Forskare från den österrikiska vetenskapsakademin, universitetet i Wien och universitetet i Genève, har föreslagit en ny tolkning av klassisk fysik utan reella tal. Denna nya studie utmanar den traditionella synen på klassisk fysik som deterministisk.

I klassisk fysik antas det vanligtvis att om vi vet var ett objekt är och dess hastighet, vi kan exakt förutsäga vart det ska ta vägen. En påstådd överlägsen intelligens som har kunskap om alla befintliga objekt för närvarande, skulle kunna veta med säkerhet universums framtid liksom det förflutna med oändlig precision. Pierre-Simon Laplace illustrerade detta argument, senare kallad Laplaces demon, i början av 1800 -talet för att illustrera begreppet determinism i klassisk fysik. Man tror allmänt att det var först med tillkomsten av kvantfysiken som determinismen utmanades. Forskare fick reda på att allt inte kan sägas med säkerhet och vi kan bara beräkna sannolikheten för att något skulle kunna bete sig på ett visst sätt.

Men är verkligen klassisk fysik helt deterministisk? Flavio Del Santo, forskare vid Wieninstitutet för kvantoptik och kvantinformation från den österrikiska vetenskapsakademien och universitetet i Wien, och Nicolas Gisin från universitetet i Genève, ta upp denna fråga i sin nya artikel "Physics without Determinism:Alternative Interpretations of Classical Physics", publicerad i tidningen Fysisk granskning A . Bygga på tidigare verk av den senare författaren, de visar att den vanliga tolkningen av klassisk fysik bygger på tysta ytterligare antaganden. När vi mäter något, säg längden på ett bord med en linjal, vi hittar ett värde med en begränsad precision, betyder med ett begränsat antal siffror. Även om vi använder ett mer exakt mätinstrument, vi hittar bara fler siffror, men fortfarande ett begränsat antal av dem. Dock, klassisk fysik antar att även om vi kanske inte kan mäta dem, det finns ett oändligt antal förutbestämda siffror. Det betyder att bordets längd alltid är perfekt bestämd.

Tänk dig nu att spela en variant av Bagatelle eller stiftbrädspel (som på bilden), där ett bräde är symmetriskt fyllt med stift. När en liten boll rullar ner på brädet, det kommer att träffa stiften och flytta antingen till höger eller till vänster om var och en av dem. I en deterministisk värld, den perfekta kunskapen om de inledande förhållandena under vilka bollen kommer in i brädet (dess hastighet och position) bestämmer otvetydigt vägen som bollen kommer att följa mellan stiften. Klassisk fysik förutsätter att om vi inte kan få samma väg i olika körningar, det är bara för att vi i praktiken inte kunde ställa exakt samma initiala villkor. Till exempel, eftersom vi inte har ett oändligt exakt mätinstrument för att ställa in bollens utgångsläge när du går in i brädet.

Författarna till denna nya studie föreslår en alternativ uppfattning:efter ett visst antal stift, bollens framtid är verkligen slumpmässig, även i princip, och inte på grund av våra mätinstruments begränsningar. Vid varje träff, bollen har en viss benägenhet eller tendens att studsa till höger eller till vänster, och detta val bestäms inte på förhand. För de första träffarna, vägen kan bestämmas med säkerhet, det är benägenheten är 100% för ena sidan och 0% för den andra. Efter ett visst antal stift, dock, valet är inte förutbestämt och benägenheten når gradvis 50% för höger och 50% för vänster för de avlägsna stiften. På det här sättet, man kan tänka sig att varje siffra i bordets längd bestäms av en process som liknar valet att gå åt vänster eller höger vid varje träff på den lilla bollen. Därför, efter ett visst antal siffror, längden är inte bestämd längre.

Den nya modellen som forskarna introducerade vägrar därför den vanliga tillskrivningen av en fysisk betydelse till matematiska reella tal (siffror med oändliga förutbestämda siffror). Den säger istället att efter ett visst antal siffror blir deras värden verkligt slumpmässiga, och endast benägenheten att ta ett specifikt värde är väldefinierat. Detta leder till nya insikter om förhållandet mellan klassisk och kvantfysik. Faktiskt, när, hur och under vilka omständigheter en obestämd mängd tar ett bestämt värde är en ökänd fråga i kvantfysikens grunder, känd som kvantmätningsproblemet. Detta hänger ihop med att det i kvantvärlden är omöjligt att observera verkligheten utan att ändra den. Faktiskt, värdet av en mätning på ett kvanteobjekt har ännu inte fastställts förrän en observatör faktiskt mäter det. Denna nya studie, å andra sidan, påpekar att samma fråga alltid kunde ha varit dold också bakom de lugnande reglerna för klassisk fysik.