Tính Phi Nhân Quả Vật Lý: Định Mệnh, Ngẫu Nhiên và Các Sự Kiện Vô Cớ

Tìm hiểu về tính phi nhân quả vật lý: khái niệm, hệ quả và các ví dụ trong vũ trụ. Khám phá những bí ẩn khoa học về hiện tượng vượt ra ngoài quy luật nhân quả.

Trường đại học

Vienna University of Technology

Chuyên ngành

Theoretical Physics

Người đăng

Ẩn danh

Thể loại

Book

2018

215
0
0

Phí lưu trữ

55 Point

Mục lục chi tiết

Preface

Contents

1. Part I Embedded Observers, Reflexive Perception and Representation

1.1. Intrinsic and Extrinsic Observation Mode

1.1.1. Pragmatism by “Fappness”

1.1.2. Level of Description

1.1.3. Arguments for and Against Measurement

1.2. Distinction Between Observer and Object

1.3. Conventionality of the Cut Between Observer and Object

1.4. Inset: How to Cope with Perplexities

1.5. Reflexive (Self-)nesting

1.5.1. Russian Doll Nesting

2. Embedded Observers and Self-expression

3. Reflexive Measurement

3.1. Earlier and More Recent Attempts

4. Intrinsic Self-representation

5. Part II Provable Unknowns

5.1. On What Is Entirely Hopeless

6. Forecasting and Unpredictability

6.1. Reduction from Logical Incompleteness

6.2. Determinism Does Not Imply Predictability

6.2.1. Unsolvability of the Halting Problem
6.2.2. Determinism Does Not Imply Predictability
6.2.3. Quantitative Estimates in Terms of the Busy Beaver Function

7. Induction by Rule Inference

8. Other Types of Recursion Theoretic Unknowables

9. What if There Are No Laws? Emergence of Laws

9.1. Physical Indeterminism in Vienna at the Dawn of Quantum Mechanics

9.2. Provable Impossibility to Prove (In)Determinism

9.3. Potential Misperceptions by Over-interpretation

10. Part III Quantum Unknowns

10.1. “Shut Up and Calculate”

11. Evolution by Permutation

11.1. Representation Entities by Vectors and Matrices

11.2. Reversibility by Permutation

11.3. Representation as a Sum of Dyadic Products

11.4. No Coherent Superposition and Entanglement

11.5. Universality with Respect to Boolean Functions

11.6. Universal Turing Computability from Boolean Functions

11.7. d-Ary Information Beyond Bits

11.8. Roadmap to Quantum Computing

12. Quantum Mechanics in a Nutshell

12.1. The Quantum Canon

12.2. Assumptions of Quantum Mechanics

12.3. Representation of States

12.4. Representation of Observables

12.5. Dynamical Laws by Isometric State Permutations

12.6. Disallowed Irreversible Processes

12.6.1. Disallowed State Reduction
12.6.2. Disallowed Partial Traces

12.7. Superposition of States – Quantum Parallelism

12.8. Composition Rules and Entanglement

12.8.1. Relation Properties About Versus Individual Properties of Parts
12.8.2. “Breathing” In and Out of Entanglement and Individuality

12.9. Boole’s Conditions of Possible Experience

12.9.1. Classical Strategies: Probabilities from Convex Sum of Truth Assignments and the Convex Polytope Method
12.9.2. Context and Greechie Orthogonality Diagrams
12.9.3. Two-Valued Measures, Frame Functions and Admissibility of Probabilities and Truth Assignments
12.9.4. Why Classical Correlation Polytopes?
12.9.5. What Terms May Enter Classical Correlation Polytopes?
12.9.6. General Framework for Computing Boole’s Conditions of Possible Experience

12.10. Quantum Probabilities and Expectations

12.11. Min-Max Principle

12.12. What Can Be Learned from These Brain Teasers?

12.13. Quantum Mechanical Observer–Object Theory

12.14. Observer-Objects “Riding” on the Same State Vector

12.15. Metaphysical Status of Quantum Value Indefiniteness

16. Part IV Exotic Unknowns

16.1. Classical Continua and Infinities

16.1.1. Principle of Sufficient Reason and the Law of Continuity

16.1.2. Possible Definition of Indeterminism by Negation

17.3. Unique State Evolution

17.4. Nonunique Evolution Without Lipschitz Continuity

18.1. Sensitivity to Changes of Initial Value

18.2. Symbolic Dynamics of the Logistic Shift Map

18.3. Algorithmic Incomputability of Series Solutions of the n-Body Problem

19. Partition Logics, Finite Automata and Generalized Urn Models

19.1. Modelling Complementarity by Finite Partitions

19.2. Generalized Urn and Automata Models

19.2.1. Generalized Urn Models

19.3. Logical Equivalence for Concrete Partition Logics

19.3.1. Logics of the “Chinese Lantern Type”
19.3.2. (Counter-)Examples of Triangular Logics
19.3.3. Generalized Urn Model of the Kochen–Specker “Bug” Logic
19.3.4. Kochen–Specker Type Logics

