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你信命吗?科学家争辩百年,答案可能并不像你想的那么简单

你信命吗?或者说你相信命运吗?

别急着回答,我们先来捋一捋这个问题的历史。

经典物理学

在古代,人类的祖先们没有物理学,不知道宇宙是怎样运行的,甚至不知道地球是怎样存在的,因此有很多他们当时解释不了的东西,比如打雷闪电,还有日月星辰的运行。他们只能幻想出一位位神仙来掌管这些,所以创造了上天、神、佛、上帝。然后出现了一批人,对自然现象很好奇,所以会去研究这些自然现象出现的原理。慢慢的发展出了力学、几何学、物理学、天文学。

中间出现了很多伟大的物理学家天文学家,哥白尼、开普勒、伽利略、牛顿等等。

然后,人们逐渐发现了电闪雷鸣的物理学原理,日月星辰运行的轨迹。自认为掌握了整个宇宙的秘密。

到爱因斯坦的相对论出世之后,经典物理学进入了巅峰时刻。

经典物理学的推论就是:你给我初始条件,我就能计算出结果。

这真的是太可怕了。

比如太阳系几大行星,物理学家们可以准确的计算出任何一天它们各自所在的位置。

比如抛出一个小球,我们知道了初始速度、小球的质量、高度等初始条件,可以准确的计算出它落在什么位置。

重点来了:甚至每一个原子、电子,只要知道了它的初始状态,我们就能计算出它下一秒的位置,还可以计算出它上一秒的位置。

这个结论很恐怖。因为我们的大脑也是由原子、电子等微观粒子组成的,所以如果能知道你大脑中每个粒子的位置和状态,如果我们计算力足够强大,我们就能算出下一秒你大脑中每个粒子的位置和状态。甚至算出下一天、下一个月每个粒子的位置和状态,我们可以算出你未来的想法。

也就是说:

  1. 你的所有想法都是你大脑中微观粒子总体运动的结果,因为微观粒子的运动是固定的,所以你的一切想法都是命中注定,无法更改的!
  2. 同理:整个宇宙也是由微观粒子组成的,如果我们知道这一刻每个微观粒子的位置和状态,我们就可以计算出下一秒每个微观粒子的位置和状态,而且无法更改,宇宙也是命中注定的。

我们来做一个比较贴切的假设,如果地球上没有任何动物和微生物,只有植物。那么,这样的宇宙符合命定论吗?大部分人都会认为符合,因为所有物体都在按照物理规律运行,所有的一切都是注定的。那么加上动物以后也不会有什么不同,因为动物也是由微观粒子组成的。

这个问题让人感觉毛骨悚然,因为这个理论在经典物理学中根本无法反驳。如果我们计算不出宇宙的下一个时刻,那只是因为我们的计算能力不够强大。但是宇宙本身所有的粒子都是遵循物理定律运动的,所以它的每个下一秒都是注定不可更改的,这就是经典的决定论。

牛顿就是决定论者,他认为宇宙就像是一个巨大的钟表,钟表的弦严格按照预定的方式放松,丝毫不爽。万事都已由物理定律所规定,连一个细节都不能更改,即便是每一个原子的行踪,也都是在宇宙开始时就确定下来了的,过去和未来都像是已经写好的剧本,宇宙的发展只能严格按照这个剧本进行。曾担任过拿破仑老师的法国天文学家拉普拉斯也认为,假如他能够知道某一时刻宇宙中每一个粒子的位置和运动情况,他便掌握了所有的细节,可以计算出整个宇宙的过去和将来。

拉普拉斯妖:1814年,著名物理学家拉普拉斯提出科学假设,假定如果有一个智能生物,它能确定从最大天体到最轻原子的运动的现时状态,就能按照力学规律推算出整个宇宙的过去状态和未来状态。后人把他所假定的智能生物称为拉普拉斯妖。

