拋擲硬幣這類宏觀試驗中,觀察到的機率和量子理論中的機率有什麼區別?

馬善人


首先下結論,兩個概率不一樣。


太長不看版

宏觀狀態下,事件的概率是存在的,觀測得到結果。量子力學中,觀測決定事件的發生


還想看看版


一,既然題主提到了拋擲硬幣這一特殊情況,我們就從特殊到一般,慢慢推廣,先來研究拋擲硬幣。在數學史上,當我們大量重複某一相同的實驗的時候,其最後的實驗結果可能會穩定在某一數值附近。就像拋硬幣一樣,當我們不斷地拋,拋個上千次,甚至上萬次,我們會發現,正面或者反面向上的次數都會接近一半。除了拋硬幣,現實中還有許許多多這樣的例子,像擲骰子,最著名的實驗就是泊松拋針實驗。這些實驗都像我們傳達了一個共同的信息,那就是大量重複實驗最終的結果都會比較穩定。那穩定性到底是什麼?怎樣去用數學語言把它表達出來?這其中會不會有某種規律性?是必然的還是偶然的?

這一系列問題其實就是大數定律要研究的問題。很早的時候,人們其實就發現了這一規律性現象,也有不少的數學家對這一現象進行了研究,這其中就包括伯努利(後來人們為了紀念他,都認為他是第一個研究這一問題的人,其實在他之前也早有數學家研究過)。伯努利在1713年提出了一個極限定理,當時這個定理還沒有名稱,後來人們稱這個定理為伯努利大數定律。因此概率論歷史上第一個有關大數定律的極限定理是屬於伯努利的,它是概率論和數理統計學的基本定律,屬於弱大數定律的範疇。

當大量重複某一實驗時,最後的頻率無限接近事件概率。用數學的語言表示一下。換一個說法可能更好理解。在一個袋子裡有三個球,兩黑一白,拿一個出來。當實驗重複數據足夠多時,會發現,拿出白球的事件是所有事件的三分之一。

當然現在有了伯努利大數定律,就可以輕鬆的算出來了。

下面從特殊到一般。

當在宏觀中發現一類概率性事物時,多半是想著找一個大數定律來研究一下,符合的話就解決了,不符合的話,有理由騙經費了(手動刪除)。而隨著概率論的發展,目前發展出了切比雪夫版本大數定律,辛欽大數定律等等。還有強大數定理。


看著很煩對吧?實際上隨便找個數學系的博士研究生都能做獨立證明,碩士生也可以整出來大半。這就是科學發展的必然現象,越來越多高深複雜的科學理論可以逐漸的普及開來。

閒話少敘,我們來說說量子態下的概率。

為了避免太過抽象,以薛定諤的貓來做解釋。這隻半死不活的貓是科學史上四大神獸之一,是最詭異的一隻(另外三隻分別是芝諾的烏龜,拉普拉斯獸、麥克斯韋妖)。

“薛定諤的貓”是由奧地利物理學家薛定諤於1935年提出的有關貓生死疊加 [1] 的著名思想實驗,是把微觀領域的量子行為擴展到宏觀世界的推演。這裡必須要認識量子行為的一個現象:觀測。微觀物質有不同的存在形式,即粒子和波。通常,微觀物質以波的疊加混沌態存在;一旦觀測後,它們立刻選擇成為粒子。實驗是這樣的:在一個盒子裡有一隻貓,以及少量放射性物質。之後,有50%的概率放射性物質將會衰變並釋放出毒氣殺死這隻貓,同時有50%的概率放射性物質不會衰變而貓將活下來。

根據經典物理學,在盒子裡必將發生這兩個結果之一,而外部觀測者只有打開盒子才能知道里面的結果 [2] 。在量子的世界裡,當盒子處於關閉狀態,整個系統則一直保持不確定性的波態,即貓生死疊加。貓到底是死是活必須在盒子打開後,外部觀測者觀測時,物質以粒子形式表現後才能確定。這項實驗旨在論證量子力學對

微觀粒子世界超乎常理的認識和理解,可這使微觀不確定原理變成了宏觀不確定原理,客觀規律不以人的意志為轉移,貓既活又死違背了邏輯思維

從這裡開始,量子力學對於專業領域以外的人就徹底變成了玄學。

我們再繞回來。量子力學中的概率是怎麼產生的呢?物質處於量子態和物質波的疊加狀態中,不觀測永遠不知道結果。在量子力學中,觀測又會決定結果。

到這裡這個問題的答案就出現了。宏觀狀態下,事件的概率是存在的,觀測得到結果。量子力學中,觀測決定事件的發生。其原因是海森堡的測不準原理(其實很簡單百度百科就有)。在此不做贅述。

這裡是小東,一個有想法的物理學從業者。歡迎關注,歡迎討論。


東邊的物理坑


個人認為兩者外在表現和內在機理均是一致的。外在表現是兩者均是服從大數定律,在實驗次數無限時,發生頻率總是無限接近事件概率。其內在機理為,兩者均因測不準而產生。量子領域的測不準已經基本共知,宏觀領域的測不準雖然沒見過類似研究(可能是我孤陋寡聞),但私認為也是測不準的,雖然有人稱可以不斷細化拋硬幣所有環境因素的測量進行預測,不談這些細化和測量能否實現,但無限細化的結果最終還是量子化,歸根結底還是測不準。


DuGalle


這個問題很刁鑽。

拋硬幣的概率是統計學概率。從原則上說,我們實際上能夠確定的計算硬幣哪一面朝上。然而影響的因素比較多,所以用概率統計來描述它。從這個角度看,因為每次哪一面朝上實際是可以計算的,所以隨機是個偽隨機。類似電腦裡隨機函數那種。

量子力學是目前我知道的唯一一處有概率還不是統計概率。它的隨機是真隨機。

當然也有可能是這個隨機的背後還有我們未知的自然規律。但就目前為止,它是個真隨機。


安茲烏拉恭


自然規律必須認真去探索和追尋,來不得半點馬虎,什麼拋下硬幣,測不準,那都不是正確的科學態度。我認為這個宇宙由三大要素構成:空間(物質)、時間(物質的運動)、能量(量子、光子、信息等)。三者相輔相成,三者之間的關係是:時間=空間✖️能量,一切自然規律都可以在實踐中利用這一公式去思考、整理。舊的不去新的不來,用數來代替這三大要素應該可以解決很多問題,包括量子理論。(以上覌點系本人學習中國傳統文化心得、該方程式從河圖、洛書、易經、中醫、及參考現代科學後悟出。)


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