Демон лапласа в физике реферат
Обновлено: 05.07.2024
Демон Лапласа — мысленный эксперимент, предложенный 1814 французским математиком Лаплас, а также главный персонаж этого эксперимента — вымышленная разумное существо, способное, восприняв в любой данный момент времени положение и скорость каждой частицы Вселенной, узнавать ее эволюцию как в будущем, так и в прошлом. Лаплас придумал это существо для наглядной демонстрации степени нашей неосведомленности и необходимости в статистическом описании некоторых реальных процессов в окружающем мире.
В контексте классической динамики детерминистический описание может быть недостижимым на практике, однако он остается пределом, до которого должна сходится последовательность все более точных описаний.
Исходную формулировку
Лаплас был твердым сторонником каузального детерминизма, суть которого можно выразить следующим отрывком из Essai philosophique sur les probabilités:
| Мы можем рассматривать данное состояние Вселенной как следствие его прошлого и причину его будущего. Разум, которому в каждый определенный момент времени были бы известны все силы, приводящие природу в движение и положение всех тел, из которых она состоит, будь он также достаточно большой, чтобы подвергнуть эти данные анализа, смог бы понять единственным законом движение величайших тел Вселенной и мелкого атома; для такого ума ничего не было непонятного и будущее существовало бы в его глазах точно так же, как прошлое. |
Такой ум часто называют демоном Лапласа. Стоит отметить, однако, что описание гипотетического ума как демона принадлежит не Лапласу, а его поздним биографам: Лаплас видел себя ученым, и считая, что человечество может достичь лучшего научного понимания мира, он осознавал, что в случае, если такое произойдет, все равно нужны огромные вычислительные мощности, чтобы осуществить такие расчеты в один определенный момент.
Подобные формулировки
| … если бы на одно мгновение колесо мира остановилось и был бы всезнающий ум, чтобы использовать данную остановку, то он смог бы предсказать нам будущее каждой сущности до самых отдаленных эпох и наметить каждую колею, по которой должен катиться это колесо [2] [ мира]. |
Но стоит заметить, что Ницше использовал данную формулировку только в смысле философии, а не физики, как Лаплас.
Пьер-Симон Лаплас был редкостным детерминистом до мозга костей
Содержание
Эксперимент, история, споры и исследования [ ]
Пьер-Симон Лаплас являлся абсолютным атеистом и твёрдым сторонником каузального детерминизма (простым языком говоря, утверждения, что всё в мире подчиненно причинно-следственным связям и все таковые могут прослеживаться и быть предсказанными), а его Демон, фактически, олицетворение его убеждения – ведь если можно рассчитать всё прошлое и всё будущее, зная всё настоящее, можно представить себе и существо, имеющее доступ ко всей информации настоящего и имеющего абсолютные средства использования этой информации. Первичной формулировкой Демона является отрывок из Essai philosophique sur les probabilités:
и заявил, что кванты, хотя мы и можем наблюдать у них только одну характеристику, имеют чёткие, пусть и скрытые, параметры. Потом, почти что 30 лет спустя, к больному, но всё ещё живому Демону снизошел Белл со своими неравенствами и дал понять о полной случайности характеристик квантов, после чего бедный, натерпевшийся множество приключений за жизнь, Демон Лапласа ушёл в загробный мир платоновских идей, где уже давно отдыхали всепроникающий эфир и летучая мышь–птица Аристотеля, а жертва истины детерминизм должен был признать, что работает только на макро-уровне и искать новые пути в физике.
Как себе представлял Демона Лаплас? Представления будущего определяет настоящую эпоху - и, точно, люди начала ХIХ вовсе не представляли себе Демона компьютером.