20. Part V Transcendence

20.1. Miracles, Gaps and Oracles

20.2. How to Acknowledge Intentionality?

22. Part VI Executive Summary

22.1. (De)briefing

22.4. Comparison with Pseudo-randomness

22.5. Perception and Forward Tactics Toward Unknowns

Appendix A: Formal (In)Computability and Randomness

Appendix B: Two Particle Correlations and Expectations

Tóm tắt

I. Khám phá Physical Acausality Tổng quan và Định nghĩa cốt lõi

Physical acausality, hay tính phi nhân quả vật lý, là một khái niệm phức tạp thách thức trực giác cơ bản của chúng ta về quan hệ nhân quả. Trong vũ trụ quan sát được, hầu hết các hiện tượng tuân theo một trật tự thời gian rõ ràng, nơi nguyên nhân luôn xảy ra trước kết quả. Tuy nhiên, physical acausality đề xuất những tình huống mà trật tự này bị phá vỡ, nơi hệ quả có thể xuất hiện trước nguyên nhân, hoặc mối liên hệ nhân quả trở nên không xác định. Khái niệm này liên quan mật thiết đến các lĩnh vực như temporal paradox, determinism, và free will. Nó cũng liên quan đến những hiện tượng kỳ lạ trong quantum entanglementnon-locality. Một trong những định nghĩa quan trọng nhất của tính phi nhân quả vật lý là sự vi phạm nguyên tắc nhân quả cổ điển, nguyên tắc khẳng định rằng mọi sự kiện đều có một nguyên nhân xác định và nguyên nhân phải xảy ra trước hệ quả. Tuy nhiên, trong một số lý thuyết vật lý hiện đại, đặc biệt là trong lĩnh vực cơ học lượng tử, nguyên tắc này có thể không còn đúng trong mọi trường hợp. Theo Svozil, một sự hiểu biết sâu sắc về nhận thức luận là cần thiết để tiếp cận chủ đề này mà không gây ra nhầm lẫn. Điều này mở ra những câu hỏi sâu sắc về bản chất của thời gian, thực tại và vai trò của người quan sát trong việc xác định trật tự của các sự kiện.

1.1. Định nghĩa chi tiết về Causality và Acausality trong Vật lý

Causality, trong vật lý, mô tả mối quan hệ giữa nguyên nhân và kết quả, với nguyên nhân luôn xảy ra trước kết quả. Acausality là sự vi phạm trật tự này. Điều này có thể bao gồm hệ quả xảy ra trước nguyên nhân (retrocausality), hoặc một sự thiếu hụt hoàn toàn mối liên hệ nhân quả xác định. Khái niệm acausality thường xuất hiện trong các lý thuyết liên quan đến time travel, nơi các vòng lặp nhân quả (causal loop) có thể tạo ra các nghịch lý. Tuy nhiên, nó cũng có thể xuất hiện trong các hệ thống lượng tử, nơi các hạt có thể tương tác tức thời bất kể khoảng cách (non-locality). Ví dụ, trong quantum entanglement, trạng thái của một hạt có thể ảnh hưởng tức thời đến trạng thái của một hạt khác, ngay cả khi chúng ở cách xa nhau. Điều này không nhất thiết vi phạm causality, nhưng nó thách thức quan niệm cổ điển về cách thông tin có thể di chuyển.

1.2. Vai trò của Determinism và Free Will trong Acausality

Determinism cho rằng mọi sự kiện đều được xác định bởi các sự kiện trước đó, tạo ra một chuỗi nhân quả không thể thay đổi. Acausality thách thức quan điểm này bằng cách đề xuất rằng một số sự kiện có thể không có nguyên nhân xác định trước, hoặc có thể bị ảnh hưởng bởi các sự kiện trong tương lai. Điều này đặt ra câu hỏi về free will: nếu mọi thứ đã được định trước, liệu chúng ta có thực sự có quyền tự do lựa chọn? Một số nhà vật lý lý thuyết gợi ý rằng acausality có thể cho phép precognition, hoặc khả năng nhìn thấy tương lai, mặc dù điều này vẫn còn là một chủ đề tranh cãi gay gắt. Nếu tương lai có thể ảnh hưởng đến hiện tại, thì free will có thể tồn tại trong một vũ trụ vốn dĩ không hoàn toàn determinism. Tuy nhiên, việc tích hợp những khái niệm này vào các lý thuyết vật lý hiện có vẫn là một thách thức lớn.

