Что такое демон лапласа
Демон Лапласа
Демон Лапласа — мысленный эксперимент 1814 года, предложенный французским математиком Пьером-Симоном Лапласом, а также главный персонаж этого эксперимента — вымышленное разумное существо, способное, восприняв в любой данный момент времени положение и скорость каждой частицы во Вселенной, узнавать её 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.
Проблематика демона Лапласа связана не с вопросом о том, возможно ли детерминистическое предсказание хода событий в действительности, на практике (de facto), а в том, возможно ли оно в принципе, теоретически (de jure). Именно такая возможность заключена в механистическом описании с его характерным дуализмом, основанным на динамическом законе и начальных условиях. То, что развитием динамической системы управляет детерминистический закон (хотя на практике наше незнание начальных состояний исключает всякую возможность детерминистических предсказаний), позволяет «отличать» объективную истину о системе, какой она представлялась бы демону Лапласа, от эмпирических ограничений, вызванных нашим незнанием.
В контексте классической динамики детерминистическое описание может быть недостижимым на практике, тем не менее оно остается пределом, к которому должна сходиться последовательность всё более точных описаний.
Содержание
Исходная формулировка
Лаплас был твердым сторонником каузального детерминизма, суть которого можно выразить таким отрывком из Essai philosophique sur les probabilités:
 | Мы можем рассматривать настоящее состояние Вселенной как следствие его прошлого и причину его будущего. Разум, которому в каждый определённый момент времени были бы известны все силы, приводящие природу в движение, и положение всех тел, из которых она состоит, будь он также достаточно обширен, чтобы подвергнуть эти данные анализу, смог бы объять единым законом движение величайших тел Вселенной и мельчайшего атома; для такого разума ничего не было бы неясного и будущее существовало бы в его глазах точно так же, как прошлое. |  |
Такой разум часто называют Демоном Лапласа. Стоит заметить, однако, что описание гипотетического разума в качестве демона принадлежит не Лапласу, а его поздним биографам: Лаплас видел себя учёным, и полагая, что человечество может достичь лучшего научного понимания мира, он осознавал, что в случае, если такое произойдёт, всё равно потребуются огромные вычислительные мощности, чтобы произвести такие расчёты в один определённый момент. Хотя Лаплас видел предстоящие практические проблемы человечества в достижении этой наивысшей степени знания и развития вычислительной техники, поздние представления о квантовой механике (Принцип неопределенности), которые были приняты философами в защиту существования свободы воли, также оставляют теоретическую возможность опровержения существования такого «разума».
Демон Лапласа
— Этот сайт желает знать ваше местоположение. Разрешить Отклонить — этот сайт желает знать ваш импульс. — Ха! Хорошая попытка! Разрешить Отклонить
Демон Лапласа — гипотетическое существо из мира физики, олицетворение детерменизма, которое знает положение и параметры всех частиц Вселенной в данный конкретный момент. По теории строгого детерминизма, которая была популярна в годы жизни Лапласа, такая абилка наделяла демона всеведением; на основании полученных данных он мог вычислить всё, что было и что будет. Считается покойным с 1972 года, попытки реанимировать продолжаются до сих пор.
Демон Лапласа — сферическая в вакууме «конечная цель» науки тех (до нашего времени) лет: учёный, который научными методами может высчитать вообще всё. Впоследствии оказалось, что всё не так просто, чем это казалось во времена Лапласа, а по мнению квантовой механики сделало демона Лапласа вообще невозможной фикцией: выяснилось, что нельзя точно узнать сразу все параметры даже одной отдельно взятой частицы: или местоположение, или скорость, выбирайте, что больше нравится, но не и то и другое сразу (Эйнштейн с этим не согласился и выдвинул мысленный эксперимент по опровержению, но наступил на грабли собственной теории, которые подложил оппоненту).
Даже если бы это было не так, демон Лапласа всё еще невозможен, потому что ему бы пришлось содержать информацию обо всей вселенной, включая себя самого. А еще Вселенная может быть бесконечной. Это же, кстати, солидный камень в огород религии.
