牛顿力学自17世纪末形成以来,以其惊人的精确性和广泛适用性奠定了现代物理学的基础,尤其是在描述宏观天体运动方面表现出的高度决定性,令人们对宇宙的运行秩序产生了深刻的信赖。牛顿的万有引力定律和运动三大定律不仅揭示了物体间的力学关系,也为后来科学家构想一个完全由先因决定后果的世界打开了大门。启蒙时代的许多思想家因而产生了宇宙如机器般运转、未来事件完全可预测的理想图景。拉普拉斯后来甚至提出了著名的思想实验 - - 假设存在一位能够知晓宇宙中所有力和物体初始位置的智慧存有,那么宇宙的过去和未来将如同一幅全景图一般清晰可见。然而,这种宏伟的决定论设想忽视了牛顿本人对神圣精神介入自然的承认,即神通过设定巧妙的初始条件并保持系统活力,使宇宙秩序得以维系。也就是说,牛顿对纯粹机械的宇宙观抱有所保留。
到了19世纪末,随着电磁学的精细研究,人们渐渐发现电磁现象同样表现出时间对称性,这对解释物理因果关系和信息流向提出了新的挑战。在时间对称场论中,信息和因果的单向流动不再自然而然,而必须假设某种"自由行为"或外部信号源的存在才能使得信息得以传播。这意味着,单纯的决定论描述不足以囊括自然界所有的动力机制。20世纪初,量子力学横空出世,它彻底颠覆了经典物理为宇宙赋予的确定性图景。量子力学以概率波函数和测量导致的波函数坍缩为核心,明确引入了本质上的随机性,这使得未来状态无法被绝对确定。冯·诺依曼的"不存在隐藏变量"定理曾被广泛解读为量子力学不可还原为决定论的有力证据,然而爱因斯坦等学者对这一结论表达了深刻怀疑。
他们指出,决定论本质上是一个依赖理论假设的哲学问题,不可能通过有限观测彻底证伪。爱因斯坦的名言"上帝不掷骰子"正是对根本随机性的强烈反对。爱因斯坦更看重的是科学理论应提供对物理现实的"完全真实描述",反对仅通过概率解释自然现象。正如他的合作论文"EPR佯谬"所指出,量子力学在现实主义和局域性之间存在矛盾,这暗示了理论尚不完整。不过,现代物理界普遍接受量子世界非决定论的观点,认为测量不可避免地引入了不可预测性。尼尔斯·玻尔提出的互补原理是对爱因斯坦现实主义坚持的妥协,强调空间和时间描述的适用范围有限,量子现象不能按照传统因果关系完全解释。
玻尔与海森堡共同强调,量子物理的观察与被观察系统之间的界限模糊,测量过程本身就具有不可逆的不可确定性,根本挑战了牛顿及拉普拉斯式的宇宙决定观。对此,保罗·狄拉克和沃尔夫冈·泡利展现了精神上的挣扎。一方面他们深刻尊重爱因斯坦的科学严谨,另一方面又不得不接受量子力学成就的不可回避的成功。泡利还与心理学家卡尔·荣格探索了"共时性"概念,试图在同步事件和因果律间建立新架构。这呈现了物理学与人类认知之间的奇妙联系,即宇宙规律与人类心灵的潜意识模式相互呼应的可能性。从数学和计算理论角度来看,决定论并不必然等同于可预测性。
即使宇宙是决定论的,复杂性和算法解码的困难仍可能导致预测的不可实现。数学家查钦证明了复杂度存在不可证伪的上限,这意谓着我们理性探寻中总有无法逾越的障碍。简而言之,决定论和非决定论既是物理学中的基本纠缠问题,也是科学哲学深刻的难题。牛顿的经典物理提供了一个似乎完备演绎的宇宙模型,但现代量子力学揭示了更根本的随机性和不确定性,挑战了人类对因果和现实的传统理解。尽管如此,两种视角并非绝对对立。相反,从牛顿到爱因斯坦再到现代科学家,物理学的发展进程体现的是从决定论到更复杂的非决定论认识的演进。
未来物理学的发展或许将在这些矛盾中寻找更深层次的统一,融合确定性与概率性、实在与观测的对立,揭示宇宙更为本质的运行法则。对于科研人员和哲学爱好者而言,透彻理解从牛顿力学到量子力学间决定论与非决定论的张力,不仅有助于把握物理学思潮的历史演变,更能启发对宇宙本质的哲学性思考与探索。 。