II. Nghịch lý Thời gian và Du hành Thời gian Acausality trên Vũ trụ

Nghịch lý thời gian là một trong những hệ quả thú vị nhất của physical acausality. Ví dụ nổi tiếng nhất là nghịch lý ông nội: nếu bạn du hành ngược thời gian và ngăn không cho ông nội của bạn gặp bà nội, bạn sẽ không bao giờ được sinh ra, do đó bạn không thể du hành ngược thời gian để ngăn chặn cuộc gặp gỡ của họ. Mặc dù du hành thời gian vẫn còn là một chủ đề suy đoán, nó đã truyền cảm hứng cho nhiều nghiên cứu về bản chất của thời gian và causality. Một số nhà vật lý đề xuất rằng có thể có những cơ chế tự bảo vệ, ngăn chặn những nghịch lý thời gian xảy ra. Ví dụ, Block universe cho rằng tất cả các thời điểm trong quá khứ, hiện tại và tương lai đều tồn tại đồng thời, và du hành thời gian chỉ đơn giản là di chuyển dọc theo một đường cong thời gian đã được xác định trước. Điều này loại bỏ khả năng thay đổi quá khứ, vì bất kỳ nỗ lực du hành thời gian nào cũng sẽ chỉ là một phần của lịch sử đã được viết sẵn. Tuy nhiên, quan điểm này cũng có những vấn đề riêng, vì nó ngụ ý rằng free will là một ảo ảnh.

2.1. Causal Loop Vòng lặp nhân quả và tính nhất quán của Lịch sử

Một causal loop xảy ra khi một sự kiện trong tương lai ảnh hưởng đến một sự kiện trong quá khứ, từ đó ảnh hưởng đến sự kiện tương lai ban đầu, tạo ra một vòng lặp khép kín. Ví dụ, một nhà khoa học du hành ngược thời gian và cung cấp cho một nhà khoa học trẻ hơn thông tin cần thiết để phát minh ra cỗ máy du hành thời gian. Thông tin này không có nguồn gốc bên ngoài vòng lặp, và nó trở thành một phần tự duy trì của lịch sử. Một số nhà vật lý lý thuyết cho rằng các causal loop có thể tồn tại, nhưng chúng phải tự nhất quán. Điều này có nghĩa là các sự kiện trong vòng lặp phải phù hợp với nhau và không tạo ra bất kỳ nghịch lý nào. Tuy nhiên, việc xác định xem một causal loop có nhất quán hay không có thể là một thách thức lớn, và có thể đòi hỏi một sự hiểu biết sâu sắc về tất cả các yếu tố liên quan.

2.2. Giải pháp cho Nghịch lý Du hành Thời gian Nhiều Thế giới

Một giải pháp khác cho các nghịch lý du hành thời gian là giả thuyết Many-worlds interpretation (MWI) của cơ học lượng tử. MWI cho rằng mỗi khi một sự kiện lượng tử xảy ra, vũ trụ sẽ phân nhánh thành nhiều vũ trụ khác nhau, mỗi vũ trụ đại diện cho một kết quả có thể có của sự kiện đó. Khi một du khách thời gian thay đổi quá khứ, họ không thực sự thay đổi lịch sử của vũ trụ gốc của họ, mà là tạo ra một vũ trụ mới với một lịch sử khác. Điều này giải quyết nghịch lý ông nội bằng cách cho phép du khách thời gian ngăn chặn sự gặp gỡ của ông bà của họ trong một vũ trụ khác, trong khi vẫn tồn tại trong vũ trụ gốc của họ. Tuy nhiên, MWI cũng có những vấn đề riêng, vì nó ngụ ý sự tồn tại của vô số vũ trụ song song, một ý tưởng mà nhiều nhà vật lý cảm thấy không cần thiết và không thể kiểm chứng.

