第二十一章 預測一切的能力(1 / 3)

一場史無前例的大爭論即將展開,在爭吵和辯論後麵是激動,顫抖,絕望,淚水,伴隨著整個決定論在20世紀的悲壯謝幕。

可以說決定論的興衰濃縮了整部自然科學在20世紀的發展史。科學從牛頓和拉普拉斯的時代走來,輝煌的成功使它一時得意忘形,認為它具有預測一切的能力。決定論認為,萬物都已經由物理定律所規定下來,連一個細節都不能更改。過去和未來都像已經寫好的劇本,宇宙的發展隻能嚴格地按照這個劇本進行,無法跳出這個窠臼。

矜持的決定論在20世紀首先遭到了量子論的嚴重挑戰,隨後混沌動力學的興起使它徹底被打垮。現在我們已經知道,即使沒有量子論把概率這一基本屬性賦予自然界,就牛頓方程本身來說,許多係統也是極不穩定的,任何細小的幹擾都能夠對係統的發展造成極大的影響,差之毫厘,失之千裏。這些幹擾從本質上說是不可預測的,因此想憑借牛頓方程來預測整個係統從理論上說也是不可行的。典型的例子是長期的天氣預報,大家可能都已經聽說過洛倫茲著名的“蝴蝶效應”:哪怕一隻蝴蝶輕微地扇動它的翅膀,也能給整個天氣係統造成戲劇性的變化(最近好萊塢還以此為名拍了一部電影)。現在的天氣預報也已經普遍改用概率性的說法,比如“明天的降水概率是20%”。

1986年,著名的流體力學權威,詹姆士·萊特希爾爵士(Sir James Lighthill,他於1969年從狄拉克手裏接過劍橋盧卡薩教授的席位,也就是牛頓曾擔任過的那個)於皇家學會紀念牛頓《原理》發表300周年的集會上作出了轟動一時的道歉:

“現在我們都深深意識到,我們的前輩對牛頓力學的驚人成就是那樣崇拜,這使他們把它總結成一種可預言的係統。而且說實話,我們在1960年以前也大都傾向於相信這個說法,但現在我們知道這是錯誤的。我們以前曾經誤導了公眾,向他們宣傳說滿足牛頓運動定律的係統是決定論的,但是這在1960年後已被證明不是真的。我們都願意在此向公眾表示道歉。”

決定論的垮台是否注定了自由意誌的興起?這在哲學上是很值得探討的。事實上,在量子論之後,物理學越來越陷於形而上學的爭論中。也許形而上學(metaphysics)應該改個名字叫“量子論之後”(metaquantum)。在我們的史話後麵,我們會詳細地探討這些問題。

Ia寫過一本關於混沌的書,書名也叫《上帝擲骰子嗎》。這本書文字優美,很值得一讀,當然它和我們的史話沒什麼聯係。我用這個名字,一方麵是想強調決定論的興衰是我們史話的中心話題,另外,畢竟愛因斯坦這句名言本來的版權是屬於量子論的。

一場史無前例的大爭論即將展開,在爭吵和辯論後麵是激動,顫抖,絕望,淚水,伴隨著整個決定論在20世紀的悲壯謝幕。

可以說決定論的興衰濃縮了整部自然科學在20世紀的發展史。科學從牛頓和拉普拉斯的時代走來,輝煌的成功使它一時得意忘形,認為它具有預測一切的能力。決定論認為,萬物都已經由物理定律所規定下來,連一個細節都不能更改。過去和未來都像已經寫好的劇本,宇宙的發展隻能嚴格地按照這個劇本進行,無法跳出這個窠臼。

矜持的決定論在20世紀首先遭到了量子論的嚴重挑戰,隨後混沌動力學的興起使它徹底被打垮。現在我們已經知道,即使沒有量子論把概率這一基本屬性賦予自然界,就牛頓方程本身來說,許多係統也是極不穩定的,任何細小的幹擾都能夠對係統的發展造成極大的影響,差之毫厘,失之千裏。這些幹擾從本質上說是不可預測的,因此想憑借牛頓方程來預測整個係統從理論上說也是不可行的。典型的例子是長期的天氣預報,大家可能都已經聽說過洛倫茲著名的“蝴蝶效應”:哪怕一隻蝴蝶輕微地扇動它的翅膀,也能給整個天氣係統造成戲劇性的變化(最近好萊塢還以此為名拍了一部電影)。現在的天氣預報也已經普遍改用概率性的說法,比如“明天的降水概率是20%”。

1986年,著名的流體力學權威,詹姆士·萊特希爾爵士(Sir James Lighthill,他於1969年從狄拉克手裏接過劍橋盧卡薩教授的席位,也就是牛頓曾擔任過的那個)於皇家學會紀念牛頓《原理》發表300周年的集會上作出了轟動一時的道歉:

“現在我們都深深意識到,我們的前輩對牛頓力學的驚人成就是那樣崇拜,這使他們把它總結成一種可預言的係統。而且說實話,我們在1960年以前也大都傾向於相信這個說法,但現在我們知道這是錯誤的。我們以前曾經誤導了公眾,向他們宣傳說滿足牛頓運動定律的係統是決定論的,但是這在1960年後已被證明不是真的。我們都願意在此向公眾表示道歉。”

決定論的垮台是否注定了自由意誌的興起?這在哲學上是很值得探討的。事實上,在量子論之後,物理學越來越陷於形而上學的爭論中。也許形而上學(metaphysics)應該改個名字叫“量子論之後”(metaquantum)。在我們的史話後麵,我們會詳細地探討這些問題。