Парадокс Материального Демона Лапласа [1] [ ]
Демон Лапласа содержит парадокс. Предположим, такая машина создана, она материальна и умеет вычислять то, что произойдёт во всей Вселенной через 2 минуты, за 1 минуту и мы существуем в простеньком, деревенском мире, лишённого грузов, свобод и цепей в лице ужасной (прекрасной) квантовой физике и всяких там заноз (произведений искусства) в лице проблем трёх тел и прочего мелкого (на самом деле крупного и значительного). Когда эта машина после 1 минуты работы выдаст свой первый результат и по заложенной программе сразу возьмётся за предсказание следующего будущего, она по сути уже будет знать свой собственный ответ, ведь он записан в этом первом предсказании. Значит после первой минуты она должна будет знать не просто то, что будет через 2 минуты после начала расчётов, а в том числе и то, что наступит через 3 минуты. Но тогда на основании этих данных она должна будет взяться за предсказание ещё на 1 минуту вперёд. Это так же должно быть учтено и уже содержаться в предсказании, данном ей в самом начале, после 1 минуты работы. Значит, она будет знать будущее на 4 минуты. И так далее до бесконечности по индукции.
Получается, что даже если бы демон Лапласа мог существовать, он должен был бы за 1 минуту своей работы получить ответ, который содержит всю историю Вселенной до скончания веков. Если предполагать время бесконечным, то получится бесконечный массив данных. Такой результат никогда не может быть выведен или сохранён в материальном виде, в оперативной памяти гипотетической машины, поскольку её мощности предполагаются колоссальными, но не бесконечными (т.к. она материальна, т.е. ограничена). Парадокс в том, что в процессе предсказания будущего на 2 и более минуты демон Лапласа должен учитывать тот ответ, который будет получен после 1 минуты работы, ведь сама эта машина является частью Вселенной. Она должна знать, как будут вести себя её собственные атомы через 1 минуту, чтобы иметь точное предсказание на 2 минуты. Учесть полученный за 1 минуту работы бесконечный результат в последующих расчётах не представляется возможным, а значит, дальше 1 минуты предсказание не пойдёт. Но тогда результат становится конечным, ведь машина не предсказала то, что предскажет после, и результат вновь вмещается в память машины. Однако он уже не содержит предсказание на 2 минуты, что противоречит описанию машины, которое было дано в самом начале. Предсказывая будущее и будучи материальным, демон Лапласа не может будущее предсказывать.
Таким образом, если предположить, что время существования Вселенной бесконечно, то демон Лапласа должен либо не учитывать себя в предсказании будущего (а для этого он должен быть нематериальным, что уже противоречит условиям, либо существовать вне изучаемой Вселенной, как вариант), либо принципиально (даже в идеализированном гипотетическом мире) быть невозможным. Однако же если предположить, что время существования Вселенной конечно (то есть она замкнута в будущем и каким-либо образом прекратит существование в определённый момент), то демон Лапласа всё же потенциально возможен в такой простенькой, деревенской и неинтересной вселенной.
В культуре [ ]
В фильме ужасов "Демон Лапласа" итальянского режиссера Джордано Джуливи которыми он устраивает эксперимент по проверке своей гипотезы профессор Корнелиус утверждает, что обнаружил абсолютную формулу, которая позволяет предсказать поведение любого человека, и приглашает группу из восьми учёных, над которыми он устраивает эксперимент по проверке своей гипотезы.
Что бы случилось с миром, если бы во власти человека оказалась неведомая сила, способная предсказать будущие события любого живого организма или физического компонента на тысячи лет вперед? Вероятно, началась бы Мировая война за право обладания этой силой, а страна, заполучившая новые возможности, стала бы во главе всей планеты. Хорошо, что в реальном мире не существует ничего подобного, однако в теоретических догмах два столетия назад появились записи об этой неизвестной силе. Она носила название Демон Лапласа.
Кто такой Лаплас?
Маркиз де Лаплас Пьер Симон – выдающийся математик, мыслитель, физик, астроном и механик начала XIX века. Известность в научных кругах получил благодаря работе с дифференциальными уравнениями, считается одним из основоположников теории вероятностей. Длительное время работал в области астрономии. Он первым доказал стабильность элементов Солнечной системы и смог аргументировать процесс образования небесных тел. Исследования, которые проводил Лаплас Пьер Симон, усовершенствовали и спровоцировали быстрое развитие практически всей научной среды.
