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物理学中有著名的四大神兽：芝诺乌龟、拉普拉斯兽、麦克斯韦妖，和薛定谔的猫。其中，拉普拉斯兽能够根据规律预测宇宙的发展，这被称为机械决定论。然而，薛定谔的猫的出现彻底地掐死了拉普拉斯兽。到底是命中注定，还是人定胜天，请听我慢慢道来。 1、机械决定论——源于经典力学的悲观论调自从牛顿奠定了经典力学的基石后，牛顿三定律、动量定理、动量矩定理、能量守恒，以及热力学第一第二定律，等等各种理论都有精确的数学模型，尽管这些数学模型有时候非常复杂，但是都会存在一个唯一的解。 正是基于经典力学的框架，1814年，法国数学家皮埃尔-西蒙·拉普拉斯提出： 如果有一个智者，知道我们宇宙之初，所有粒子的状态，那么他就可以根据所有的定律，推算出宇宙任何时间的状态。 这个智者，后人称之为拉普拉斯兽。通俗的说法就是，这个拉普拉斯兽非常聪明，知晓宇宙的运行规律，根据这些规律，可以给人算命，而且是命中注定。实际上，由于经典力学的蓬勃发展，以及与实际的完美符合，机械决定论拥有大量的信众。 2、混沌的发现——机械决定论的挑战牛顿力学尽管能够解决很多的实际问题，但是随着研究的深入，一些现象却无法解决。比如随机运动，比如混沌。混沌实际上在经典力学中任然是可以确定地，即，它有完备的数学模型，但是它的解很复杂，看起来杂乱无章。如下图，双杆摆动，端点轨迹似乎无迹可寻。 混沌对初始条件非常敏感，尽管混沌在动力学上是确定的，但是它不可预测，因为这种运动不稳定。1972年，美国气象学家洛伦兹基于他的研究提出：巴西一只蝴蝶扇动翅膀，能否在得克萨斯州掀起一场龙卷风，这就是著名的蝴蝶效应。 混沌理论的出现，让机械决定论受到的动摇，但是还没有撼动其基础。混沌的理论依然是动力学，它的方程是确定的，不确定的原因在于稳定性，对初始条件的敏感性（上图），所以其基石还是经典力学。 3、量子力学——机械决定论的覆灭现代物理学两大支柱之一的量子力学，主要研究的是微观事物。经典力学适用于低速宏观的物体，因此到了微观的粒子领域，经典力学无能为力。 量子力学的不确定原理首先给了机械决定论一记重拳。不确定原理，又叫测不准原理，它认为我们没有办法同时测得粒子的位置和动量。1927年，海森堡最早提出了这一原理。不确定原理是量子力学的一个基要理论，根据这一原理，我们无法准确测得状态，也就无从预测。 薛定谔的猫作为四大神兽之一，彻底的剿灭了机械决定论。1935年，奥地利物理学家薛定谔提出这样一个思想实验： 把一只猫、一个装有氰化氢气体的玻璃烧瓶和放射性物质放进封闭的盒子里。当盒子内的监控器侦测到衰变粒子时，就会打破烧瓶，杀死这只猫。根据量子力学的哥本哈根诠释，在实验进行一段时间后，猫会处于又活又死的叠加态。可是，假若实验者观察盒子内部，他会观察到一只活猫或一只死猫，而不是同时处于活状态与死状态的猫。这事实引起一个谜题：到底量子叠加是在什么时候终止，并且坍缩成两种可能状态中的一种状态？ 这只薛定谔的猫，从我们的通常意识来看，只有生死两种状态。我们打开盒子后，就能看到，这是一种确定的结果。但是量子力学中，这只猫既不是生也不是死，是一种不确定的状态，这显然撼动了机械决定论的基石，彻底地否定了机械决定论。 4、总结随着科学研究的发展，对自然的认识也在逐渐的深入。早期，牛顿力学能够解决绝大部分的问题，因此只要学会了牛顿力学，那么一切事物的发展趋势都可以被准确预测。后来，混沌的出现，让机械决定论受到了挑战，由于其仍然基于牛顿力学，所以并没有彻底的否定。量子力学的出现则彻底的否定了机械决定论，薛定谔的猫掐死了那只拉普拉斯兽，不确定原理和量子叠加态终结了机械决定论。 |
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