Более сильной версией демона Лапласа является Бог, который по определению всеведущ (ибо по легенде, именно он задал начальные условия существования Вселенной, а значит знает то же, что и демон Лапласа) и всемогущ настолько, что выдал человеку свободу воли, породив разрыв шаблона у всей теории — ведь по версии фаталистов и детерминистов, таковой быть не может, ибо всё предопределено. Дальше — больше, у Бога есть некий Замысел (подозрительно похожий на принцип согласованности), согласно которому любые шатания свободы воли всегда приводят к нужному результату, рано или поздно (что, в общем-то, верно), правда в чем этот замысел заключается — никто сказать не может, но очевидно что тут скорее важен путь, чем результат. Следствием этого являются два корня из уравнения морали — если верующие начнут творить беспредел, то в соответствии с принципом свободы воли и Замысла Божьего, Бог — злой. Если же наоборот, то Бог, соответственно, добрый. То есть возникает парадокс — не Бог определяет то, какими будем мы, а наоборот (если отмести в сторону версию о нейтральном боге и как следствие отсутствии Замысла, и версию с двумя и более богами и детерминизмом на основе скрытых параметров). Тогда, путем сокращения, мы приходим к выводу что бога нет, ибо он излишен. И становится как-то немного грустно. Не отчаивайтесь, если вам так уж охота верить в бога — по косвенным признакам он есть. Косвенные признаки — это оказание влияния на целую кучу народа, привносящее толику иррационального добра в наш безумный мир. Короче говоря, «не важно есть ли Бог, жить нужно так, словно он есть», и тогда всё будет хорошо.
Более слабой версией демона Лапласа является Омега — существо, знающее не всё, но способное с высокой точностью получать знания и моделировать кусок реальности, чтобы предсказать исход. Например, просканировав ваш мозг, Омега с высокой достоверностью (но не обязательно равной строго 100 %) может сказать, какой выбор вы совершите, еще до того, как вы подумаете об этом, но он не знает положение каждого атома в каждой из далеких галактик. В отличие от демона Лапласа, Омега не является принципиально невозможным. Более того, Омега реально существует: очень продвинутые алгоритмы взлома ключей шифрования, основанных на сознательном вводе каких-то данных человеком, работают схожим образом. То есть, с определенной вероятностью они способны угадать ваш охрененно длинный суперзащищенный пароль. Поэтому когда вы генерите смарт-ключ, всегда используйте кота.
Как обрести бессмертие с помощью автомата Калашникова и диссертации американского физика по квантовой механике
Фатализм и свобода воли
Вина и невменяемость
Суть этого аспекта проблемы заключается в этичности осуждения преступников. Представим, что полиция ловит Ивана Иванова и все улики указывают на то, что именно он угнал автомобиль Пети Петрова. С прагматической точки зрения Иван Иванов должен понести наказание и сесть в тюрьму. Но с этической точки зрения всё не так просто.
И хотя очевидно, что государственная система всегда будет руководствоваться прагматическими соображениями, с этической точки зрения возникает громадная проблема: человека судят исходя из предположения существования у него свободы воли, полностью отвергая влияние внешних обстоятельств и полностью игнорируя закон причинно-следственных связей в формировании его личности.
И хотя с юридической точки зрения случаи гипотетического Ивана Иванова и реального казанского стрелка разные, то с этически-философской точки зрения разницы между ними нет.
Детерминизм и случайность
С научной точки зрения спор ведется не о фатализме и свободе воли, а о детерминированности и случайности. Или другими словами, стоит вопрос: существуют ли в нашем мире какие-либо абсолютно случайные явления, или все процессы строго детерминированы законами физики так, что зная текущее состояние мира и все физические законы можно рассчитать следующее его состояние?
До начала XX века все научные теории подтверждали точку зрения детерминистов. Сквозь призму ньютоновской механики мир рассматривался как огромный часовой механизм, работающий по строго заданным законам гравитации. Созданная Альбертом Эйнштейном теория относительности изменила законы, по которым работает мировой часовой механизм, но не изменила его детерминированной сути.