Помимо выдающихся формул, теорем и аксиом известного мыслителя, мир приобрел интересный эксперимент под названием Демон Лапласа. Вопросом практической пользы этого исследования занималось множество поколений ученых, но к однозначному решению так никто и не пришел.
Испытание
1814 год. Лаплас предлагает провести своеобразный мысленный эксперимент. Его суть состояла в том, что предполагалось существование некоего Разума, который способен в любой временной промежуток воспринимать любую частицу Вселенной, анализировать ее развитие и предполагать дальнейшее развитие. Персонажи мысленных экспериментов – выдуманные разумные существа. Лаплас создал их, чтобы наглядно продемонстрировать уровень человеческого неведения в статистическом описании действующих процессов.
Основная проблема этого эксперимента заключается не в фактическом предсказании события, а в теоретической возможности сделать это. Такое будет возможным при наличии условий, приведенных в виде механического описания с учетом дуализма и динамики.
Первая формулировка
Впервые такой эксперимент был описан таким образом:
Вселенная в настоящее время является продуктом своего прошлого и отправной точкой для будущего. Если Разум имеет информацию о факторах, приводящих мир в динамику, а также обладает сведениями о всех составляющих Вселенной, тогда он сможет подвергнуть их анализу. Проанализировав эмпирические сведения, Разум предоставит информацию обо всех составляющих Вселенной, а также сможет указать будущее каждой отдельной части на много лет вперед.
Сам ученый полагал, что однажды человечество начнет активно исследовать мир и лучше его понимать. Тогда может возникнуть необходимость в механизме, что обладает исключительными, невероятно мощными вычислительными способностями и мгновенно проводит анализ информации.
Лаплас понимал, что сложно будет создать машину, обладающую таким Разумом, но все же верил. А вот поздние учения квантовой механики полностью опровергают существование такого механизма.
Бесконечность вычислений
Сколько бы ученые ни пытались достичь однозначного решения, Демон Лапласа – палка с двумя концами. Если допустить, что такая техника есть, то это материальная вещь с уникальными вычислительными способностями. Машина сможет вычислить, что произойдет в мире через 2 минуты. После выдачи первого результата, техника по заданному алгоритму может приняться за вычисление событий следующих минут.
Однако это нецелесообразно, ведь ответ содержится в первом вычислении: аппарат не исключает себя, а прогнозирует и свои действия. Таким образом, машина предсказывает события, что произойдут в ближайшие 4 минуты. Согласно этим сведениям техника должна будет приниматься за вычисление каждые четыре минуты и так до бесконечности.
Парадокс
И если бы такой аппарат существовал, ему нужно было бы за 1 рабочую минуту находить ответ, содержащий всю информацию о мире: от начала времен до логического завершения. Но если допустить, что время циклично (то есть не имеет конца), то аппарат начнет выводить бесконечный поток данных. В этом и кроется проблема: результат нельзя будет вывести или сохранить. Оперативная память может обладать потрясающим объемом и мощностью, но не бесконечностью, поскольку она материальна.
Основной парадокс заключается и в том, что аппарат должен учитывать себя в вычислениях. То есть он должен предсказать свои последующие действия, которые будут произведены. Результат будет конечным, и если предположить, что такая машина существует, то она будет предсказывать события, которые произойдут через минуту. Чтобы достичь предсказания на несколько столетий вперед, машина должна существовать за пределами материального мира, а это невозможно.
Чтобы не пропало
Хотя существование такого прибора подвергается обоснованным сомнениям, мысленный эксперимент является интересным и немного мистическим умозаключением, которым с удовольствием пользуются японские мангаки и аниматоры.
Поиски уверенности и иллюзии знания того, что произойдет завтра, со временем сопровождают философские размышления и научные практики.
