Kaffes(l)ump (OT)
"Allting som händer, hade bakomliggande faktorer som gjorde att det hände. Och de faktorerna hade i sin tur anledningar till att de hände... Och så vidare..."
Jo, den berömda kausalprincipen är en av de absolut mest grundläggande sakerna i vår fysik. Problemet med den är att det finns ett antal fall där den inte verkar gälla.
Ett typexempel är de överljusexperiment som man faktiskt gör idag. Genom att välja medium och modulera laserstrålar på rätt sätt så kan man få en vågtopp som rör sig snabbare än ljuset. Ljuspartiklarna rör sig fortfarande i ljushastighet, men energin i ljusvågorna fortplantar sig snabbare än ljuset. Rekordet hittills ligger så vitt jag vet på 5,7c.
Rent praktiskt har man lyckats skicka ett Mozart-stycke med modulerade laserstrålar snabbare än ljuset, vilket har lett till att stycket mätbart kommer fram innan det sändes. Uppenbarligen kommer orsaken till att något händer efter att det hände, vilket ställer hela kausalprincipen upp och ner. Just nu försöker man bortförklara experimentet på något sätt så att kausalprincipen inte bryts.
Det intressanta med kausalprincipen är att det inte finns några som helst fysiska belägg för att den måste gälla. Den är bara antagen som en universell princip.
"Med andra ord, jag tror inte att kaos finns"
Då går vi över till att betrakta en kopp kaffe. Ur ett makroperspektiv så kan man förutsäga att kaffets temperatur kommer att sjunka, till en början ganska snabbt, men sedan plana ut för att så småningom nå rummets temperatur. Rummet kommer i sin tur bli något varmare på grund av värmeutväxlingen. Formlerna för att beskriva kaffekoppens temperaturutväxling är enkla och väl kända.
Tittar vi på den ur mikroperspektiv så blir det genast mycket knepigare. Vi har då en kasse med... låt oss för enkelhets skull kalla det för "kaffeatomer". Varje kaffeatom har en viss mängd värmeenergi. Denna värmeenergi kan förflyttas ut i rummet genom två sätt: ledning och strålning. Och på mikronivå så är ledning faktiskt ingenting annat än strålning fast med kort avstånd, så vi kan nöja oss med strålning.
Strålningen sker på så sätt att en kaffeatom plötsligt får för sig att stråla ut ett kvanta värmeenergi i form av en långvågig foton. Att det förhåller sig så är ganska enkelt att iaktta - kaffekoppen sänder ut värme i form av värmestrålning, det vill säga (relativt) långvågig radiostrålning strax över det synliga spektrat men under mikrovågsstrålning i våglängd. Det innebär att vi talar elektromagnetisk strålning, och oavsett våglängd så har elektromagnetisk strålning vissa egenheter. Den är till exempel begränsad i ett kvanta som innehåller en viss mängd energi, som färdas med hastigheten c, och som kan betraktas som antingen en vågform eller som en partikel.
Hur som helst, poängen är att kaffeatomen omöjligt kan veta när den ska släppa ifrån sig ett kvanta. Den har liksom ingen möjlighet att fråga grannarna om det är lagom att släppa ifrån sig energin just nu. I och med att värmeenergi inte släpps iväg linjärt, utan i form av kvanta, så får man det otäcka scentariet att man snabbt skulle ha kaffe som hade en temperatur på ca tre Kelvin - något som är tämligen odrickbart. Eller så kan den hålla på värmeenergin i all oändlighet, vilket skulle innebära att vi skulle ha skållhett kaffe även vid det stora Kraset (om det nu inträffar).
Entré ett komplicerat system som vi inte känner till, det vill säga slumpen. Om varje kaffeatom släpper ifrån sig ett värmekvanta vid ett slumpvist valt tillrälle så får vi en mycket bättre utplaningskurva på kaffet - den enorma mängden ackumulerad slump i hela kaffekoppen resulterar i ett förutsägbart värmeväxlingssystem som kan beskrivas med en enkel formel, baserad på temperatur, volym, strålningsyta, inre värmeledningsförmåga, värmekapacitans och värmestrålningskoefficient hos omgivning respektive kaffekopp.
Är detta ett bevis på att slump existerar? Inte i sig - som du säger så kan det ju vara ett deterministiskt system som, om man känner ingångsvariablerna och systemet, gör att man kan beräkna när en kaffeatom släpper ifrån sig ett värmekvanta. Allt vi således behöver göra är att finna systemet och bestämma ingångsvariablerna. Det finns dock ett litet problem med detta, nämligen vännen Heisenberg.
Heisenbergs osäkerhetsprincip var en av de där verkligt grundläggande sakerna, vars effekter fick Einstein att tvivla på kvantteorin (vilket han uttryckte med sin replik "hur som helst så tror jag inte att Gud spelar tärning"). Vad Heisenberg säger är nämligen att vi kan veta en partikels läge eller dess tillstånd (dvs rörelse, hastighet, värme etc),
men aldrig båda! Orsaken är sättet vi betraktar partiklar på. Så fort vi betraktar en partikel så måste vi göra det genom att påverka den på något sätt - se hur den rör sig i ett magnetfält, skjuta den mot en måltavla, pricka den med en annan partikel eller något liknande. Vad vi än gör så kommer vi att påverka partikeln så fort vi betraktar den.
Detta gör att vi inte kan få reda på samtliga ingångsvariabler. Därmed spelar det ingen roll om vi vet systemet eller inte - i och med att en del ingångsvariabler är okända eller i bästa fall osäkra så blir även utresultatet beroende av osäkerheten i ingångsvariablerna. Och eftersom vi inte kan få bort osäkerheten i ingångsvariablerna så kan vi inte få bort osäkerheten i resultatet.
Och av den anledningen är vi tvungna att ge upp både determinismen såväl som kausalprincipen. Slump finns och är ofrånkomlig, eftersom vi inte
kan få reda på all fakta som behövs för att bli av med slumpen.
- Krille
"Never position a rock near a hard place"
<A HREF="
http://www.foxtail.nu" target="_new">
http://www.foxtail.nu</A>
