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他放出了拉普拉斯妖

时间:2023-02-12 理论教育 版权反馈
【摘要】:在拉普拉斯妖的世界中,一切都已经预先决定,世界如同一只上足了发条的钟表一样走下去,走过了零点,便一定会走过零点一刻,一切都按部就班。这种世界观后来被称作决定论,也称作拉普拉斯信条,世界按照物理秩序依存于严格的因果关系。不过,在拉普拉斯著成《天体力学》的时间节点,决定论的形势还一片大好。



6. 他放出了拉普拉斯妖


他的自信在 1814 年达到峰值,这一年,他放出了拉普拉斯妖。


好比在一局台球中,如果事先知道每个台球的方位和质量、台球桌的摩擦系数,当挥杆者的力量给定,则根据牛顿定律,自然可以预测出挥杆后每个台球的位移。拉普拉斯把这种自信推广到整个宇宙,认为如果一个智能生物了解某一刻所有自然力及所有物体的位置、质量以及运动状态,那么只要根据公式进行计算,宇宙的过去和未来,将被完完全全地算出。


这个智能生物被后人称作拉普拉斯妖,在一只假想的怪兽的脑海中,没有什么是历史,没有什么是未来,宇宙的一切都是静止不动的画面,没有什么可以逃脱它的法眼。


在拉普拉斯妖的世界中,一切都已经预先决定,世界如同一只上足了发条的钟表一样走下去,走过了零点,便一定会走过零点一刻,一切都按部就班。这种世界观后来被称作决定论,也称作拉普拉斯信条,世界按照物理秩序依存于严格的因果关系。


这是在整个十九世纪都统治着物理学界的理论,也是牛顿力学的辉煌巅峰。拉普拉斯妖高踞在决定论的高塔之上审视着大地,直到一个多世纪以后,屠龙的勇士带着量子力学的利刃席卷而来,海森堡的「不确定性原理」昭示了没有哪个微粒可以被同时精确测定位置以及速度,在微观领域率先宣告了决定论的死刑。在宏观层面上,决定论的高塔也开始坍塌。根据二十世纪中叶气象学家洛伦兹提出的蝴蝶效应,即使是最微小层面的影响,都会对整盘局势产生翻天覆地的改变。就算是在最简单的台球桌上,一旦出杆者想追求精确的九球以上的撞击,则即使场内一个观众的重力场都会对结果产生扰动。而如果要计算一团气体分子的撞击运动,一旦撞击超过 56 次,则宇宙边缘的一个电子的引力都会让结果产生偏移。


分支与混沌理论,也是建基于微积分方程上的成果,所以似乎也可以说,决定论根植于微积分本身,又最终由微积分本身予以否决。


不过,在拉普拉斯著成《天体力学》的时间节点,决定论的形势还一片大好。拿破仑收到他敬献的《天体力学》之时,曾责备他,这部关于世界体系的著作里,为什么一个字也没有提到上帝。


一贯被人诟病谄媚圆滑、见风使舵的拉普拉斯面对皇帝,坦然对答:「陛下,我不需要那个假设。」


这正是天体力学的集大成之时,靠着纯熟的微积分技巧,数学家们不但可以推演既有行星的轨道,甚至在未来可以根据既有星体的轨道变化发现新的行星:在 1846 年海王星的发现中,数学家们在没有任何针对海王星直接观测资料的基础上,仅仅靠着现有天王星轨道的偏离,以纯数学便推演出一颗新行星的存在,最终发现了太阳系第八颗大行星——海王星。这颗淡蓝色的星体孤悬四十亿公里之外的太阳系边陲,如果不是数学家的分析计算,不知何时才能进入人类的视野,也正是因其在发现中的特殊性,它被称作「笔尖下的行星」。

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