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宇宙演化的奥秘:从随机性到决定性 由混沌到自组织

 黄元章3355 2019-03-04

线性因果其实是非真实的,真实的因果关系应当也是一种场

场与非场,本质上来说其实无非是线性与非线性的区别。

只要是非线性的其实我们就可以称之为场了。场是什么呢?很简单,就是事物存在与事件发生的场地。有有形的场地与无形的场地。前者譬如我们通常所见的土地、广场等,后者比如无形的电场与磁场等。当然,有形与无形其实也只是相对而言的,本质上根本没有绝对明确的界限。

宇宙演化的奥秘:从随机性到决定性 由混沌到自组织

所谓线性,简单来说,在一条坐标轴上的前后关系,这种因果关系可以说几乎只是时间性的,讲述的只是前后继起。

宇宙演化的奥秘:从随机性到决定性 由混沌到自组织

如果我们拓展到平面,因果在平面几何的框架下,就丰富多了。但其实还是没有脱离线性的范畴。

在论述因果关系中,其基本的单元概念不妨可称之为“物体”或某一“孤立系统”,而“事件”可以看作是由物体的连续运动或孤立系统的连续变化。就像几何中以“点”为基本单元,几何结构是点的集合。不妨认为,如果将“点”对应为“物体”或“孤立系统”的话,平面几何中的几何结构的逻辑关系,描述的正是最终事件的平面性因果结构。而这其实依然还是没有真正脱离线性范畴。这是因为时间因素还没有加进来。

宇宙演化的奥秘:从随机性到决定性 由混沌到自组织

但我们一般所认为的因果或逻辑关系,其实都是上述两种类型的因果或逻辑模式,全都是线性的。它们的特点,从哲学上来说都是机械决定论的。

我们人的思维习惯于这两种类型的因果,但其实这两种类型都不是真实的,仅仅只是一种方便性的逻辑简化。为什么?因为现实不是二维的,更不是一维的;而就静态空间本身来说,虽然已经是三维的了,但其实也还不是真实的。而真实的空间必然是动态的空间,所以一定是加上时间维的。也就是说至少是四维才真正使事物立体并且动态起来,真实事件也才会真正被完整描述。再强调一下:使事物立体起来,需要三维的数学描述;使事物不仅立体而且动态,则至少需要四维的数学描述。

随机性是可以推出决定性的,但非机械性的决定性

在一维和二维的框架下,如果我们加入时间因素,这种描述虽然很多情况下还是线性的,机械决定论的,但也出现了随机性与概率性的问题,不再是简单的线性因果了。

在平面空间二维加时间的情况下,其实我们已经能够发现因果的随机性了。但这不应当认为是因果性的消失,而是应当认为因果回归了其本质上的非线性特征。这种非线性的因果,应当是由矩阵、由场来描述的。

为了简化描述,我们想象一个平面,这个平面可以是平直的也可以是曲面。

宇宙演化的奥秘:从随机性到决定性 由混沌到自组织

我们把“物体”或“孤立系统”也即因果问题中的“基本单元”及其“组合”看作该平面上的一个点或点的组合(平面几何构造)。然后,我们将平面本身看作是发生事件,以及事件之间产生关系的背景。也就是说,这“平面”本身就是该平面中的事件,其因果关系发生的场地。所以,任意一个平面本身其实也就已经是一种“因果场”了。

在这个“平面”或“因果场”中,我们可以假定:

  1. “平面”或“因果场”本身是连续的,也即其整体不可分割(这条恐怕可以视为公理)。

  2. 任意一“物体”或“孤立系统”可看作是其上的一个离散的点,在这个“因果场”或“平面”中存在着无数离散的点。

  3. 每一个这样的离散的点在初始时刻做着无序的自由运动(类似一种平面上的“布朗运动”)。为什么?因为每一个离散的点,如果不受其他离散的点的作用或影响,其运动方向是三百六十度方向,也就是说其可能性是无穷的。这与一维的情况完全不同。在一维中,只有向前或向后两种可能性。

  4. 我们假设每一个离散的点,在初始时刻都做惯性运动,直到相互碰撞后改变方向乃至速率,且不妨认为任意两个离散的点的碰撞都是完全弹性碰撞的。

  5. 我们还假设每一个离散的点,其初始时刻的运动速率都是一模一样的,但各自的运动方向是完全随机的(因为是二维的,因此不管哪个方向都是与该点的切平面平行的)。

  6. 每个离散的点都可以视为牛顿力学上的质点,因此也完全遵守牛顿力学定理。

根据上述6条,如果我们利用计算机进行模拟试验,从某一初始时刻开始,在这一时刻,再重复强调一遍,有如下特征:

  • 每一个离散的点的瞬时速率都是一模一样的,但其速度方向则是完全随机的;

  • 都在做匀速直线运动。

如果实验的时间足够久(要多久?我也不知道,但相信是我们等待得起的),预计我们将会看到如下的实验结果:

演化足够久之后,我们将会发现系统中必然以规则性的涡旋运动为主体,类似一种星系结构。会有一些大的圆形中心,其中环绕着小的圆形,然后大的圆形之间相互也在做周期性的环绕运动。

宇宙演化的奥秘:从随机性到决定性 由混沌到自组织

这一结论是我自己的玄想吗?非也。这个道理其实就是“自组织”的道理,已经被分属现代系统科学的“混沌学”理论所证明了。当然“混沌学”指出系统演化对初始状态非常敏感,初始状态哪怕只有极微细的不同,例如在本案中,如果两个初始状态仅仅是其中一个离散点的方向略有不同,那么最终演化出来的趋于稳定的“自组织”系统在形态上也是会有这巨大差异的。这个特点被称为“蝴蝶效应”。虽然演化的结果有巨大差异,但两者之间在本质特征上还是一样的;它们的差异也无非只是类似星系与星系之间的差异而已。

宇宙演化的奥秘:从随机性到决定性 由混沌到自组织

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宇宙演化的奥秘:从随机性到决定性 由混沌到自组织

宇宙演化的奥秘:从随机性到决定性 由混沌到自组织

这可以说等于就证明了如下的结论:

整体因果场的初始时刻的随机性与概率性特征(也即任意一点都没有确定性),并不妨碍其在演化之后逐步出现具有可预测性的,具有周期性的属于决定论特征的确定性结果。

这个结论有什么意义呢?

它其实告诉了我们这么一个道理:

概率性特征的量子力学其实是能够导出具有决定论色彩的牛顿力学与相对论的!

这意味着,如果我们要研究将量子力学与相对论统一起来的统一场论,我们必须在数学上研究:

系统演化中,由随机性导出决定性的基本数学过程!

前述实验, 如果我们将二维平面改为三维空间,在考虑到时间与空间计量上的相对论效应后,其实我们就可以用来在计算机上模拟宇宙演化的基本过程了。

关于更多“因果场”概念意义的描述,不妨参看作者的下述文章:

《意外考试佯谬:一个充满了量子力学味道的逻辑佯谬》

《量子纠缠的理论证明:与因果场有关而与速度、位置无关》

《“量子纠缠”的哲学解释及唯心主义与唯物主义辩论的终结》

《烧脑科幻|“量子纠缠”:另一个遥远的你知道你正在干什么》

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