所以你现在看我的这篇文章不是你自己选择的,而是你身体每个基本粒子共同作用的结果。甚至没有什么思想自由,你的每个想法每个举动,都是宇宙中微观粒子运行注定的。

你现在是不是正在做一些事,或者产生一些特意的想法来证明自己不是被控制的?但是省省吧,就算你现在产生任何想法,在经典物理学中,也都是注定会发生的而已。

是不是奇怪的知识又增加了?但是不要急着甩锅,你把成绩差、不上进、安于现状等这些锅甩给经典物理学之后,量子力学很快会把它甩回来。

量子力学

我们应该庆幸,生在了一个好的时代,生在了量子物理学出现后的时代。

爱因斯坦、波恩、波尔、海森堡、薛定谔等,一个个伟大的物理学家,为我们追寻宇宙的终极奥秘。

物理学家们一顿操作之后,得到了一个公式,大家不用管这个公式具体的形式。只要知道当时的物理学界对这个公式一筹莫展就行了。

首先,这个公式很好用,符合各种实验结果,但是没人知道它其中一个重要参数的物理意义。

大家知道,基本上每个物理符号都有物理意义,但是这个公式中就有个符号,没有对应的物理意义。

最后,波恩终于小心翼翼的说:我觉得,这个符号,代表骰子!

也就是说,一个微观粒子最后会出现在什么地方,完全是随机的,不可预测的,在理论上就不可行。

没错,就是骰子,物理学中居然会出现骰子,真的是太荒谬了。如果你问一个物理学家,一个粒子最终会运动到什么地方,他只能摇摇头遗憾的告诉你,我不知道。

你不要怀疑这个物理学家的专业知识,而是数学和物理定律给出了这样的限制,我们永远不可能知道。但是如果有很多的微观粒子,物理学家就能告诉你它们大部分会出现在什么地方,只能给出它们的分布概率,而对于单个粒子,不好意思无能为力。

这真是太好了,我们的意识还是受我们控制的,不是什么奇奇怪怪的微观粒子的运动控制的,不是粒子的意志,而是我们自己的意志。

也就是就算我们知道一个粒子现在的位置和速度等初始条件,也不可能推算出下一秒它的位置。

正在大家热烈的讨论物理学中这个骰子的时候,海森堡同学默默的站了起来:我刚才好像听到谁说给定初始条件?不好意思哦,就像男人对小三一样,你什么也给不了。

这就是大名鼎鼎的不确定性原理,也就是以前说的测不准原理。可以理解为,你不可能同时准确地知道一个粒子的位置和速度。

现在真的是太好了,物理学家们非但不知道一个微观粒子会运动到什么位置,甚至连它现在的状态都不知道。这不是仪器不够精密或者数学不够完善,这是宇宙本身所决定的。

也就是说,我只能大概知道一个微观粒子在哪,什么状态,我也只能大概的知道它会运动到哪,永远不可能准确的知道。

对于物理学家来说真的太遗憾了,你问他什么他都确定不了。

但是对于我们来说,真是太棒了,因为我们得到了最宝贵的东西,那就是:自由。

且慢!科学家说,别高兴的太早!

这还是要从经典的双缝干涉实验讲起。

从小孔中射出的光穿过两道狭缝投到屏幕上,会产生明、暗交替的条纹

1961年,蒂宾根大学的克劳斯·约恩松不知道哪根筋搭错了突发奇想用单个电子来进行双缝干涉实验,从而打开了量子领域的一个潘多拉盒子。

在双缝干涉实验中,将电子一个一个发出也能产生干涉条纹

1974年,米兰大学的梅里教授又突发奇想,他老想看看电子到底是怎样通过双缝的,看看干涉条纹到底是如何形成的。他的实验在科学界引起了巨大震动。

如果“意识”参与进来进行观察的话,量子的状态就会坍塌,干涉条纹消失

这个实验可怕在哪里呢?从实验过程看,目标是看清电子通过双缝的行为,但当你要看时,干涉条纹就消失了;当你不看时,干涉条纹就出现了。总之,电子就好像有了意识一样,和人玩起了躲猫猫。

接下来,我们看一下大名鼎鼎的延迟选择实验,以及它的恐怖之处。

首先光子从光源出发,通过半反半透镜1(有一半的概率反射光子,一半的概率通过光子),然后在两条可能的路线上,分别放置全反射镜1和全反射镜2,使两条可能的路线最终交会在一起。这个时候在两条路线的末端放置观测器,那么可以看到光子要么从路线1飞来,要么从路线2飞来,因为半反半透镜的性质就是有几率通过或者反射,只能选择一个,表现出粒子性。

