无论是搞工程科学、人文科学的,还是平常百姓,我们许多人都知道,确定性是指自然界和人类世界中的一种肯定的、准确的客观规律和因果关系。根据这样的确定性的前提条件我们预测未来的结果,即我们通常所说的观点:“有其因必有其果”。
基于这样的确定性的决定论从18世纪起基本上统治了科学界,认为一切都是由准确的因果关系联系的,一切世界的运动都是由确定的规律决定;知道了原因以后就一定能知道具体结果,现在发生的一切都是由过去所完全决定的。在此基础上,经典科学得到了巨大的发展。
在这种确定性思想下,世界就像一部钟,像钟表一样地准确地走动,过去与未来的一切均已依据这样的因果关系确定好了。最为典型的是法国数学家拉普拉斯于年提出。只要知道宇宙中每个原子确切的位置和动量,就能够使用牛顿定律来精确地预测宇宙事件的整个过程、过去以及未来。
这种确定性观点也多少体现在包括爱因斯坦在内的许多科学家身上。爱因斯坦在给玻恩的一封信中写道:“ 你信仰投骰子的上帝,我却信仰完备的定律和秩序。 ”确定论认为,世界都是按照严格定律而不是按照几率来制定的,它的行为由确定的因果关系决定、可以准确预测。
19世纪物理学的不可逆过程、熵、及热力学第二定律使得拉普拉斯的确定论受到质疑。拉普拉斯的确定论是建立在力学理论可逆过程的基础上的,然而热力学理论则指出现实的物理过程都是不可逆的。
近代量子力学理论更使得拉普拉斯的确定论成为不可能。量子力学理论认为,自然界的本质是不确定性的,未来是测不准的,只可求出概率。量子力学发现,并不是所有事情都可以确定地说出来,我们只能计算某些事物以某种方式将要表现出来的可能性。
从18世纪以来,人们历来认为,我们的经典物理学是确定性的。但是最近,奥地利科学院维也纳量子光学与量子信息研究所、维也纳大学和日内瓦大学的科学家们,对这种历来的传统观点,提出了极为基本的挑战。
他们认为,经典物理学历来并不是确定性的,而是不确定性的。他们的体现这一最新观点的研究论文:题为《没有确定性的物理学:经典物理学的替代解释》(Physicswithoutdeterminism:Alternativeinterpretationsofclassicalphysics),发表在刚刚最新出版的《物理评论A》杂志上,
科学家们提出了这样一个极为基本然而又是极为重要的问题:在经典物理学中,通常假定如果我们知道一个物体在哪里以及它的速度,我们就可以准确地预测它会去哪里。但是,经典物理学真的会是这样地完全地确定的吗?
研究人员基于经典物理学著作的研究指出,对经典物理学的通常确定性的解释是基于默认的、附加的假设。比如,当我们测量某些东西时,用尺子计量一张桌子的长度,就会发现,这样一个值的精度是有限的,即具有限精度的、有限数量的数字。即使我们使用更精确的测量工具,我们也只会找到更多的数字,但数量仍然有限。但是,经典物理学假定,即使我们无法精确地测量它们,也确实存在无限数量的预定的数字,但还是意味着所测量的长度始终是完美确定的。研究人员具体列举与研究了一些经典物理学范例指出,在确定性的世界中,对物体的初始条件,如其速度和位置的完全了解,无疑会决定物体的之间的运动路径。经典物理学假定,如果我们无法在不同的运行中获得相同的路径,那仅仅是因为在实践中我们无法精确地设定相同的初始条件。比如,由于我们没有无限精确的测量仪器来设置物体的初始位置。
这项最新研究的作者提出了另一种观点:即使从基本原理上讲,物体的运动未来也是真正随机的,而不是由于我们的测量仪器的局限性。因此,研究人员提出新的模型不再将物理意义通常归因于数学实数,而是具有无限预定位数的数。这个新的模型指出,在经过一定数量的数字后,它们的值才真正体现为随机的数,从而明确定义所采用的特定值的使用倾向。这导致对经典物理学与量子物理学之间关系的新见解。
实际上,不确定量何时、如何以及在什么情况下取确定值是量子物理学基础中一个相当奥秘而又极为重要的问题,即称为量子测量问题。这个基本问题基于这样的一个基本事实:在量子世界中,如果不改变现实就不可能观察到现实。实际上,在观察者实际测量之前,尚未确定对量子物体的测量值。另一方面,这项新研究指出,同样的问题本来也总都是隐藏在经典物理学过去令人感到确定的潜规则的后面。
他们提出了对经典物理学的这一新的解释、这项新的研究,从基础上来讲,挑战了经典物理学对确定性的传统的基本观点,无疑对科学的基础研究及其哲学思想基础研究具有一定重要的探讨意义。
参考资料:FlavioDelSantoandNicolasGisin.“Physicswithoutdeterminism:Alternativeinterpretationsofclassicalphysics”,PhysicalReviewA.5December