【原】对霍金遗作《对大问题的简明回答》的简要翻译(4)

JeremyJee 2019-03-15

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文｜晓南

4 CAN WE PREDICT THE FUTURE?

第四章：我们能够预测未来吗？

“古时候，人们可能会觉得这是一个十分专横跋扈的世界，诸如洪水、瘟疫、地震和火山这些灾难，总是毫无征兆或者无缘无故地发生。于是，从前的人们把这些自然现象归因到一众神灵——有男神也有女神——的身上，认为这都是众神们那乖戾无常和任性妄为的行事方式造成的。在他们看来，神灵下一步要做什么是无法预测的，唯一的办法就是用贡品或者行动去赢得神灵的眷顾。直到今天仍有许多人在一定程度上持有这种信仰并试图以此赢得幸运之神的青睐，他们努力行善积德，为的是获得课程的A等成绩或者驾照考试顺利通过。

但是渐渐的，人们应该会注意到，自然界的这些行为似乎也是具有某些规律的。这些规律，在天空中运行着的那些天体身上体现得最为明显，也正因为如此，天文学成为最早发展起来的科学。早在300多年前，牛顿就为天文学建立了坚实的数学基础，直到今天我们仍然在利用他所创建的万有引力学说来预测大部分天体的运动。在天文学的示范效应的影响下，人们陆续发现其它自然现象也遵循着明确的科学定律，这一切后来就导致了科学决定论思想的诞生。这个思想似乎是由法国科学家皮埃尔-西蒙·拉普拉斯最先公开提出来的，我很想在这里按实引用他的原话，但是他写的文字实在大有普鲁斯特的那种繁文缛节的文风，所以我觉得还是采取一种复述的方式更为恰当。实际上他的话简单概括起来就是：如果我们知道了宇宙中所有粒子在任一时刻的速度和位置的话，我们就能够计算出它们在其它任一时刻的行为，无论过去还是未来。甚至坊间还有一则传闻说，拿破仑听到这个学说以后问拉普拉斯，在他的这个理论体系中，上帝在哪里？拉普拉斯回答到：’殿下，我不需要那个假设。’ 按照我的理解，拉普拉斯这句话的意思不是说上帝不存在，而只是想说，上帝不干预和破坏科学定律。事实上这应该是每一位科学家的立场。如果一项科学定律只是在某些超自然力量决定让其运转并且不予干预的情况下才有效的话，那么就不再成其为科学定律了。

宇宙在某一时刻的状态决定着它在其它所有时刻的状态——这曾经是自拉普拉斯时代以来科学界的核心信条，它意味着我们能够预测未来，至少原则上是这样的。然而在实践中，我们预测未来的能力却严重受制于方程式的复杂性以及他们拥有一种经常被称作’混乱’的属性的那个现实。看过电影《侏罗纪公园》的人都知道，发生在一个地方的一点微小的扰乱，有可能在另外一个地方引起巨大的变化。一只蝴蝶在澳大利亚扇动翅膀有可能在纽约中央公园中引发一场淋雨。问题是，它还是不可重复的，这只蝴蝶下一次扇动翅膀，引发的就会是其它不同的事件，也有可能给天气带来影响。这种混乱因素正是导致天气预报如此不靠谱的原因。

尽管存在着这些实践中的困难，科学决定论思想教条的官方统治地位仍然贯穿了十九世纪。但是到了二十世纪，科学理论上的两大发展却表明，拉普拉斯关于我们能够精确预测未来的观点不可能实现了。第一大发展是被称作量子力学的理论。该理论于1900年由德国物理学家马克斯·普朗克作为一种特别假设提出来，以解决一个显著的悖论……”

……

“实际上过了好长一段时间以后，人们才意识到量子行为对于决定论意味着什么。那是到了1927年的时候，另一位德国物理学家沃纳·海森堡指出，你无法在同一时刻精确测定一个粒子的位置和速度……那是一个必输的局面：你对粒子的位置测定得越准确，你得到的速度就越不准确，反之亦然。这就是海森堡创立的不确定性原理（笔者注：Uncertainty Principle，又称测不准原理原理）……”

“由于拉普拉斯的科学决定论观点要想成立的话，就必须知道某一时刻宇宙中粒子的位置和速度，所以，严肃地讲，由此它的立论基础就被海森堡的不确定性原理给推倒了。如果一个人无法同时精确测定当下时刻粒子的位置和速度，他又怎能做到预测未来呢？无论你的电脑有多强大，如果你给它输入的都是些乌七八糟的数据的话，你得到的也只能是它输出的乌七八糟的预测结果。

爱因斯坦很不喜欢这个明显属于随机的性质，他的这种观点反映在他的名言’上帝不会掷骰子’中，他似乎觉得这种不确定性只是暂时的，在它背后仍然存在着真实，在那种真实里，粒子拥有定义准确的位置和时间并遵循着拉普拉斯创立的决定论法则去发展演变……”

“爱因斯坦的观点如今被称作隐变量理论(笔者注：hidden variable theory，又称隐变数理论)。隐变量理论似乎是能够把不确定性原理融合到物理学中去的最显著的方法，它构成了许多科学家和几乎全部科学哲学家所秉持的宇宙心理图像的基础，然而，隐变量理论却是错的……因此，似乎就连上帝也是受不确定性原理的束缚因而也无法同时知道粒子的位置和速度。所有的证据都指向同一个结论，那就是——上帝是一位根深蒂固的赌徒，他无时无刻不在掷骰子。

其他科学家们比爱因斯坦更愿意接受对十九世纪传统的决定论观点进行修改，于是，一种新理论——量子力学，由海森堡、奥地利的埃尔温·薛定谔和英国的保罗·狄拉克共同创立了……”

“……我们所能做的就是预测波动函数，这意味着我们能够预测的范围只有十九世纪传统观点所宣称的一半。

虽然当我们试图同时预测位置与速度时，量子力学原理会带来不确定性，但是根据这个原理，我们对位置与速度的结合的预测是具有确定性的，可是，即使是这一份确定性，似乎也受到了最新理论进展的威胁。问题是这样发生的：由于引力给时空造成的弯曲能够达到如此之大，以至于导致我们无法观测到太空中的某些区域，这些区域就是黑洞的内部。这就意味着，原则上，我们无法观测到黑洞内部的粒子，所以，也就根本无法测量它们的位置和速度了，这就又引出了一个问题——会不会这就意味着，在量子力学给我们带来的不确定性之外，又出现了更深一层的不可预测性呢？

综上，由拉普拉斯提出的传统观点认为，如果知道了在某一时刻粒子的位置和速度，我们是能够准确预测粒子未来的运动状况的；但是当海森堡提出了不确定性原理以后，这个观点就不得不被修改了，因为不确定性原理指出，粒子的位置和速度不能被同时精确地知道；但是，如果再进一步把黑洞也考虑进来的话，或许连不确定性原理所允许的这一点有限的可预测性也保不住了。”