抛掷硬币这类宏观试验中,观察到的概率和量子理论中的概率有什么区别?

马善人


首先下结论,两个概率不一样。


太长不看版

宏观状态下,事件的概率是存在的,观测得到结果。量子力学中,观测决定事件的发生


还想看看版


一,既然题主提到了抛掷硬币这一特殊情况,我们就从特殊到一般,慢慢推广,先来研究抛掷硬币。在数学史上,当我们大量重复某一相同的实验的时候,其最后的实验结果可能会稳定在某一数值附近。就像抛硬币一样,当我们不断地抛,抛个上千次,甚至上万次,我们会发现,正面或者反面向上的次数都会接近一半。除了抛硬币,现实中还有许许多多这样的例子,像掷骰子,最著名的实验就是泊松抛针实验。这些实验都像我们传达了一个共同的信息,那就是大量重复实验最终的结果都会比较稳定。那稳定性到底是什么?怎样去用数学语言把它表达出来?这其中会不会有某种规律性?是必然的还是偶然的?

这一系列问题其实就是大数定律要研究的问题。很早的时候,人们其实就发现了这一规律性现象,也有不少的数学家对这一现象进行了研究,这其中就包括伯努利(后来人们为了纪念他,都认为他是第一个研究这一问题的人,其实在他之前也早有数学家研究过)。伯努利在1713年提出了一个极限定理,当时这个定理还没有名称,后来人们称这个定理为伯努利大数定律。因此概率论历史上第一个有关大数定律的极限定理是属于伯努利的,它是概率论和数理统计学的基本定律,属于弱大数定律的范畴。

当大量重复某一实验时,最后的频率无限接近事件概率。用数学的语言表示一下。换一个说法可能更好理解。在一个袋子里有三个球,两黑一白,拿一个出来。当实验重复数据足够多时,会发现,拿出白球的事件是所有事件的三分之一。

当然现在有了伯努利大数定律,就可以轻松的算出来了。

下面从特殊到一般。

当在宏观中发现一类概率性事物时,多半是想着找一个大数定律来研究一下,符合的话就解决了,不符合的话,有理由骗经费了(手动删除)。而随着概率论的发展,目前发展出了切比雪夫版本大数定律,辛钦大数定律等等。还有强大数定理。


看着很烦对吧?实际上随便找个数学系的博士研究生都能做独立证明,硕士生也可以整出来大半。这就是科学发展的必然现象,越来越多高深复杂的科学理论可以逐渐的普及开来。

闲话少叙,我们来说说量子态下的概率。

为了避免太过抽象,以薛定谔的猫来做解释。这只半死不活的猫是科学史上四大神兽之一,是最诡异的一只(另外三只分别是芝诺的乌龟,拉普拉斯兽、麦克斯韦妖)。

“薛定谔的猫”是由奥地利物理学家薛定谔于1935年提出的有关猫生死叠加 [1] 的著名思想实验,是把微观领域的量子行为扩展到宏观世界的推演。这里必须要认识量子行为的一个现象:观测。微观物质有不同的存在形式,即粒子和波。通常,微观物质以波的叠加混沌态存在;一旦观测后,它们立刻选择成为粒子。实验是这样的:在一个盒子里有一只猫,以及少量放射性物质。之后,有50%的概率放射性物质将会衰变并释放出毒气杀死这只猫,同时有50%的概率放射性物质不会衰变而猫将活下来。

根据经典物理学,在盒子里必将发生这两个结果之一,而外部观测者只有打开盒子才能知道里面的结果 [2] 。在量子的世界里,当盒子处于关闭状态,整个系统则一直保持不确定性的波态,即猫生死叠加。猫到底是死是活必须在盒子打开后,外部观测者观测时,物质以粒子形式表现后才能确定。这项实验旨在论证量子力学对

微观粒子世界超乎常理的认识和理解,可这使微观不确定原理变成了宏观不确定原理,客观规律不以人的意志为转移,猫既活又死违背了逻辑思维

从这里开始,量子力学对于专业领域以外的人就彻底变成了玄学。

我们再绕回来。量子力学中的概率是怎么产生的呢?物质处于量子态和物质波的叠加状态中,不观测永远不知道结果。在量子力学中,观测又会决定结果。

到这里这个问题的答案就出现了。宏观状态下,事件的概率是存在的,观测得到结果。量子力学中,观测决定事件的发生。其原因是海森堡的测不准原理(其实很简单百度百科就有)。在此不做赘述。

这里是小东,一个有想法的物理学从业者。欢迎关注,欢迎讨论。


东边的物理坑


个人认为两者外在表现和内在机理均是一致的。外在表现是两者均是服从大数定律,在实验次数无限时,发生频率总是无限接近事件概率。其内在机理为,两者均因测不准而产生。量子领域的测不准已经基本共知,宏观领域的测不准虽然没见过类似研究(可能是我孤陋寡闻),但私认为也是测不准的,虽然有人称可以不断细化抛硬币所有环境因素的测量进行预测,不谈这些细化和测量能否实现,但无限细化的结果最终还是量子化,归根结底还是测不准。


DuGalle


这个问题很刁钻。

抛硬币的概率是统计学概率。从原则上说,我们实际上能够确定的计算硬币哪一面朝上。然而影响的因素比较多,所以用概率统计来描述它。从这个角度看,因为每次哪一面朝上实际是可以计算的,所以随机是个伪随机。类似电脑里随机函数那种。

量子力学是目前我知道的唯一一处有概率还不是统计概率。它的随机是真随机。

当然也有可能是这个随机的背后还有我们未知的自然规律。但就目前为止,它是个真随机。


安兹乌拉恭


自然規律必须认真去探索和追寻,来不得半点马虎,什么抛下硬币,測不准,那都不是正确的科学态度。我认为这个宇宙由三大要素构成:空间(物质)、时间(物质的运动)、能量(量子、光子、信息等)。三者相辅相成,三者之间的关系是:时间=空间✖️能量,一切自然規律都可以在实践中利用这一公式去思考、整理。旧的不去新的不来,用数来代替这三大要素应该可以解决很多问题,包括量子理论。(以上覌点系本人学习中国传统文化心得、该方程式从河图、洛书、易经、中医、及参考現代科学后悟出。)


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