道過去;是的,科學家明白現在;是的,科學家瞭解未來。只要掌握了定律,只要蒐集足夠多的情報,只要能夠處理足夠大的運算量,科學家就能如同上帝一般無所不知。整個宇宙只不過是一臺精密的機器,它的每個零件都按照定律一絲不苟地執行,這種想法就是古典的,嚴格的決定論(determinism)。宇宙從出生的那一剎那起,就有一個確定的命運。我們現在無法瞭解它,只是因為我們所知道的資訊太少而已。
那麼多的天才前仆後繼,那麼多的偉人嘔心瀝血,那麼多在黑暗中的探索,掙扎,奮鬥,這才凝結成物理學在19世紀黃金時代的全部光榮。物理學家終於可以說,他們能夠預測神秘的宇宙了,因為他們找到了宇宙執行的奧秘。他們說這話時,帶著一種神聖而不可侵犯的情感,決不饒恕任何敢於輕視物理學力量的人。
可是,現在有人說,物理不能預測電子的行為,它只能找到電子出現的機率而已。無論如何,我們也沒辦法確定單個電子究竟會出現在什麼地方,我們只能猜想,電子有90%的可能出現在這裡,10%的可能出現在那裡。這難道不是對整個物理歷史的挑釁,對物理學的光榮和尊嚴的一種侮辱嗎?
我們不能確定?物理學的詞典裡是沒有這個字眼的。在中學的物理考試中,題目給了我們一個小球的初始引數,要求t時刻的狀態,你敢寫上“我不能確定”嗎?要是你這樣做了,你的物理老師準會氣得吹鬍子瞪眼睛,並且毫不猶豫地給你亮個紅燈。不能確定?不可能,物理學什麼都能確定。誠然,有時候為了方便,我們也會引進一些統計的方法,比如處理大量的空氣分子運動時,但那是完全不同的一個問題。科學家只是凡人,無法處理那樣多的複雜計算,所以應用了統計的捷徑。但是從理論上來說,只要我們瞭解每一個分子的狀態,我們完全可以嚴格地推斷出整個系統的行為,分毫不爽。
然而波恩的解釋不是這樣,波恩的意思是,就算我們把電子的初始狀態測量得精確無比,就算我們擁有最強大的計算機可以計算一切環境對電子的影響,即便如此,我們也不能預言電子最後的準確位置。這種不確定不是因為我們的計算能力不足而引起的,它是深藏在物理定律本身內部的一種屬性。即使從理論上來說,我們也不能準確地預測大自然。這已經不是推翻某個理論的問題,這是對整個決定論系統的挑戰,而決定論是那時整個科學的基礎。量子論挑戰整個科學。
波恩在論文裡寫道:“……這裡出現的是整個決定論的問題了。”(hiererhebtsichderganzeproblematikdesdeterminismus。)
對於許多物理學家來說,這是一個不可原諒的假設。骰子?不確定?別開玩笑了。對於他們中的好些人來說,物理學之所以那樣迷人,那樣富有魔力,正是因為它深刻,明晰,能夠確定一切,掃清人們的一切疑惑,這才使他們義無反顧地投身到這一事業中去。現在,物理學竟然有變成搖獎機器的危險,竟然要變成一個擲骰子來決定命運的賭徒,這怎麼能夠容忍呢?
不確定?
一場史無前例的大爭論即將展開,在爭吵和辯論後面是激動,顫抖,絕望,淚水,伴隨著整個決定論在20世紀的悲壯謝幕。
飯後閒話:決定論
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,宇宙的發展只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,即使沒有量子論把機率這一基本屬性賦予自然界,就牛頓方程本身來說,許多系統也是極不穩定的,任何細小的干擾都能夠對系統的發展造成極大的影響,差之毫釐,失之千里。這些干擾從本質上說是不可預測的,因此想憑藉牛頓方程來預測整個系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,也能給整個天氣系統造成戲劇性的變化。現在的天氣預報也已經普遍改用機率性的說法,比如“明天的降水機率是20%”。
1986年,著名的流體力學權威,詹姆士?萊特希爾爵士(sirjames