III. Cơ học lượng tử và Acausality Non locality và Entanglement

Cơ học lượng tử, đặc biệt là các hiện tượng quantum entanglementnon-locality, cung cấp một cái nhìn sâu sắc khác về physical acausality. Quantum entanglement mô tả một trạng thái trong đó hai hoặc nhiều hạt có mối liên hệ với nhau theo cách mà trạng thái của một hạt ảnh hưởng tức thời đến trạng thái của các hạt khác, bất kể khoảng cách giữa chúng. Non-locality là khả năng của các hạt có liên hệ với nhau theo cách mà thông tin dường như được truyền đi nhanh hơn tốc độ ánh sáng. Mặc dù những hiện tượng này không nhất thiết vi phạm causality, chúng thách thức trực giác cổ điển của chúng ta về không gian và thời gian. Copenhagen interpretation và các diễn giải khác nhau của cơ học lượng tử cố gắng giải thích những hiện tượng kỳ lạ này, nhưng vẫn còn nhiều tranh cãi về ý nghĩa thực sự của chúng.

3.1. Superluminal Communication Khả năng truyền thông tin siêu quang

Một câu hỏi quan trọng liên quan đến quantum entanglementnon-locality là liệu chúng có thể được sử dụng để truyền thông tin nhanh hơn tốc độ ánh sáng (superluminal communication). Mặc dù quantum entanglement cho phép các hạt có mối liên hệ với nhau tức thời, nhưng không có cách nào để kiểm soát trạng thái của một hạt để gửi một thông điệp cụ thể đến hạt kia. Bất kỳ nỗ lực nào để đo trạng thái của một hạt sẽ chỉ tạo ra một kết quả ngẫu nhiên, và không có cách nào để đảm bảo rằng hạt kia sẽ nhận được thông điệp mong muốn. Do đó, mặc dù quantum entanglement có thể cho phép các kết nối phi cục bộ, nhưng nó không thể được sử dụng để vi phạm nguyên tắc causality bằng cách truyền thông tin nhanh hơn tốc độ ánh sáng.

3.2. Information Paradox Mất thông tin trong Hố đen và Acausality

Một vấn đề khác liên quan đến cơ học lượng tử và acausality là information paradox, nảy sinh từ các nghiên cứu về hố đen. Theo lý thuyết cổ điển, bất kỳ vật chất nào rơi vào hố đen đều sẽ bị mất vĩnh viễn, và không có thông tin nào về vật chất đó có thể thoát ra. Tuy nhiên, theo cơ học lượng tử, thông tin không thể bị phá hủy. Điều này tạo ra một nghịch lý: nếu vật chất rơi vào hố đen và thông tin của nó bị mất, thì cơ học lượng tử đã bị vi phạm. Một số nhà vật lý đề xuất rằng thông tin có thể không thực sự bị mất, mà có thể được mã hóa trên bề mặt của hố đen, hoặc có thể thoát ra thông qua một số cơ chế lượng tử chưa biết. Tuy nhiên, vẫn chưa có giải pháp nào được chấp nhận rộng rãi cho nghịch lý này, và nó tiếp tục là một chủ đề nghiên cứu tích cực. Hơn nữa, một số giải pháp tiềm năng cho paradox này liên quan đến các hình thức acausality, chẳng hạn như việc thông tin thoát ra khỏi hố đen trước khi nó rơi vào.

IV. Quan điểm Triết học về Acausality Free Will và Determinism

Physical acausality có những ý nghĩa sâu sắc đối với các cuộc tranh luận triết học về free willdeterminism. Nếu một số sự kiện không có nguyên nhân xác định trước, hoặc có thể bị ảnh hưởng bởi các sự kiện trong tương lai, điều này có thể tạo ra một không gian cho free will tồn tại. Tuy nhiên, cũng có thể cho rằng acausality chỉ đơn giản là một hình thức ngẫu nhiên, và không có nghĩa là chúng ta có nhiều quyền kiểm soát các hành động của mình hơn so với một hệ thống hoàn toàn deterministic. Các nhà triết học cũng tranh luận về mối quan hệ giữa acausality và trách nhiệm đạo đức. Nếu một người thực hiện một hành động mà không có bất kỳ nguyên nhân xác định trước nào, liệu họ có thể chịu trách nhiệm về hành động đó?

4.1. Ảnh hưởng của Acausality đến Principle of Sufficient Reason

Nguyên tắc lý do đầy đủ (Principle of Sufficient Reason - PSR) là một nguyên tắc triết học cho rằng mọi sự kiện đều có một lời giải thích đầy đủ, hoặc một lý do tại sao nó xảy ra. Acausality trực tiếp thách thức nguyên tắc này bằng cách đề xuất rằng một số sự kiện có thể không có lý do đầy đủ, hoặc có thể chỉ xảy ra một cách ngẫu nhiên. Một số nhà triết học cho rằng PSR là một nguyên tắc cần thiết cho lý luận hợp lý, và rằng việc từ bỏ nó sẽ dẫn đến một thế giới vô nghĩa và không thể hiểu được. Tuy nhiên, những người khác cho rằng PSR quá mạnh mẽ, và rằng có thể có những sự kiện đơn giản là không thể giải thích được một cách đầy đủ.

