106 决定论与非决定论（2）

丹麦物理学家尼尔斯·玻尔在意大利科摩的一次演讲中引入了他互补的思想，这一思想后来被人们称为“哥本哈根解释”。不确定性、互补性、概率、观察者对系统的扰动，这些思想汇集起来就构成了量子力学的“哥本哈根解释”。


玻尔指出，尽管在经典物理中，不管我们是否在进行观察，我们认为由相互作用的粒子所构成的系统，例如钟表机构，都具有某种功能。而在量子物理中，观察者和系统之间存在相互作用，这种相互作用强到我们不能认为系统是独立存在的。要精确地测量位置，我们就必须使得粒子的动量更加不确定；反之亦然。如果选择一个实验来测量波动特性，我们就排除了粒子特性。没有实验能同时揭示出粒子性和波动性，如此等等。


我们所看到的只是我们所得到的。在电子的双孔实验中，当没有观察时，任何一个可能事件的概率（电子通过任一小孔的概率）由薛定谔波函数的和的平方给定，并且存在相互作用。但是当我们做一次观察，看到底哪一种可能性实际发生（看电子实际通过哪一个小孔）的时候，概率分布就仅仅是波函数的平方的和，相互作用项消失了—波函数坍塌了！


如果要问世界为什么应该是这个样子，即使是费曼也不得不回答“我们不知道”。波函数的坍塌是一个不可逆的突变过程，原因十分深邃。如果追根究底地询问过程的物理图像，你会发现所有的物理图像都融解于一个“幽灵的世界”。在这个世界中，只有当我们进行观察的时候，粒子才看起来像是真实的；不进行观察的时候，似乎一切都是假的。


世界是不确定的，是概率性的。我们所生活的世界是一个无限可能的世界，是多个可能世界的叠加态。在我们没有观察它的时候，我们不知道它是什么样子，当我们观察它时，世界就由叠加态转化为具体的现实形态，在我们面前呈现出它的样子！这也就是宇宙波函数的坍塌。


我们不能精确预测，也不知道为什么世界会是这个样子而不是另一个样子，正如同我们不知道薛定谔的猫是死是活一样。我们必须打开箱子才能知晓，既不能预先知道，也无法控制。上帝在掷骰子，世界的状态当然比骰子的六个点更多。世界的概率性让我们迷惑、不安，命运原来并不掌握在我们自己手中！


关于概率，人们往往会有所误解。最简单的就是掷硬币，正反两面出现的概率各为50%。如果连续出现了5次正面，一般人会认为第6次出现反面的可能性非常大，其实这是错觉，在心理学上称之为“赌徒谬误”。


不论出现几次正面，下一次出现反面的概率都只有50%。只有掷的次数足够多，才符合大数法则的统计规律，正反两面出现的次数才呈现出相等和平衡的趋势。在“薛定谔的猫”中，生与死的概率各是50%，但是，即使是80%比20%，我们也只能说生的概率较大，死的概率较小，但这也并不意味着我们每次打开匣子猫都会活着。


这跟天气预报是一样的，有80%的可能性下雨，并不意味着一定下雨，即使是99%的概率，依然存在1%不下雨的可能，只要不是100%确定，我们仍然不能准确判定一定下雨。这就是非决定论的世界，与决定论的世界不同，无论你怎样做，它们都会有1%的不同！所以，人类不是上帝，这个骰子不由人类掌握。


世界处在普遍联系和相互作用之中，事物之间构成各种系统，每一个事物都可以看成一个系统。一个系统中有子系统，系统外又有一个更大系统将它包含。整体大于部分之和，系统具有它的组成部分所没有的特性，这种特性称之为“涌现的秩序”。


系统有简单的，也有复杂的。越是复杂的系统对初始值就越敏感，一个小小的变化会带来令人意想不到的变化结果。一只南美洲亚马逊河流域中的蝴蝶扇一扇翅膀，可能会在两周内引起美国德克萨斯州的龙卷风，这就是著名的“蝴蝶效应”。


非线性的复杂系统表现出了非连续性、跳跃性，很可能由有序突变转变成为无序的、随机的系统，确定性的系统内在包含着“随机过程”。这些都是“混沌理论”研究的内容。


系统是如此复杂，我们很难准确把握它。经典力学和决定论思想希望能做出精确预言，但这在系统的复杂性面前显得如此不可行，似乎是“不可能完成的任务”。一点儿微小的扰动就将彻底改变事物的变化发展方向，世界的发展也不再是连续的、线性的了，而是充满了跳跃和非线性、不稳定。1977年的诺贝尔化学奖得主普利高津宣布：“确定性终结了！”


生命系统就是一个复杂系统，也是一个自组织系统。根据热力学第二定律，自然界有一种倾向于更加无序和混乱的趋势，这是熵增的力量。生命系统必须不断地从外界吸收“负熵”才能够生存。一个耗散系统、开放系统是需要不断跟外界进行物质、能量和信息交换的。正因为我们拥有逆着熵增方向的力量，人类可以从无序中创造出有序。在无序和有序之间，在这个不确定的世界之中，也许这就是值得人类自豪和欣慰的事情吧。


正如同在决定论的观念中，那个被造物主上紧了发条的宇宙沿着既定的轨道运行，人类的自由意志在其中似乎没有什么作用。那么，在非决定论的世界里，人类的自由意志看起来也一样没什么作用。这个不确定的世界是不能预测的，既过于复杂难以把握，又充满了无限可能，我们的自由意志处在这个世界中，感受到的反而是更多的迷惑和茫然。


早在1927年，在第一次对哥本哈根解释进行评注时，玻尔就强调了广义相对论和量子理论之间的巨大差别：广义相对论是利用纯的时空协调和绝对的因果关系来描述世界的；而在量子图像中，观察者和系统相互作用，并且是系统的一部分。时空协调代表位置，因果关系依赖于对事情如何发展，特别是其动量如何变化的准确了解。经典理论假设人们能够同时知道这两者，量子力学告诉我们，时空协调的精度是以动量的不确定性、进而是以因果关系的不确定性为代价的。


对“哥本哈根解释”的每一次攻击都加固了它的地位。当爱因斯坦和强有力的思想家们在努力寻找这个理论的毛病时，这个理论的捍卫者们却能够驳倒所有攻击者的论点。质问越多，理论就变得越强大。


从实用的意义上来说，哥本哈根解释是对的，量子规则的任何更好的解释都必须包括哥本哈根解释，并把它作为一个实用性非常强的观点。这个观点使得实验工作者能够猜测出他们的实验结果，至少在统计意义上是这样，还使得工程师们能够设计激光器、计算机等。但是，哥本哈根解释不一定要求观察者具有主观意识，实际上，宇宙本身就在不停地进行着测量，波函数的坍塌并不需要意识的参与。量子力学中有一个“退相干”解释，该解释不要求引入意识。


非决定论的世界观，用一句话概括就是：世界是概率的、不确定的、非连续的、不能准确预测的、无限可能的。“上帝在掷骰子！”