции .
- ^ Пьер-Симон Лаплас, « Философский очерк вероятностей » (полный текст).
- ^ Перейти обратно: а б Лаплас, Пьер Симон, «Философское эссе о вероятностях» , переведенный на английский язык с оригинального французского 6-го изд. Траскотт, Ф.В. и Эмори, Флорида, Dover Publications (Нью-Йорк, 1951), стр. 4.
- ^ Мариж (2014). «Об истоках и основах лапласовского детерминизма» (PDF) . Исследования по истории и философии науки . 45 : 24–31. Бибкод : 2014SHPSA..45...24В . дои : 10.1016/j.shpsa.2013.12.003 . ПМИД 24984446 .
- ^ Кожняк Борис (2015). «Кто выпустил демона? Лаплас и Боскович о детерминизме». Исследования по истории и философии науки . 51 : 42–52. Бибкод : 2015ШПСА..51...42К . дои : 10.1016/j.shpsa.2015.03.002 . ПМИД 26227230 .
- ^ ET Джейнс. «Теория информации и статистическая механика» (PDF) . Bayes.wustl.edu . Проверено 22 марта 2022 г.
- ^ «Математическая секция Женевского университета» . Unige.ch . 23 июля 2017 г.
- ^ Соммер, Кристоф (2013). «Еще один обзор фундаментального отношения к квантовой механике». arXiv : 1303.2719v1 [ квант-ph ].
- ^ Хофер, Карл (22 марта 2016 г.). Залта, Эдвард Н. (ред.). Стэнфордская энциклопедия философии . Лаборатория метафизических исследований Стэнфордского университета . Проверено 22 марта 2022 г.
- ^ Дэвид Х. Вулперт (2008). «Физические пределы вывода». Физика Д. 237 (9): 1257–1281. arXiv : 0708.1362 . Бибкод : 2008PhyD..237.1257W . дои : 10.1016/j.physd.2008.03.040 . S2CID 2033616 . полный текст
- ^ П.-М. Биндер (2008). «Теории почти всего» (PDF) . Природа . 455 (7215): 884–885. Бибкод : 2008Natur.455..884B . дои : 10.1038/455884a . S2CID 12816652 .
- ^ Рукавицка Йозеф (2014), Отказ от демона Лапласа , Американский математический ежемесячник [1]
- ^ Хокинг, Стивен (1988). Краткая история времени . Бантамские книги . ISBN 978-0-553-38016-3 .
- ^ Биндер, премьер-министр (2023). «Парадокс обратимости: роль шага разворота скорости» . Международный журнал теоретической физики . 62 : 200.
- ^ Physical Review Focus (24 мая 2002 г.). «Если бы Вселенная была компьютером» . Физика . 9 . АПС .
- ^ Егор Резников (22 мая 2012 г.). «Класс дедуктивных теорий, которые не могут быть детерминистическими». Физический журнал: серия конференций . 410 : 012052. arXiv : 1203.2945v3 . дои : 10.1088/1742-6596/410/1/012052 . S2CID 119191188 . .