4.2. Những thách thức của Acausality đối với các Mô hình Tri giác của Thời gian

Physical acausality thách thức những mô hình tri giác thông thường về thời gian, đặc biệt là khái niệm về một mũi tên thời gian rõ ràng, nơi quá khứ ảnh hưởng đến hiện tại, và hiện tại ảnh hưởng đến tương lai. Nếu hệ quả có thể xảy ra trước nguyên nhân, hoặc nếu các sự kiện có thể xảy ra mà không có bất kỳ nguyên nhân nào, thì trật tự thời gian trở nên không rõ ràng. Điều này có thể dẫn đến những vấn đề triết học sâu sắc về bản chất của thời gian, và liệu nó có phải là một chiều kích thực sự hay chỉ là một ảo ảnh của ý thức.

V. Ứng dụng thực tiễn và Kết quả Nghiên cứu Acausality trong Vật lý

Mặc dù physical acausality vẫn còn là một chủ đề lý thuyết, nó có thể có những ứng dụng thực tiễn tiềm năng. Ví dụ, một số nhà khoa học đang khám phá khả năng sử dụng quantum entanglement để tạo ra các thiết bị tính toán lượng tử nhanh hơn và mạnh hơn. Các nghiên cứu khác đang tập trung vào việc tìm kiếm các dấu hiệu thực nghiệm của retrocausality, và khám phá xem liệu nó có thể được sử dụng để giải quyết các vấn đề vật lý phức tạp hay không. Tuy nhiên, vẫn còn nhiều thách thức phải vượt qua trước khi physical acausality có thể được sử dụng để tạo ra bất kỳ công nghệ mới nào. Điều quan trọng là phải tiếp cận những nghiên cứu này với một thái độ thận trọng và khách quan, và tránh đưa ra bất kỳ tuyên bố phóng đại nào về tiềm năng của nó.

5.1. Vai trò của Acausality trong Lý thuyết Dây và Vũ trụ Đa chiều

Lý thuyết dây và các lý thuyết vũ trụ đa chiều khác đề xuất rằng vũ trụ của chúng ta có thể chỉ là một trong nhiều vũ trụ song song, và rằng các vũ trụ này có thể tương tác với nhau theo những cách chưa biết. Một số nhà vật lý lý thuyết cho rằng acausality có thể đóng một vai trò quan trọng trong những tương tác này, và rằng các sự kiện trong một vũ trụ có thể ảnh hưởng đến các sự kiện trong một vũ trụ khác, ngay cả khi chúng không có bất kỳ mối liên hệ nhân quả trực tiếp nào. Ví dụ, có thể có những lỗ hổng thời gian hoặc những wormhole kết nối các vũ trụ khác nhau, và cho phép thông tin hoặc vật chất đi qua giữa chúng.

5.2. Tìm kiếm bằng chứng thực nghiệm làm thế nào để kiểm tra Acausality

Việc tìm kiếm bằng chứng thực nghiệm cho acausality là một thách thức lớn, vì hầu hết các thí nghiệm vật lý được thiết kế để kiểm tra các lý thuyết tuân theo nguyên tắc causality. Tuy nhiên, một số nhà khoa học đang cố gắng thiết kế các thí nghiệm có thể phát hiện các vi phạm nhỏ của causality, chẳng hạn như các biến đổi nhỏ trong trật tự thời gian của các sự kiện, hoặc các tương tác phi cục bộ giữa các hạt. Một số thí nghiệm tiềm năng liên quan đến việc sử dụng quantum entanglement để tạo ra các hệ thống có thể kiểm tra các mối tương quan không cổ điển, hoặc sử dụng các cảm biến cực kỳ nhạy để phát hiện các tín hiệu đến từ tương lai. Tuy nhiên, cần lưu ý rằng bất kỳ bằng chứng nào về acausality sẽ phải được xem xét cẩn thận và kiểm tra kỹ lưỡng, vì nó sẽ có những tác động sâu sắc đến sự hiểu biết của chúng ta về vật lý.

VI. Kết luận và Tương lai Nghiên cứu về Physical Acausality sâu rộng

Physical acausality là một chủ đề phức tạp và gây tranh cãi, nhưng nó cũng là một chủ đề quan trọng. Nghiên cứu về acausality có thể giúp chúng ta hiểu rõ hơn về bản chất của thời gian, thực tại và vai trò của người quan sát trong việc xác định trật tự của các sự kiện. Mặc dù vẫn còn nhiều câu hỏi chưa được trả lời, các nghiên cứu tiếp tục về acausality có thể dẫn đến những khám phá mới và những công nghệ đột phá trong tương lai.