Если бы у нас была уверенность в том, что завтра пойдет дождь или начнется война, решения, которые мы принимаем сегодня, несомненно, сильно отличались бы от тех, которые мы бы выбрали, не зная будущего. Демон Лапласа - персонаж, который очень хорошо представляет все это Откуда это?
Демон Лапласа и проблема предсказания
Иллюзия предсказания и управления тем, что нас окружает, является предметом, который можно найти в значительной части научного развития. Например, классическая механика была основана на идее, что все, что существует во вселенной и природе, может быть познано с помощью математических логических рассуждений, а также с помощью геометрической системы для измерения и прогнозирования того, что произойдет.
Другими словами, механический класс начинается с рассмотрения того, что вселенная и природа подчиняются ряду начальных законов это может быть открыто людьми для модификации.
Например, современная астрономия на Западе, открытая Ньютоном, имеет этот фон в качестве своего предшественника.
Кем был Пьер Лаплас?
Пьер Лаплас был французским астрономом, физиком и математиком, который жил с 1749 по 1826 год. , Ему приписывают развитие небесной механики, он работал рука об руку с Исааком Ньютоном и Галилеем в предсказании затмений и открытии новых планет. Он также участвовал в исследовании некоторых молекул газа и атомных частиц.
Из его знаний Лаплас предположил, что с помощью науки мы можем предсказать и угадать активность всех существующих поведенческих систем. А если нет, то непредсказуемость будет только ошибкой знания, которое как таковое может быть исправлено.
В детерминистской концепции Лапласа все может быть предсказано и если нет, то это потому, что знания, полученные человеком, потерпели неудачу или недостаточны.
Это означает, что все, что существует во вселенной, структурировано предыдущим и независимым образом для деятельности людей, с помощью которой наши собственные действия и все, чем мы являемся, будут предопределены законами вселенной.
Детерминированный демон (Лапласа)
Демон Лапласа - воображаемый персонаж, обладающий способностью знать начальные свойства всех частиц природы и вселенной с такой точностью, что он может применять естественные законы, чтобы угадать, что произойдет мгновенно или, гораздо позже время; от точного движения к произведению искусства (Calabrese, 1999).
Другими словами, Дьявол Лапласа - детерминистический и всемогущий демон существо, которое находится за пределами вселенной и которое предсказало и решило все, что произойдет в природе, включая, конечно же, деятельность людей.
Логика предсказания была не только трансцендентальной в астрономии, науках физики, математики и естественных наук, но она также распространялась как на изучение поведения человека, так и на его вмешательство.
Например, оно присутствовало в развитии современной медицины, и мы могли даже увидеть, как это повлияло на традиционный способ ведения гуманитарных наук, а также на экономическую и финансовую деятельность. Однако с развитием новых научных парадигм, Демон Лапласа столкнулся с некоторыми ограничениями.
От детерминизма к индетерминизму: конец уверенности
Логика предсказания имела особый успех при понимании Вселенной в терминах линейных систем, основанных на устойчивых причинно-следственных связях. Но когда теория хаоса и квантовая механика подвергли сомнению линейность всех систем, научная область также поставила под сомнение необходимость применения логики предсказания во всем, что мы знаем.
Очень широко, среди прочего, произошел сдвиг парадигмы, основанный на учете, что в нелинейных системах (которые являются сложными системами хаотического и нециклического поведения, как у людей), начальное состояние не Равен конечному состоянию и не определяет его, с помощью которого они представляют собой системы, которые невозможно предсказать.
В области науки, вселенная и природа в целом перестают восприниматься как совокупность законов общего охвата, заранее установленных внешним существом , Вот как с начала двадцатого века произошел важный сдвиг, когда считается, что, хотя можно рассчитать вероятности, всегда могут быть ошибки прогнозирования.Исходя из этого, некоторые авторы считают, что начинается эра, отмеченная окончанием определенности, особенно в области гуманитарных и социальных наук.
Читайте также: