105 决定论与非决定论（1）

人类文明就是人类在自然界中为自己建造的“巢穴”，以使自己能够在其中栖居。它如同娇嫩的花蕾一般，为了能在这个熵增的世界中“诗意地栖居”，人类必须增强自己的力量，掌握改造世界的能力。为了征服世界，人们孜孜不倦地追求真理，不断地深化自己对这个世界的认识，试图准确理解世界，把握规律，从而根据自己的意志改造世界，改变生活。


认知革命之后，经过农业革命，一直到工业革命早期，智人创造出灿烂的文明。但很长一段时间以来，人们对世界的认识都停留在非常朴素的阶段，层次不高，改造世界的力量也很薄弱。


真正发生质的变化是在工业革命以来的两百多年时间里。在这两百多年里，人们创造出比过去几千年还要多的物质财富，对世界的认识也大大提高了。科学技术的力量就像一把双刃剑，一方面极大地改善了我们的生活面貌，另一方面也极大地影响了我们的生存环境，破坏了大自然的平衡，把自然界当成与人类相对立的实在。这两股力量的张力和走向，将决定人类未来的命运。


长期以来，人们的世界观都是决定论的世界观，在因果之网的统治之下，从目不识丁的文盲到学富五车的专家学者们都是如此，这成为一种人类的心理模式。即使在今天，决定论的信仰仍然是许多人对世界的认识方式。


我们认为，世界是可以理解的，规律是可以把握的，世界是连续的、必然的，是完全确定的。我们不能够忍受不确定的东西，不想要那种模模糊糊、似是而非的认识。我们相信，通过全体人类不停的努力，总有一天我们可以抵达最高层次、最高境界。我们会获得对这个世界的“终极认识”。


我们相信，事物是遵循严格的因果联系的，有因必有果，一定的原因会导致一定的结果。我们希望掌握事物发展变化的因，这样才可以预测和控制其果。我们更愿意生活在一个确定的、统一的、真实的世界之中。


爱因斯坦就是决定论信仰的支持者，他不能忍受世界的不确定性。爱因斯坦相信斯宾诺莎的上帝，而斯宾诺莎是一个彻底的决定论者。爱因斯坦晚年追求统一场论，试图将引力和电磁力统一起来，后来的物理学家们继续了这项工作，并且试图将自然界的四种基本作用力统一起来，这就是“大统一理论”！


“如非必要，勿增实体”，奥卡姆剃刀原则确保了理论追求简洁之美，终极的方程式应该是最简洁、最美的，含义最深刻的。假如存在“终极方程式”，并且人类可以掌握它的话，那么在最理想的情况下，我们可以预测天空中的一片雪花落到地面上的具体位置。为什么？因为“终极方程式”是公理系统的顶点，一切的定理和规律都由它直接或者间接地演绎出来。


因为世界是连续的、确定的，那么只要我们拥有足够多的信息，就可以由初始状态推出下一个状态，接着再推出下一个状态，也就是说，我们就可以由雪花的初始状态一步步推出它的目标状态，即落在地面的位置。这就是拉普拉斯的想法，在科学史上被称为“拉普拉斯妖”。据说拿破仑曾问他，在你的理论里怎么没看到上帝的位置？拉普拉斯回答道：“我们不需要他。”


换句话说，根据牛顿定律，一个粒子的行为可以根据其他粒子对它的作用力以及它本身所处的状态来确定。那么也就是说，如果能够知道这个宇宙中所有粒子的速度与位置，就能够精确预言每个粒子的未来行为，从而预言整个宇宙的未来。


这是否意味着整个宇宙就像钟表一样，被造物主（或者说第一推动）上紧了发条放在那里，沿着一条完全可以预言的途径运动呢？牛顿的经典力学提供的这种确定性宇宙观有足够多的支持，这种图像没有给人的自由意志留下多少机会。是否我们真的就是沿着预设好的行迹度过我们的一生而别无选择呢？多数科学家都同意让哲学家去争论这个问题，而他们却全力转向20世纪新物理学的中心。


决定论的世界观，用一句话概括就是：世界是必然的、确定的、连续的、可预测的、可以理解的。


19世纪末20世纪初，当物理学家们乐观地宣称“物理学的大厦已经建成，剩下的工作只是对它的一些局部做修修补补”的时候，一片乌云袭来，量子力学横空出世！它对经典物理学来说无异于一场灾难。量子力学的出现不但引起了物理学的革命，而且动摇了许多人内心固有的信念，极大地改变了人们对世界的认识。


一种令人匪夷所思的世界观—非决定论的观念走进了人们的视野。量子力学世界是那么神奇，连爱因斯坦都发现自己难以理解。这个世界是真实的吗？爱因斯坦相信一定有一个内在机制组成了事物的真实本性，并花了数年的时间企图设计一个实验来检验这种内在真实性是否在起作用，但他还没有完成这种设计就去世了。之后南巴黎大学一个研究小组试图做一个实验，引入所谓的“隐变量”机制，来捍卫决定论的地位。


非决定论的量子世界，更接近我们日常所见到的世界，玻尔说：“谁不惊异于量子理论，谁就没有理解它。”


在两百多年的时间里，牛顿的经典力学理论高高在上，处于统治地位，其在描绘宏观世界中低速运动的物体方面是很出色的。20世纪初，爱因斯坦的相对论首先击破了牛顿的绝对时空观，接着一系列发现、令人费解和不安的实验将人们的视野引入了原子和亚原子的微观物理世界中。


我们发现，在量子力学的世界中，日常所见的熟悉的物理定律不再成立。那种严格的因果性和决定性不见了，取而代之的是，事件发生由概率决定。我们走进了一个上帝掷骰子的非决定论世界。


在经典力学中，每件事情的发生总有其原因。你可以追踪一件事情发生的原因，原因的原因，直到宇宙大爆炸，或是宗教教义中的造物时刻。但是在量子世界中，放射性衰变及原子能级转变时并没有“内在的原因”，直接的因果性消失了，它更真切地显示出这种改变完全出于机会，依赖于基本统计，已经开始引发一个基本的哲学问题。


没有模型能说清楚原子或基本粒子到底像什么，也没有什么东西能告诉我们在没有进行观察的时候正在发生着什么。我们只能根据量子力学波动方程在统计的意义上进行预测，量子世界的概率行为只服从统计规律。非决定论的世界体现出了它的概率性。


位置、速度、自旋之类的概念，在微观物理世界中具有与其在日常生活中不同的含义。海森堡的不确定性原理（或称测不准原理）告诉我们，我们不能同时精确测定电子的位置和动量，而对粒子的位置知道得越精确，那么对其动量就知道得越不精确；反之亦然。


同样，对于“波粒二象性”，我们对粒子的一面知道得越多，对波的一面也就知道得越少。我们只有通过看才能认识事物，这就涉及物体发射光子并进入我们眼睛这个过程。一个光子对房子这样的物体扰动不大，所以房子不会因为我们的观察和介入而受到影响。然而，对于一个电子来说，情况就大不一样了，我们的观察会改变电子的位置和动量。


不确定性原理告诉我们，由于不能同时知道位置和动量，从而未来就是不可预测的—未来具有内蕴的不可预言性。人们可以回忆过去，但不能准确地知道自己将走向何方，这个特性与我们对时间的日常生活经验非常一致。从可知的过去走向不确定的未来，这是量子世界中最基本的一个特性。