К копенгагенской интерпретации квантовой механики отношение было неоднозначным. С одной стороны она была единственной и общепринятой, с другой стороны многие физики нутром противились идее недетерминированности мира. Альберт Эйнштейн до конца жизни не смог с этим смириться, и именно его последний ученик и помощник американский физик Джон Уилер воспитал аспиранта, который её сокрушил.
Им был американский физик Хью Эверетт. Эверетт был абсолютно согласен со своим «научным дедушкой» Эйнштейном в том, что коллапс волновой функции Шрёдингера не может быть случайным. И спустя два года после смерти Эйнштейна он опубликовал свою докторскую диссертацию, в которой предложил другую интерпретацию квантовой механики.
Согласно интерпретации Эверетта в момент измерения волновая функция не коллапсирует в один из возможных вариантов нахождения частицы, а создает сразу все возможные варианты, таким образом Вселенная распараллеливается и в каждой параллельной Вселенной получается свой результат измерения координат частицы. Если привести пример с знаменитым мысленным экспериментом Эрвина Шрёдингера с котом, то согласно интерпретации Эверетта получается, что в одной параллельной Вселенной кот остается жив, а в другой умирает. Эта интерпретация квантовой механики также называется многомировой, а все параллельные Вселенные вместе взятые обычно называют Мультивселенной, или прямой калькой с английского «Мультиверс».
К сожалению, после публикации своей докторской диссертации Хью Эверетт был высмеян современниками, и, обидевшись, навсегда ушел из академической науки. Но со временем его гипотеза получила широкое признание среди физиков, а также послужила основой сюжета бесчисленного количества супергеройских комиксов, таких как «Кризис на бесконечных землях» DC.
Квантовое бессмертие
Проблема с многомировой интерпретацией в её проверяемости, ведь по своим следствиям она неотличима от копенгагенской. Долгое время физики думали над experimentum crucis, который дал бы определенный ответ на то, верна ли догадка Эверетта или нет.
Disclaimer: очевидно, что это описание не является руководством к действию.
Вычислительная сложность против демона
Другая интересная точка зрения на проблему детерминизма и случайности исходит, как это ни странно, из математики. В 1814 году знаменитый французский математик Пьер-Симон Лаплас предложил мысленный эксперимент, в последствии известный как «демон Лапласа». Лаплас писал:
Мы можем рассматривать настоящее состояние Вселенной как следствие его прошлого и причину его будущего. Разум, которому в каждый определённый момент времени были бы известны все силы, приводящие природу в движение, и положение всех тел, из которых она состоит, будь он также достаточно обширен, чтобы подвергнуть эти данные анализу, смог бы объять единым законом движение величайших тел Вселенной и мельчайшего атома; для такого разума ничего не было бы неясного и будущее существовало бы в его глазах точно так же, как прошлое.
Парадокс демона таков: если демон Лапласа был бы создан, то он был бы материален. И если демон умел бы расчитывать за 1 минуту состояние мира через 2 минуты от начала расчета, то он знал бы и своё следующее состояние (ведь он материален и является частью этого мира), таким образом он бы знал состояние мира через 3 минуты. Но зная состояние мира через 3 минуты, он знал бы и своё состояние, поэтому знал бы состояние мира через 4 минуты, и так далее. Получается, что за минуту работы демон Лапласа узнал бы всю будущую историю Вселенной.
Это приводит нас к выводу, что для так как мы не можем точно рассчитать будущее по настоящему, для нас оно является случайным и неожиданным, несмотря на строгую детерминированность законов физики.
Заключение
В классическом сборнике коанов «Бездверная дверь» есть такой коан:
— Обладает ли собака природой Будды?
И Чжаочжоу ответил:
«Му» в японском и корейском языках означает «без», «отсутствие», «никакой», поэтому ответ Чжаочжоу можно перевести как «ни да, ни нет». Так что если вас спросят, является ли наш мир строго детерминированным или в нём всё-таки существует случайность, вспомните старину Хью Эверетта и смело отвечайте: «Му!»
