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概率真正的随机性

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这门课的大部分内容都是基于这样一个事实:硬币、骰子或轮盘赌都是完全随机的。然后,事实并非如此 -- 我们知道爱德华.索普成功地预测了轮盘赌的结果。

假设我们掷硬币:硬币正面朝上的概率是 0.5,如果在硬币离开手之前就知道它朝哪个方向,我们也许就能做出稍微好一点预测,比如 9.58 或 0.41,如果我们还知道硬币的重量和大小,以及它离开手时的角度、位置和速度,我们就可以利用重力、摩擦力和空气阻力等物理定律来模拟硬币的运动并预测结果,最后,如果我们还知道硬币中每个原子以及它周围所有空气分子的确切位置,我们就可以创建一个计算机模拟来精确的预测会发生什么。

可能有人会说,掷硬盘并不是完全随机的,而是 _混乱的_,这意味着潜在的物理原理如些复杂,即使初始条件(速度、角度 )有微小的改变,也会对最终结果产生巨大的影响。我们可以在游戏和赌博中使用硬币,并不是因为它们是随机的,而是因为预测结果非常困难(实际上是不可能的)。

同样的原理也适用于生活中的许多其它“随机”事件,包括骰子和轮盘赌,它们并不是真正的 随机 ,只是我们没有足够精确的数学计算工具来对结果进行预测。

真正的随机 确实存在于物质世界中,一块放射性物质由数十亿个原子组成,随着时间的推移会衰变:它们分裂出更小的原子,同时释放出危险的辐射。

物理学家可以计算出一个特定原子在一定时间内衰变的概率,但即使你知道每个原子的确切性质,也不可能计算出下一个衰变的是哪个。

The overall rate of decay, on the other hand, is so steady that it can be used to calculate the age of fossils that died thousands of years ago on Earth. This process is called Carbon dating. 另一方面,总体衰变速度是很稳定的,因此你可以用来计算出地球上死于数千年前的化石的年龄,这个过程被称为 碳年代测定法

放射性衰变 是由不稳定原子分裂并释放能量的物理过程,这可以由量子力学来解释。上世纪末,像 马克斯.普朗克 and 保罗.狄拉克 这样的物理学家们,发现基本粒子有一个令人惊讶的特性:它们可以 同一时间 出现在多个不同的地方,它们没有固定的位置,而是一个概率分布函数(又叫 波函数 ),这个函数告诉我们在特定位置找到它们的可能性有多大。

量子计算机就是运用这种难以置信的特性,传统计算机一次只能进行一次计算,而量子计算机可以利用亚原子粒子的这一特性在同一时间进行多次计算,这就大大提高了计算机的运算速度。

我们不能真正 理解解释 量子力学 -- 只能接受它是由数学理论预测并由物理观测来证实的,这种奇特的量子效应只在有几个原子的微小尺度上被观察到过,目前还不清楚它们在日常生活中如何影响我们的,但这是自然界中惟一已知的具有 真正随机性 的效应。