光子的两条可能路线

如果我们在两条路线最终交汇的地方再放一个半反半透镜2,并且调整合适的距离,会使光子产生干涉,有一个观测器观测不到光子,另一个观测器产生干涉条纹。

插入第二个半反半透镜,相当于双缝

也就是说,不插入半反半透镜2,光子只能选择一条路线行进,插入半反半透镜2,光子会从两条路线同时行进,并且产生干涉。

所以,我们可以选择插入半反半透镜2的时机,当光子通过半反半透镜1之后,这个时候光子应该已经选择了一条路线行进,要么走路线1,要么走路线2。然后我们在这个时候插入半反半透镜2,光子就会从两条路线行进!

也就是说,本来光子已经选择好了路线,要么路线1,要么路线2。我们在它行进中途插入半反半透镜2之后,光子必须改变自己原来的选择,同时走两条路线!

我们后来的选择改变了光子原来的历史,我们后来的选择决定了光子的历史!!

另一个实验也同样恐怖。

科学家突然奇想,如果把两个处于纠缠态的量子分别射向双缝,并且其中一个量子要经过多次折射才能投影在幕布上,也就是说,有一个会先到,先显示结果,另一个会后到,后显示结果,并且在后到量子的路径上安放观察设备。

诡异的试验开始了,科学家把处于纠缠态的两个量子同时打出去,射向双缝,先到的粒子不观测,对后到的粒子进行了观察,试验结果非常诡异:先到的纠缠态粒子就像被观察过一样,呈现的是坍塌状态,而后到的粒子因为被观察过,所以也呈现的是坍塌状态。

先到的纠缠态粒子明明没有被观察怎么会坍塌,怎么会提前预知后面的纠缠态粒子会被观察,从而显示纠缠坍塌状态?

先到的A粒子可以预知后到的B的状态,提前显示出来

科学家决定继续试验,他们决定不观察后面的粒子了,然后做试验,试验结果是两个粒子都呈现没有坍塌的干涉条纹。

它们又知道了!

科学家接着做了大量的试验,观察随机进行,但试验结果都是一样的,只要被观察了,都呈现坍塌态,没观察的就没事,量子比科学家还猜的准他们的心思和行为结果。

也就是说,量子不但能够预知未来,而且我们后来的观测还能够改变之前的历史,这简直太神奇了!对于这一实验的解释,物理学家提出了多种理论,但是任何一种都非常反常识,其中甚至包括多世界诠释。

总结:经典物理认为,给我足够的初始条件,就能计算出运动发展的结果;量子物理认为,微观粒子不但下一秒的位置无法计算,而且连初始条件也不可能充分给定,但是可以算出微观粒子运动到不同位置的概率,并且观测会影响结果甚至是历史。

归纳:未来可以预测!既然经典物理认为可以通过计算得到结果,量子物理认为可以通过计算得到概率,那么世界的发展和未来应该是可以通过计算得出的,也就是可以预测的,起码不同结果的概率是可以精准预测的。

且慢!科学家又说了,别高兴的太早!

给决定论最后一击的并不是量子力学,而是混沌理论。

1961年冬季的一天,美国气象学家爱德华·罗伦兹在电脑上进行关于天气预报的计算。为了考察一个很长的序列,他走了一条捷径,没有令计算机从头运行,而是从中途开始。他把上次的输出直接打入作为计算的初值,然后他穿过大厅下楼,去喝咖啡。一小时后他回来时,发生了出乎意料的事,他发现天气变化同上一次的模式迅速偏离,在短时间内,相似性完全消失了。

经检查后发现原因是出在打印的数据是0.506,精度只有小数后3位,但该数据正确的值为0.506127,到小数后6位。这个远小于千分之一的差异,造成第二次的仿真结果和第一次完全不同。进一步的计算表明,输入的细微差异可能很快成为输出的巨大差别。