Демон Лапласа
Из Википедии — свободной энциклопедии
Демон Лапласа — мысленный эксперимент, предложенный в 1814 году французским математиком Пьером-Симоном Лапласом, а также главный персонаж этого эксперимента — вымышленное разумное существо, способное, восприняв в любой данный момент времени положение и скорость каждой частицы во Вселенной, узнавать её 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.
Проблематика демона Лапласа связана не с вопросом о том, возможно ли детерминистическое предсказание хода событий в действительности, на практике (de facto), а в том, возможно ли оно в принципе, теоретически (de jure). Именно такая возможность заключена в механистическом описании с его характерным дуализмом, основанным на динамическом законе и начальных условиях. То, что развитием динамической системы управляет детерминистический закон (хотя на практике наше незнание начальных состояний исключает всякую возможность детерминистических предсказаний), позволяет «отличать» объективную истину о системе, какой она представлялась бы демону Лапласа, от эмпирических ограничений, вызванных человеческим незнанием.
В контексте классической динамики детерминистическое описание может быть недостижимым на практике, тем не менее оно остается пределом, к которому должна сходиться последовательность всё более точных описаний.
Так, положения всех планет Солнечной системы могут быть предсказаны на основе расчётов методами классической механики с высокой точностью на много тысяч лет вперёд.
Демон Лапласа
В статье слишком много перекопированного материала.
Необходимо произвести перепись.
Демон Лапласа
Автор
Первоисточник
Время
Секция
Школа/Область исследования
Состояние
Статус
Демон Лапласа — мысленный эксперимент, предложенный в 1814 году французским математиком Пьером-Симоном Лапласом в его труде «Опыт философии теории вероятностей» (франц. Essai philosophique sur les probabilités), какой иллюстрирует абсолютный детерминизм и относящийся одновременно, соответственно к физике и философии.
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:
«Мы можем рассматривать настоящее состояние Вселенной как следствие его прошлого и причину его будущего. Разум, которому в каждый определённый момент времени были бы известны все силы, приводящие природу в движение, и положение всех тел, из которых она состоит, будь он также достаточно обширен, чтобы подвергнуть эти данные анализу, смог бы объять единым законом движение величайших тел Вселенной и мельчайшего атома; для такого разума ничего не было бы неясного и будущее существовало бы в его глазах точно так же, как прошлое»
Смысл эксперимента, конечно, не в возможности материального Демона Лапласа – а в возможности такового предсказания как такого, на чём Пьер-Симон и настаивал. А теперь нам придётся обратиться к истории и понять, почему бедняга Демон ныне покоится в недрах нерабочей теории и является красивым экспонатом музея эстетичных (и не очень) идей человечества (явно дальше от флогистона и вечного двигателя, но достаточно близко с апейроном Анаксимандра), а классический физический детерминизм нынче хромает и вынужден искать всё новые маски и обличия. Начнём с простого – к примеру, задачи трёх тел, какая в общем случае не имеет решения в виде конечных аналитических выражений или факта того, что разные начальные условия могут привести к одному и тому же состоянию системы. Да, у Демона Лапласа появляются мелкие проблемы – ну и что, так, лёгкий кашель (на самом деле кашель хриплый и температура высокая) у здоровой идеи! Идём дальше (достаточно далеко от времени Лапласа) и видим нашу главную проблему – квантовую физику. Гейзенберг вывел принцип неопределённости имени себя, который гласит, что нельзя одновременно точно измерить импульс и координату частицы – и для исходной формулировки Демона появляется уже очень большая преграда, наш МЭ увозит реанимация. Ну а далее настоящие проблемы начали нарастать – Демона пнул Шрёдингер со своим уравнением, и, вероятно, пострадавшая горгулья, когда-то бывшая конечной целью науки, а ныне впавшая в кому, увы, бы скончалась, но Эйнштейн всполошился, создал мысленный эксперимент «Мышь Эйнштейна» и парадокс Эйнштейна-Подольского-Розена, сказал своё знаменитое:
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.
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.