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Resultados matemáticamente posibles frente a resultados físicamente probables

Un buen amigo mío y yo hemos mantenido un debate amistoso sobre los orígenes del estado actual de nuestro universo (es decir, la Tierra y la vida en la Tierra) y hemos discrepado fundamentalmente en nuestras posturas con respecto a la probabilidad, el infinito en el tiempo y el espacio y los resultados posibles/probables de los acontecimientos. Mantiene la postura de que, dado un conjunto de posibilidades y suficientes ensayos, cada resultado debe que es su razonamiento de por qué debe existir la vida. No estoy necesariamente en desacuerdo con este concepto en particular, ya que dada una cantidad infinita de tiempo y estados de la materia la vida está obligada a venir de uno de esos estados. Sin embargo, en nuestras discusiones hemos utilizado un ejemplo concreto en el que discrepo vehementemente de su postura. El ejemplo:

Si se lanza un puñado de arena al aire un número infinito de veces, y esa arena aterriza en una superficie plana, cada configuración se suceder (de acuerdo con su posición). Por ejemplo, el aterrizaje de la arena en un patrón que deletrea su nombre es un resultado matemáticamente posible, y por lo tanto ocurrirá dado suficientes ensayos.

Para contrarrestar su postura en este ejemplo, adopté la posición de que existe una posibilidad matemática (pero no física) de que cada grano de arena caiga en el mismo cuadrado de una pulgada de la superficie; pero mantengo que, aunque es un resultado matemáticamente posible, nunca ocurrirá debido a la forma en que funciona el mundo físico: que la arena se distribuirá de forma aproximadamente uniforme en cada lanzamiento, aunque sea a lo largo de un número infinito de ensayos, suponiendo que los ensayos sean coherentes y justos (es decir, que no haya un Dios u otro ser que mueva los granos de arena). Sostengo que, aunque es una posibilidad matemática, nunca verás tu nombre escrito en inglés con letras mayúsculas en ningún lugar del universo sin la influencia de la inteligencia, incluso si fueras capaz de intentar una verificación para esto - él no está de acuerdo. Le pedí una prueba matemática/física para razonar su postura y se ha dedicado a tacharme de ignorante de la probabilidad y del infinito. ¿Puede alguien proporcionar un buen razonamiento para cualquiera de los dos lados de este argumento? Me doy cuenta de que cualquiera de las dos es una postura imposible de probar, ya que no podemos verificar nuestras posiciones, pero cualquier idea bien razonada será apreciada. Una pregunta similar, con una respuesta que me pareció relativamente útil:

Universo infinito - Sacar conclusiones sin sentido

EDITAR:

Después de leer algunos de los comentarios y respuestas aquí se ha hecho evidente que puede que haya tergiversado mi pregunta final. Soy consciente de que, dada una probabilidad distinta de cero y un número infinito de ensayos, la probabilidad matemática de encontrar el evento descrito por dicha probabilidad converge a 1. Algunos han adoptado la postura de que no hay desconexión entre una probabilidad matemática y la probabilidad (léase: posibilidad) de que ocurra un evento físico.

Para simplificar el argumento, se puede pensar en la superficie como una cuadrícula, en cuyo caso cada configuración tiene una probabilidad matemática asociada. Sin embargo, mi postura considera que ciertas configuraciones son físicamente imposibles, lo que constituye el razonamiento que subyace a mi analogía del cuadrado de una pulgada. ¿Puede alguien mostrar un razonamiento claro (y fuentes) para su creencia de que es posible arrojar un puñado de arena en un cuadrado de una pulgada?

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JRT Puntos 97

Si las velocidades iniciales de los granos de arena se distribuyen aleatoriamente, entonces existe una probabilidad no nula de que toda la arena caiga dentro de un centímetro cuadrado de la superficie.

Supongo que tu objeción es que las velocidades iniciales no están distribuidas al azar. Si lanzo un puñado de arena al aire, la forma de mi mano, la manera en que lo lanzo y probablemente muchos otros parámetros están limitando las velocidades iniciales. Esas restricciones pondrán límites a dónde pueden caer los granos de arena, y es muy posible que excluyan la posibilidad de que todos los granos caigan en el mismo centímetro cuadrado.

La cuestión es que si tenemos algún espacio de configuración para un sistema, entonces hay una probabilidad no nula de encontrar el sistema en cualquier lugar de ese espacio de configuración. Sin embargo, la probabilidad de encontrar el sistema fuera del espacio de configuración es cero. El problema es que calcular los límites del espacio de configuración suele ser difícil.