6.1. Thách thức còn tồn tại và hướng nghiên cứu tiềm năng trong tương lai gần

Một trong những thách thức lớn nhất trong nghiên cứu về physical acausality là việc tìm kiếm một khuôn khổ lý thuyết nhất quán có thể tích hợp nó với các lý thuyết vật lý hiện có. Cơ học lượng tử và thuyết tương đối rộng là hai lý thuyết thành công nhất trong vật lý hiện đại, nhưng chúng không tương thích với nhau, và cả hai đều gặp khó khăn trong việc giải thích các hiện tượng như quantum entanglementnon-locality. Một số nhà vật lý tin rằng một lý thuyết lượng tử về hấp dẫn có thể cần thiết để giải quyết những vấn đề này, và rằng acausality có thể đóng một vai trò quan trọng trong lý thuyết đó. Các hướng nghiên cứu tiềm năng trong tương lai bao gồm việc phát triển các thí nghiệm mới có thể kiểm tra các vi phạm nhỏ của causality, việc xây dựng các mô hình toán học phức tạp có thể mô tả các hiện tượng acausal, và việc khám phá các ý nghĩa triết học của acausality đối với sự hiểu biết của chúng ta về free will, trách nhiệm đạo đức và bản chất của thời gian.

6.2. Sự kết hợp Acausality vào những lý thuyết khoa học triết học khác

Physical acausality không chỉ là một chủ đề quan trọng trong vật lý, mà còn có những ý nghĩa rộng lớn đối với các lĩnh vực khoa học và triết học khác. Ví dụ, acausality có thể có những ứng dụng trong khoa học máy tính, nơi nó có thể được sử dụng để tạo ra các thuật toán có thể giải quyết các vấn đề phức tạp một cách nhanh chóng và hiệu quả hơn. Nó cũng có thể có những ứng dụng trong sinh học, nơi nó có thể giúp chúng ta hiểu rõ hơn về các cơ chế phức tạp điều chỉnh sự phát triển và tiến hóa của các sinh vật sống. Hơn nữa, acausality có thể thách thức những giả định cơ bản về khoa học và tri thức của chúng ta. Acausality có thể thay đổi tri thức của chúng ta về khoa học và vật lý trong tương lai.

27/09/2025

Trích đoạn nội dung tài liệu

Fundamental Theories of Physics 192 Karl Svozil Physical (A)Causality Determinism, Randomness and Uncaused Events www.com Fundamental Theories of Physics Volume 192 Series editors Henk van Beijeren, Utrecht, The Netherlands Philippe Blanchard, Bielefeld, Germany Paul Busch, York, United Kingdom Bob Coecke, Oxford, United Kingdom Dennis Dieks, Utrecht, The Netherlands Bianca Dittrich, Waterloo, Canada Detlef Dürr, München, Germany Ruth Durrer, Genève, Switzerland Roman Frigg, London, United Kingdom Christopher Fuchs, Boston, USA Giancarlo Ghirardi, Trieste, Italy Domenico J. Giulini, Bremen, Germany Gregg Jaeger, Boston, USA Claus Kiefer, Köln, Germany Nicolaas P. Landsman, Nijmegen, The Netherlands Christian Maes, Leuven, Belgium Mio Murao, Bunkyo-ku, Tokyo, Japan Hermann Nicolai, Potsdam, Germany Vesselin Petkov, Montreal, Canada Laura Ruetsche, Ann Arbor, USA Mairi Sakellariadou, London, UK Alwyn van der Merwe, Denver, USA Rainer Verch, Leipzig, Germany Reinhard F. Werner, Hannover, Germany Christian Wüthrich, Geneva, Switzerland Lai-Sang Young, New York City, USA www.com The international monograph series “Fundamental Theories of Physics” aims to stretch the boundaries of mainstream physics by clarifying and developing the theoretical and conceptual framework of physics and by applying it to a wide range of interdisciplinary scientific fields.

Original contributions in well-established fields such as Quantum Physics, Relativity Theory, Cosmology, Quantum Field Theory, Statistical Mechanics and Nonlinear Dynamics are welcome. The series also provides a forum for non-conventional approaches to these fields. Publications should present new and promising ideas, with prospects for their further development, and carefully show how they connect to conventional views of the topic. Although the aim of this series is to go beyond established mainstream physics, a high profile and open-minded Editorial Board will evaluate all contributions carefully to ensure a high scientific standard.

