傳統決定論是怎樣被粉碎的?

決定論

在剛剛進入20世紀時，許多主流物理學家站在經典體系的角度上樂觀地認為，物理學的大廈已經建成，以後大家的工作僅僅只是在這座大廈的基礎上添磚加瓦，因為原則上，宇宙中任何一個客體的行為都可以在經典物理體系中得到完備、準確的描述。

決定論的宇宙

實際上，這種開創於兩百年前拉普拉斯的決定論——宿命論，一直是人們對物理模型的終極期望。當時的物理學家認為，如果有一天，我們掌握了關於宇宙的所有規律，那麼根據因果律，這個世界上任何客體的行為，原則上都可以根據它的初始信息計算出來，人們需要面對的只不過是複雜的計算而已。

這種完備、準確的關於世界運行秩序的預言，甚至可以包括我們的每一個想法，敲在鍵盤上的每一個字，因為我們始終是存在於客觀物質的基礎之上。

決定論也被稱為宿命論

實驗與經典體系的偏差

也就在同時，經典體系的瑞利-金斯公式是無法對「黑體在熱力學平衡下的電磁輻射功率與輻射頻率和黑體溫度的關係」做出完善的描述的，而且與實驗結果偏差非常大，這直接導致了災難性的紫外發散。

普朗克逐漸意識到，在黑體輻射中，能量並不像經典體系描述的那樣是連續性的，進而提出了能量量子化的假說，並引入了一個重要的不為0的物理常數——普朗克常數h，提出了著名的黑體輻射定律，實驗表明它與實驗結果符合得非常好。

黑體輻射實驗圖

隨後，愛因斯坦在1905年受到了普朗克研究工作的啟發，為解決經典體系面對解釋光電效應問題時的無能為力，提出了光量子假說。

普朗克、愛因斯坦的開創性工作標誌著量子力學的誕生。

光電效應示意圖

不確定性原理(測不準原理)

在普朗克、愛因斯坦工作的基礎上，物理學家逐漸發展出了物質波假設(德布羅意)、描述微觀粒子波動性的薛丁格方程及波函數的概率詮釋(玻恩)。

1927年，海森堡提出了著名的不確定性原理:一個粒子不可能同時具有完全確定的位置與動量，其位置不確定度與動量不確定度的乘積不會大於約化普朗克常數的一半。

人們起初認為不確定性原理是對測量的一種限制，例如當我們用一個光子以碰撞的方式測量一個粒子的位置時，必須將光子的波長足夠地減小，這時光子的能量則會變得很大，在碰撞到被測量粒子時，對其動量的擾動也就會同時增大。

而當我們不想過多地擾動被測量粒子的動量時——也就是想對動量進行精確測量時——，光子的能量就會被大幅度減小，波長會變得非常長，這時對粒子的位置又無法進行準確測量了。

海森堡及不確定性原理

後來人們逐漸意識到，不確定性原理揭示的不只是我們測量手段的一種限制，更說明粒子在同一時刻壓根就不具有完全精確的位置與動量。因此，此原理也從最初的測不準原理更名為不確定性原理。

決定論的死亡

此時，人們也意識到了經典體系的決定論正在逐步地走向死亡，

用海森堡自己的話講就是:在因果律的陳述中，「若確切地知道現在，就能預見未來」，所得出的並不是結論，而是前提。我們不能知道現在的所有細節，是一種原則性的事情。」實際上，關於現在的全部細節，是不可能具有完備性的。

不確定關係式

不確定性原理的出現，無疑給了所有擁護決定論的物理學家一次沉痛的打擊，事實證明，決定論已經被不確定性原理徹底粉碎了。

人們不但不能準確得知一個物理系統所有準確的信息，也就是所有準確的物理量，甚至於這些在經典體系中缺一不可的物理量，在微觀世界中，都已經不可能具有準確的量值了。

這意味著，我們永遠不可能根據一個物理系統的狀態，準確預言其在以後的具體行為。結合玻恩的概率詮釋，我們能夠做到的，僅僅是根據物體系統在所有物理量上的概率分布，去預言以後系統處於各個狀態的概率！

決定論最初的倡導者——拉普拉斯

量子力學層面的決定論

由於在量子力學中，任何一個粒子的演化，其波函數都服從某種確定性規律，例如薛丁格方程，因此人們發現，假如我們還要堅持決定論，那就僅僅只能站在量子力學的層面上了。

就是說，雖然我們不可能準確地預言一個粒子以後的行為，但是我們可以根據薛丁格方程，去準確地預言粒子在以後的量子態(波函數)。

而在量子力學層面的決定論中，量子力學實際上已經做出了人類物理學史上最為精確的實驗！

宇宙在量子層面的決定論上演化

不確定性原理對傳統拉普拉斯決定論的粉碎，也給人們的哲學世界觀帶來了劇烈的衝擊！同時也會發現，我們身處的這個宇宙，並不是一個機械的、單調的、宿命論的世界。它其實充滿了隨機性與未知性，但又在概率的層面上充斥著規律性！