5voto

Fernando Briano Puntos 3704

La física utiliza las matemáticas. En un experimento de pensamiento de una máquina ( para excluir las complicaciones de los lanzamientos de mano que menciona John), utilizando la mecánica estadística cualquier configuración es posible por lo que incluso el catálogo de teléfonos en el suelo con nombres y direcciones. Nota "experimento mental" .

La física calcula la probabilidad de que esto ocurra en fórmulas matemáticas muy estrictas y pone límites físicos a lo que es probable que se vea utilizando medidas estadísticas, desviaciones estándar, para calibrar la confianza que podemos tener en cualquier medida/observación en física . Aceptamos que vimos el Higgs porque los experimentos combinados dieron cinco desviaciones estándar para que no sea una casualidad/coincidencia. Una posibilidad entre 100.000 . Los experimentos con tales niveles de confianza no han sido falsificados en los experimentos de física de partículas elementales ( a partir de experimentos repetidos estadísticamente, descubrir errores es otra historia).

La probabilidad de obtener un nombre del experimento mental anterior es efectivamente cero, para la física, si se pone el número de permutaciones en el espacio .

Por lo tanto, la respuesta a su controversia es: ambos tienen razón en cierto sentido. Tu amigo está mirando el experimento mental, y tú estás mirando si se puede realizar físicamente, y la física pone un límite a las probabilidades, experimentalmente, con lo que sabemos y hemos medido como probable en la naturaleza.

2voto

DANO Puntos 11

No, tu amigo no tiene razón en que "dado un tiempo infinito, si hay una probabilidad matemática mayor que cero, es se finalmente". La probabilidad converge hacia 1, pero no hay garantía de que se pasar.

Este razonamiento es tan erróneo como decir que cuando elijo un número real X en [0,10] uniformemente, entonces nunca acabaré con Pi, porque P(X=Pi)=0 (ya que hay infinitos reales en [0,10]). Pero eso es cierto para cualquier real, así que... ¿acabaría sin ningún número? Por supuesto que no. Como nota al margen, ya que puedo hacer que el tiempo sea contable si lo descreo, podría decir que incluso cuando muestreo fuera de [0,10] durante una cantidad infinita de tiempo (muestras contablemente infinitas), P(X=Pi) sigue siendo 0. ¡Aún así podría ocurrir que terminara con Pi!

Lo mismo ocurre en su ejemplo. Podría lanzar arena infinitamente y nunca obtener mi nombre. O podría obtener mi nombre infinitas veces. O podría obtener mi nombre CADA VEZ. Cada uno de estos resultados es posible (sólo que no es muy probable). La ley de los grandes números sólo habla de probabilidad, no de profecía.

Relacionado: https://math.stackexchange.com/questions/155156/is-it-generally-accepted-that-if-you-throw-a-dart-at-a-number-line-you-will-neve

1voto

Nenad Puntos 227

Usted y su amigo no parecen estar en la misma página con respecto a esta discusión. Cuando dices que nunca verás tu nombre escrito en la arena como resultado de un lanzamiento al azar, no estás mostrando que la probabilidad es cero, estás mostrando que es insignificante en el marco de la vida de un ser humano (o incluso del universo).

Esta diferencia es importante, ya que, a diferencia de lo que usted parece argumentar, no hay diferencia entre la probabilidad matemática y la probabilidad física, siempre que se elija correctamente el modelo matemático. Al fin y al cabo, el mundo físico obedece a las leyes matemáticas uno a uno. La única forma de limitar el resultado del lanzamiento es la naturaleza del azar de la posición inicial. Si la probabilidad física de un resultado es cero, eso significa simplemente que la probabilidad matemática de que ocurra era cero.

Como nota al margen respecto a tu objeción de que nunca ocurrirá realmente dentro de la vida del universo: una teoría del multiverso podría resolver ese problema y hacer que todos los resultados matemáticamente posibles ocurran realmente (dada una distribución normal de las posiciones iniciales). (lo que incluiría incluso que tú hicieras el experimento, que la arena hiciera un túnel hacia tu cerebro y lo alterara de tal manera que ahora SÍ creyeras que es posible y de repente desarrollaras el gusto por la mantequilla de cacahuete).

1voto

Michael Pryor Puntos 483

A diferencia de las otras respuestas aquí, no estoy del todo convencido de que el acontecimiento se produzca con probabilidad uno, incluso en las circunstancias matemáticas más idealizadas. Este tipo de situaciones de probabilidad en tiempo infinito pueden ser realmente complicadas.

Por ejemplo, utilizando el mismo razonamiento se podría concluir que un paseo aleatorio vuelve a su punto de partida con probabilidad uno si se le da suficiente tiempo. Esto es cierto para 1D y 2D, pero en 3D sólo ocurre con probabilidad $34\%$ ¡!

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