More information about this series at http://www.com/series/6001 www.com Karl Svozil Physical (A)Causality Determinism, Randomness and Uncaused Events www.com Karl Svozil Institute for Theoretical Physics Vienna University of Technology Vienna Austria ISSN 0168-1222 ISSN 2365-6425 (electronic) Fundamental Theories of Physics ISBN 978-3-319-70814-0 ISBN 978-3-319-70815-7 (eBook) https://doi.1007/978-3-319-70815-7 Library of Congress Control Number: 2017959895 © The Editor(s) (if applicable) and The Author(s) 2018. This book is an open access publication. Open Access This book is licensed under the terms of the Creative Commons Attribution 4.0 International License (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/), which permits use, sharing, adap- tation, distribution and reproduction in any medium or format, as long as you give appropriate credit to the original author(s) and the source, provide a link to the Creative Commons license and indicate if changes were made. The images or other third party material in this book are included in the book’s Creative Commons license, unless indicated otherwise in a credit line to the material.

If material is not included in the book’s Creative Commons license and your intended use is not permitted by statutory regulation or exceeds the permitted use, you will need to obtain permission directly from the copyright holder. The use of general descriptive names, registered names, trademarks, service marks, etc. in this publi- cation does not imply, even in the absence of a specific statement, that such names are exempt from the relevant protective laws and regulations and therefore free for general use. The publisher, the authors and the editors are safe to assume that the advice and information in this book are believed to be true and accurate at the date of publication.

Neither the publisher nor the authors or the editors give a warranty, express or implied, with respect to the material contained herein or for any errors or omissions that may have been made. The publisher remains neutral with regard to jurisdictional claims in published maps and institutional affiliations. Printed on acid-free paper This Springer imprint is published by Springer Nature The registered company is Springer International Publishing AG The registered company address is: Gewerbestrasse 11, 6330 Cham, Switzerland www.com This book is dedicated to Immanuel Kant (1724–1804 in Königsberg, Prussia) “Sapere aude!” www.com Preface Our perception of what is knowable and what is unknown, and, in particular, our viewpoint on randomness, lies at the metaphysical core of our worldview. This view has been shaped by the narratives created and provided by the experts through various sources—rational, effable, and (at least subjectively) ineffable ones.

There are, and always have been, canonical narratives by the orthodox main- stream. Often orthodoxy delights itself in personal narcissism, which is adminis- tered and mediated by the attention economy, which in turn is nurtured by publicity and the desire of audiences “to know”—to attain “truth” in a final rather than in a procedural, preliminary sense. Alas, science is not in the position to provide final answers. Alternatively, the narrative is revisionistic.

Already Emerson noted [200],“whoso would be a man must be a nonconformist …Nothing is at last sacred but the integrity of your own mind.” But although iconoclasm, criticism, and nonconformism seem to be indispensable for progress, they bear the danger of diverting effort and attention to unworthy “whacky” attempts and degenerative research programs. Both orthodoxy as well as iconoclasts are indispensable elements of progress and different sides of the same coin. They define themselves through the respective other, and their interplay and interchange facilitate the possibility to obtain knowledge about Nature. And so it goes on and on; one is reminded of Nietzsche’seternal recurrence.1 It might always be like that; at least there is not the slightest indication that our theories settle and become canonized even for a human life span; let alone indef- initely.

Indeed, any canonization might indicate a dangerous situation and be detrimental to science. Our universe seems to foster instability and change; indeed, volatility and compound interest is a universal feature of it. Physical and other unknowns might be systemic and inevitable, and actually quite enjoyable, features of science and human cognition. The sooner we learn how 1 German original: ewige Wiederkunft [373].com viii Preface to perceive and handle them, the sooner we shall be able to exploit their innovative capacities.

But there is more practical, pragmatic utility to randomness and indeterminism than just this epistemological joy. I shall try to explain this with two examples. Suppose that you want to construct a bridge, or some building of sorts. As you try to figure out the supporting framework, you might end up with the integral of some function which has no analytic solution you can figure out.

Or even worse: The function is the result of some computation and has no closed analytic form which you know of. So, all you can do is to try to compute this function numerically. But this might be deceptive because the algorithm for numerical integration has to be “atypical” with respect to the function in the sense that all parts of the function are treated “unbiased.” Suppose, for instance, that the function shows some peri- odicity. Then, if the integration would evaluate the function only at points which are in sync with that functional periodicity, this would result in a strong bias toward those functional values which fall within a particular sync period; and hence a bad approximation of the integral.