1963年爱德华·罗伦兹提出了“混沌理论”,这一理论拥有巨大的影响力,其主要精神是,在混沌系统中,初始条件的微小变化,可能造成后续长期而巨大的连锁反应。此理论最为人所知的表述是“蝴蝶效应”:一只蝴蝶在巴西轻拍翅膀,会使更多蝴蝶跟着一起振翅,最后将有数千只的蝴蝶都跟着那只蝴蝶一同挥动翅膀,结果可以导致一个月后在美国德州发生一场龙卷风。

混沌系统的预测对初始状态下不可避免的小误差非常敏感。这决定了可预测性是有限度的。那些细小的干扰从本质上来说是不可预测的,所以事物演变的结果不可预料。正如洛伦兹所说,任何具有非周期行为的物理系统,都是难以预计的,长期天气预报注定要失败。

不但长期的天气预报注定要失败,就连小小的台球也是无法精准预测的。

台球桌中有49个彩球和一个白球。

计算机可以计算出白球的未来轨迹(尽管程序必须非常精确地知道桌子上所有球的位置)。假设你移动其中一个有色球一点点,白球就会走不同的路线。一个无法估量的微小差异最终可能产生重大的差异。预测可以在这样一个混乱的系统中进行,但即使是其中一个球有非常轻微的扰动也可以使这些预测变得离谱。

连小小的台球都无法精准预测,对于生态系统这种更加复杂的混沌系统就更加不可能了。

生态系统是自然环境的一部分。生物方面(如动物和植物)和非生物方面(如空气、水和土壤)确保循环是连续的。有机体生存条件的一个小变化可能会对整个生态系统产生重大的、往往是灾难性的后果。显然,生态系统也是一种非常复杂的现象。因此,生态系统也是一个不太为人所知的混沌理论的例子。

如此,预测未来是不可能的了吗?

且慢!科学家又说了,还是大有可为的!

从古至今,人们就一直在试图预测未来。为此,古人以阴阳、五行、理论为基础,建立了周易、四柱、八卦、奇门遁甲、大六壬、太乙神数等各种预测模型。现代预测学通过开发数学模型和程序,制定事物未来发展的可靠预测,为决策者提供恰当决策的必要信息。

20世纪五十年代以来,预测学渐渐地形成了一门独立的学科,国内外各部门、各行业不断应用各种预测理论和方法来进行社会预测、经济预测、科学预测、技术预测、军事预测等。预测决策理论和方法得到了广泛的应用,并已发展成为理论分析、方法技术与实际应用相结合的专门学科。

金融市场中也多是含有预测性的技术分析,比较显著的如江恩理论、亚当理论、波浪理论等。

在与人生命运有关的预测学,最前缘的发展是“人体生物节律学”,可以提示人们在某段日子里可能出现的体力、情绪和智力相对强弱的倾向。

这其中,最鼓舞人心的是对天灾的预测,在天灾预测方面,尤其值得一提的是中国科学院院士翁文波老先生。1966年,邢台发生地震后,他受周恩来总理重托,开始致力于天然地震的预测研究,后来又将其扩展到洪涝、干旱等灾害远期预测,在预测理论和实践上取得了重大突破,独创了自己的信息预测科学基础。他首先将可公度性测方法应用到了预测科学中来,并曾利用可公度信息系对1976年唐山地震、1982年华北干旱、1991年长江流域洪水、1992年美国加州地震等自然灾害现象做过成功的预测。据统计,他先后作过252次各类天灾的预测,实际发生的有211次,占总次数的83.73%,被人们誉为一代“天灾预测宗师”。

翁文波院士在预测学方面著作有:

1982年在中国地球物理学会第三届理事会上发表《预测论》。

1984年出版了中英文版的预测理论专著——《预测论基础》。

1985年底,著文《1985年天灾预测总结及1986年天灾预测》。

1988年3月,与吕牛顿合作,发表《信息代数——天灾预测的基础》。

1991年9月,发表《地震远程预测》。

1996年,在重病期间,亲授提纲,委托吕牛顿、张清将其预测学研究成果、预测案例及未发表的论文等,整理编写成《预测学》专著,由石油工业出版社出版,后被译为英文版。

结语:人类对预测未来的探索和努力远远没有结束,即使不能对未来进行精准预测,也不存在所谓的“拉普拉斯妖”,但是人类永远不会放弃对预测未来的研究和尝试。

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