拉普拉斯妖:通曉宇宙一切,深知過去未來,最終被量子力學終結!

2020-11-26 好奇世界的舒宜昂

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大家好,我是舒宜昂。今天我們來聊一聊拉普拉斯妖。(文章最後有我個人對文章重點的總結,趕時間的話可以直接跳到最後面看總結。)

網上有物理學四大神獸的調侃,它們分別是薛丁格的貓、芝諾龜、麥克斯韋妖和拉普拉斯妖。薛丁格的貓我很久之前就已經和大家聊過了,前兩篇又和大家聊了芝諾龜和麥克斯韋妖,而今天拉普拉斯妖這篇文章算是對四大神獸的一個收尾啦。

不得不說,這些神獸存在還是有道理的。薛丁格的貓和芝諾龜是屬於為了說明某種想法,而麥克斯韋妖和拉普拉斯妖是基於某種理論的猜想。共同點是都屬於假想,都是為了發展。雖然有的後來被證實了錯誤,但也不影響他們曾存在的重要性。

好了,按照慣例,我們先來介紹一下拉普拉斯妖的提出者,拉普拉斯。全名,皮埃爾-西蒙·拉普拉斯,法國著名天文學家和數學家,法國科學院院士。天體力學的主要奠基人、天體演化學的創立者之一。同時還是分析概率論的創始人,應用數學的先驅。在研究天體問題的過程中,他創造和發展了許多數學的方法,以他的名字命名的拉普拉斯變換、拉普拉斯定理和拉普拉斯方程,在科學技術的各個領域有著廣泛的應用。

其實最初拉普拉斯妖的擬態是一個智者,並非是妖。拉普拉斯提出這個假想的原文是:我們可以把宇宙現在的狀態視為其過去的果以及未來的因。如果一個智者能知道某一刻所有自然運動的力和所有自然構成的物件的位置,假如他也能夠對這些數據進行分析,那宇宙裡最大的物體到最小的粒子的運動都會包含在一條簡單公式中。對於這智者來說沒有事物會是含糊的,而未來只會像過去般出現在他面前。這段話寫於他的概述論的導論中。

會有這樣的假想是因為拉普拉斯是一個決定論者。決定論又稱拉普拉斯信條。是一種認為自然界和人類社會普遍存在客觀規律和因果聯繫的理論和學說。其基本要素是有其因必有其果。或許你會覺得決定論和因果論很像,但還是有點區別的,因為這不是本篇的重點,這裡就不展開討論了。

上一篇文章我說過,這些假想之所以流傳並被人們費心力去證實,第一個是有理有據的推斷,第二個是提出的人有聲望。拉普拉斯妖放在當時來看,其實確實是有理有據,拉普拉斯妖是建立在牛頓定律上提出的。而當時拉普拉斯就是靠著牛頓定律應用到天體學,解決了諸多難題和開創了天體力學。牛頓定律在當時也是為數不多可以解釋世間萬物的定律。

拉普拉斯妖要是存在,那麼它將通曉宇宙一切事物,說得誇張一點,就好像是神一樣。這樣的存在要是被證實,無論是放在什麼時代,都會引起轟動。所以人們還是前僕後繼地去證實和去尋找,但是隨著時間的推移,拉普拉斯妖並沒有迎來好消息,反而是被明確認定是不可能存在的。當熱力學定律被提出,量子力學被確立,微觀世界被發現之時,拉普拉斯妖就被徹底否定了。

拉普拉斯妖被提出的那個時代,牛頓定律引領著萬物運行,宏觀世界下都能使用。誰能想到微觀世界居然和宏觀世界完全不一樣呢,牛頓定律不能解釋各種微觀世界的原理。就算真的有可以利用牛頓定律來推測一切的拉普拉斯妖存在,那麼他也無法預測未來。就利用熱力學第二定律的熵來說就好,萬物都是趨向於混亂、無序的。不確定性才是未來的特徵。

拉普拉斯妖已經被否定,那麼如果假設拉普拉斯妖是存在的,那麼世界會是什麼樣子的呢?其實這種假設並不難想像,基於自己所處時代的知識不斷開腦洞的人很多,超越了事實開腦洞的人更多。所以這樣的假設並不新鮮。

按照「未來只會像過去般出現在他面前」這句話來說,這就好像是四維空間的人,可以把一生都像電影播放一般在眼前展現。又好像是宇宙全息論,我們現在所處的宇宙是高維的投影,我們也都是投影之一,所以過去和未來都不由我們自己。

舊時代的各種假想很多都已經被證實或者證偽,而新時代的假想也不斷推新。無論在什麼時候人類都會不斷追逐真相,不斷去假設那些未知的可能性,再不斷去證實或者證偽。只要我們還未能真正全面了解世界所有真相,就不會停下腳步。

個人覺得是重點的總結:

1.拉普拉斯,全名,皮埃爾-西蒙·拉普拉斯,法國著名天文學家和數學家,法國科學院院士。天體力學的主要奠基人、天體演化學的創立者之一。同時還是分析概率論的創始人,應用數學的先驅。在研究天體問題的過程中,他創造和發展了許多數學的方法,以他的名字命名的拉普拉斯變換、拉普拉斯定理和拉普拉斯方程,在科學技術的各個領域有著廣泛的應用。

2.拉普拉斯妖是我們可以把宇宙現在的狀態視為其過去的果以及未來的因。如果一個智者能知道某一刻所有自然運動的力和所有自然構成的物件的位置,假如他也能夠對這些數據進行分析,那宇宙裡最大的物體到最小的粒子的運動都會包含在一條簡單公式中。對於這智者來說沒有事物會是含糊的,而未來只會像過去般出現在他面前。

3.普拉斯妖是建立在牛頓定律上提出的,當熱力學定律被提出,量子力學被確立,微觀世界被發現之時,拉普拉斯妖就被徹底否定了。

我是舒宜昂,希望你喜歡,歡迎留言討論,謝謝觀看!