Of course, if, in the extreme case, the function is almost constant, any kind of sampling of points—even very concentrated ones (even a single point), or periodic ones yield reasonable approximations. But “random” sampling alone guarantees that all kinds of functional scenarios are treated well and thus yield good approximations. Other examples for the utility of randomness are in politics. Random selection plays a role in aGedankenexperiment in which one is asked to sketch a theory of justice and appropriation of wealth if a veil of ignorance is kept over one’s own status and destiny; or if one imagines being born into randomly selected families [422].

And as far as the ancient Greeks are concerned, those who practiced their form of democracy have been (unlike us) quite aware that sooner or later, democracies deteriorate into oligarchies. This is almost inevitable: Because of mathematical mechanisms related to compound interestet cetera, an uninhibited growth tends to increase and accumulate wealth and political as well as economic power into fewer and fewer entities and individuals. We can see those aggregations of wealth and powers in action on all political scales, local and global. Two immediate conse- quences are misappropriations of all kinds of assets and means, as well as corruption.

As the ancient Athenians watched similar tendencies in their times they came up with two solutions to neutralize the danger of tyranny by compounded power: one was ostracism, and the other one was sortition, the widespread random selection of official ministry as a remedy to curb corruption [271, p. As Aristotle noted, “the appointment of magistrates by lot is thought to be democratic, and the election of them oligarchical” [19, Politics IV, 1294b8, pp. The ancient Greeks used fairly sophisticated random selection procedures, algorithms, and machines calledvkgqxsqiom(kleroterion) for, say, the selection of lay judges [177, 164]. Then and now, accountable and certified “randomized” selection procedures have been of great importance for the public affairs.com Preface ix This book has been greatly inspired by, and intends to be an “update” of, Philipp Frank’s 1932 The Law of Causality and its Limits [219, 220].

It is written in the spirit of the enlightenment and scientific rationality. One of its objective is to give a status quo of the situation regarding physical indeterminism. Another is the recognition that certain things are provable unknowable; but that does not mean that they need to be “irreducibly random.” As a result, the book is not in praise of what is often pronounced as “discovery of indeterminism and chance in the natural sciences,” but rather attempts to serve two objectives: On the one hand, it locates and scrutinizes claims of absolute randomness and irreducible indeterminism. On the other hand, it enumerates the means relative limits of expressing truth by finite formal systems.

It is amazing that, when it comes to the perception of chance versus determin- ism, people, in particular, scientists, become very emotional [497] and seem to be driven by ideologies and evangelical agendas and furors which sometimes are hidden even to themselves. Consequently, there is an issue that we need to be aware of when discussing such matters at all times. Already Freud advised analysts to adopt a contemplative strategy ofevenly-suspended attention [225, 224]; and, in particular, to be aware of the dangers caused by “…the temptation of projecting outwards some of the peculiarities of his own personality, which he has dimly perceived, into the field of science, as a theory having universal validity; he will bring the psycho-analytic method into discredit, and lead the inexperienced astray.” [224]2 And the late Jaynes warns and disapproves the Mind Projection Fallacy [288, 289, 413], by pointing out that“we are all under an ego-driven temptation to project our private thoughts out onto the real world, by supposing that the creations of one’s own imagination are real properties of Nature, or that one’s own ignorance signifies some kind of indecision on the part of Nature.” Let me finally acknowledge the help I got from friends and colleagues. I have learned a lot from many colleagues, from their publications, from their discussions and encouragements, and from their cooperation.

I warmly thank Alastair Abbott, Herbert Balasin, John Barrow, Douglas Bridges, Adán Cabello, Cristian S. Calude, Elena Calude, Kelly James Clark, John Casti, Gregory Chaitin, Michael Dinneen, Monica Dumitrescu, Daniel Greenberger, Jeffrey Koperski, Andrei Khrennikov, Frederick W. Portillo, Jose Maria Isidro San Juan, Ludwig Staiger, Johann Summhammer, Michiel van Lambalgen, Udo Wid, and Noson Yanofsky. This work was supported in part by the European Union, Research Executive Agency (REA), Marie Curie FP7-PEOPLE-2010-IRSES-269151-RANPHYS grant.

In particular, I kindly thank Pablo de Castro from the Open Access Project of LIBER - Ligue des Bibliothèques Européennes de Recherche for his kind guidance and help with regard to the open access rendition of this book. 2 German original [225]: “Er wird leicht in die Versuchung geraten, was er in dumpfer Selbstwahrnehmung von den Eigentümlichkeiten seiner eigenen Person erkennt, als allgemeingültige Theorie in die Wissenschaft hinauszuprojizieren, er wird die psychoanalytische Methode in Misskredit bringen und Unerfahrene irreleiten.

Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