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    相傳,宇宙深處存在這樣一個妖怪,它能知道宇宙當中的每個原子的位置和動量,也能利用牛頓運動定律來展現整個宇宙的所有事件過程。這個妖怪就是傳說中的拉普拉斯妖,由法國數學家拉普拉斯提出的。拉普拉斯設想:「如果把宇宙現在的狀態當成過去的果,未來的因,如果妖怪能知道某一刻所有自然運動的力和所有自然構成的物件的位置」,「這隻妖怪還能夠對這些數據進行分析,宇宙裡最大的物體到最小的粒子的運動都會包含在一條簡單公式中,萬事萬物現在是什麼狀態,未來會發生什麼,它都一清二楚。」
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    所以牛頓一直也就認為宇宙存在第一推動力,他是這樣說的: 「一切物體開始運動必有第一推動力,那就是造物主」。也就是上帝(第一推動力)給整個宇宙上好發條之後,整個宇宙就開始自行運轉。第一推動力幫助牛頓解決了「太陽系如何形成」、「地球何以會繞太陽運轉」這些問題。機械宇宙觀揭示了人類相信隨著科學理性的進展,人類將脫離以往矇昧無知的情況,而進入一個一切可由人類掌控、社會不斷進步的新時代。
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    這就是拉普拉斯妖於人腦的碰撞。雖然拉普拉斯妖以失敗告終,但仍不能改變它對物理界的影響。19世紀初,一個想像的生命智慧體拉普拉斯妖誕生於皮艾爾.西蒙.拉普拉斯手中,拉普拉斯妖與其說是神獸還不如說是魔鬼,他神通廣大無所不知,無所不曉。只要他樂意他就可以知道宇宙中的任何一件事情。
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    「拉普拉斯妖」是著名的物理學四大神獸之一,另外三隻分別是:薛丁格的貓、芝諾的烏龜、麥克斯韋的妖精。「我們可以把宇宙現在的狀態視為其過去的果以及未來的因。如果一個智者能知道某一刻所有自然運動的力和所有自然構成的物件的位置,假如他也能夠對這些數據進行分析,那宇宙裡最大的物體到最小的粒子的運動都會包含在一條簡單公式中。對於這智者來說沒有事物會是含糊的,而未來只會像過去般出現在他面前。」拉普拉斯這裡所說的「智者」即後人所謂的「拉普拉斯妖」或「拉普拉斯的惡魔」。
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    如果說芝諾的龜和麥克斯韋的妖只是單方面的控制,那接下來的拉普拉斯的妖一定會讓你感到詭異,因為拉普拉斯的妖控制的將會是任何事物的過去和未來,是不是不敢相信?那什麼是拉普拉斯的妖呢?科學界該如何詮釋它?智慧的妖精如何而來?拉普拉斯的妖是數學家拉普拉斯的一種猜想。
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    拉普拉斯妖的誕生「我們可以把宇宙現在的狀態看作是它歷史的果,和未來的因。就是著名的「拉普拉斯之妖」的表述。這中間提到了一個可以全知初始條件並可以根據物理定律預測一切未來的「妖怪」,這就是後人談論的著名的拉普拉斯之妖。其在科學和哲學上引起的爭議,經過了200年直至今天,仍然沒有得到公認。
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    所以這個拉普拉斯妖是什麼?從百度上查看,拉普拉斯提出過,已知存在一個神明,熟知宇宙所有粒子的位置和動量,並通過公式對這些數據進行分析,能夠準確預測一切未來。世人把這個稱之為,拉普拉斯妖。有資料說拉普拉斯妖與量子力學的測不準原理違背,而且這個決定論太扎眼,因此被當成笑話對待了。
  • 科學界的四大神獸:壓在科學家頭上的拉普拉斯妖是如何被推翻的
    拉普拉斯妖其實就是法國數學家拉普拉斯提出的一個假設實驗,拉普拉斯妖引發了很多人的思考,甚至可以說顛覆了一些科學家思想,也是決定論的重要體現。這個其實就是拉普拉斯妖的核心。如果一個惡魔可以知曉整個宇宙中每一個粒子的信息,那麼整個宇宙對於它來說都是可以預測和反推的。那我們也得到了一個信息,這個宇宙的未來是註定的,只是人類沒辦法去獲取那麼多信息。只要獲取的信息足夠多,就可以精準地預測未來。
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    在了解拉普拉斯妖錢,我們得先了解拉普拉斯。拉普拉斯堅信決定論,他在他的概述論(Essai philosophique sur les probabilités)導論部分寫道:「我們可以把宇宙現在的狀態視為其過去的果以及未來的因
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