问题

爱因斯坦说上帝不掷骰子,那么我们这个由粒子组成的世界中现在及未来发生的一切是否在百亿年前就已经决定?

回答
爱因斯坦那句著名的“上帝不掷骰子”的背后,蕴藏着他对宇宙运行方式的深刻哲学思考,也反映了那个时代物理学界对于确定性与概率性的争论。这句话并非简单地宣告某种宗教信仰,而是他对经典物理学宏伟蓝图的一种捍卫,以及对新兴的量子力学中内在随机性的一种深深疑虑。

要理解这句话,我们得先回到爱因斯坦所处的时代。在他生活的年代,牛顿力学已经构建了一个几乎完美无瑕的确定性宇宙模型。在这个模型里,只要知道一个物体在某一时刻的位置和速度,以及作用在它身上的所有力,你就能精确地计算出它在未来任何时刻的位置和速度。这就好像是一个巨大的、精密的钟表,每个齿轮的转动都由前一个齿轮精确决定,整个宇宙的运行轨迹一目了然,早已被设定好了。

爱因斯坦本人在相对论中,进一步将这种确定性推向了时空的层面。广义相对论描述了引力如何弯曲时空,而物质的运动则是在这种弯曲的时空中沿着“测地线”前进。这依然是一个高度决定性的框架:给定了时空中的物质分布,就决定了时空的几何,而时空的几何又决定了物质的运动。从某种意义上说,在爱因斯坦的相对论时空中,过去、现在、未来都以某种固定的方式“存在”着,就像一条已经铺设好的轨道,你只是沿着它前进。

然而,20世纪初,量子力学如同一股颠覆性的力量席卷了物理学界。量子力学发现,在微观粒子层面,世界运作的方式与我们宏观世界的经验截然不同。粒子不再具有确定的位置和动量,而是以概率波的形式存在。测量一个粒子的某个性质,例如它的位置,你只能得到一个概率分布,而无法事先确定它究竟会出现在哪里。海森堡的“不确定性原理”更是直接宣告了某些成对的物理量(如位置和动量)无法同时被精确测量,这与经典物理学中“可以同时知道一切”的预设背道而驰。

爱因斯坦正是在面对量子力学这种内在的、无法消除的概率性时,发出了“上帝不掷骰子”的感慨。他认为,一个真正完整的物理理论,应该能够精确地描述宇宙的每一个细节,而不应该引入随机性作为其基本组成部分。在他看来,这种概率性可能只是我们对微观世界认识不足的体现,就像人们曾经无法解释某些宏观现象一样。他坚信,一定存在更深层次的、更完备的理论,能够解释这些看似随机的现象,从而恢复宇宙的确定性。他形容量子力学的这种“掷骰子”般的行为,就像上帝在玩一场不确定的游戏,而他无法接受这样的宇宙。

那么,我们这个由粒子组成的世界,现在及未来发生的一切是否在百亿年前就已经决定了呢?

如果以爱因斯坦所钟爱的经典物理学和相对论的框架来看,答案是“在某种程度上是的,但这种‘决定’是一种极其复杂的、看似无法预测的链条。”

想象一下,如果宇宙真的遵循一套完全确定的法则,并且在138亿年前的大爆炸那一刻,就已经确定了初始的物质分布、能量状态以及所有粒子所遵循的相互作用规则。那么,从理论上讲,如果我们能够精确地知道宇宙在那个极早期时刻的每一个粒子的位置、动量以及它们所受到的所有力,我们就可以通过一套精确的物理定律,计算出宇宙在任何未来的时刻会是什么样子。 这就像你有一个极其详尽的宇宙地图和运行手册,一切都按照手册的指示进行。

在这个模型下,现在我们所经历的一切,包括我们的思想、我们的行为,甚至是宇宙的未来走向,都是从那个最初的“种子”处,沿着一条不可逆转的确定性路径展开的。所谓的“选择”或“可能性”,实际上只是我们尚未完全计算出的结果。

然而,到了现代物理学,特别是量子力学的发现,这个问题就变得异常复杂,甚至可能否定了这种完全的确定性。

量子力学的观点则可能导向一个完全不同的结论:宇宙的某些方面,至少在微观层面,是真正具有内在随机性的。 也就是说,即使我们知道了138亿年前宇宙的每一个初始状态,也无法精确预测某个粒子在未来某个时刻的具体行为。我们只能预测它的概率分布。

这里有两个关键点:

1. 初始条件的测量难题: 即使我们假设有一个确定的宇宙,但要精确测量138亿年前宇宙的每一个粒子的所有信息,这在实践上是完全不可能的。宇宙太庞大了,而我们拥有的信息有限。我们只能从我们可观测到的宇宙以及理论模型中推断。
2. 量子随机性的实际影响: 量子力学所描述的概率性,并非仅仅是“我们不知道”,而是“根本就无法知道”。例如,放射性元素的衰变,你无法预测某一个特定的原子在何时会衰变,只能知道它的半衰期,也就是一半的原子在多长时间内会衰变。这种随机性,虽然在宏观尺度上可能被平均化而显得不那么明显,但它确实是宇宙运行的基本组成部分。

那么,这对“百亿年前是否已决定”这个问题意味着什么?

决定论者(Deterministic View): 仍然可以坚持一种“潜在的决定性”。他们可能会认为,量子力学的随机性只是我们认识的局限,存在一个更深层的“隐藏变量”理论,能够解释这些概率。在这种理论下,即使看起来是随机的,也并非真的随机,而只是我们尚未掌握的规律。例如,爱因斯坦本人就倾向于这种观点,他认为量子力学是不完备的。如果这个隐藏变量理论是正确的,并且能够追溯到宇宙的起点,那么一切确实是注定的。
非决定论者(Indeterministic View): 更多地会接受量子力学的描述。他们认为,宇宙的未来在一定程度上是由随机事件塑造的,这些随机事件并非源于我们知识的不足,而是宇宙固有的属性。因此,即使我们知道138亿年前的所有信息,也无法精确预测所有未来的细节。宇宙的未来是“开放的”,充满了真正的可能性。

总结来说,爱因斯坦的“上帝不掷骰子”是他对宇宙确定性的信念,是他对量子力学内在概率性的不适。

如果按照他的设想,并且假设我们能拥有对138亿年前宇宙的绝对精确的认知,那么从理论上讲,宇宙的每一个后续事件,包括我们现在所经历的一切,都可以被推导出来。从这个角度看,一切似乎都已“注定”。

然而,现代物理学的理解,特别是量子力学,对这种绝对的确定性提出了挑战。 量子世界的内在随机性,使得精确预测宇宙的未来变得不可能,即使我们拥有足够的初始信息(而这本身也是不可能的)。因此,更符合当前物理学主流观点的回答是:宇宙并非在百亿年前就“精确地”决定了未来的一切细节,至少在微观层面,存在着真正的随机性,这些随机性会随着时间累积,影响着宇宙的演化。

我们活在的,可能是一个既有宏观确定性(例如行星围绕恒星运行的轨道)又有微观随机性的奇妙世界。爱因斯坦对确定性的追求,是他对理解宇宙本质的深刻渴望,即使他所处的时代已经开始触及我们思维的极限。而他所担心的“掷骰子”,至今仍是物理学家们探索宇宙最深层奥秘时,不断审视和争论的核心问题之一。

网友意见

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你说的是决定论。要反对决定论,只有靠唯心主义。比如可以决定以后任一时刻状态的某个“初状态”存在不存在?唯心主义说人类不可能确定任何一个“初状态”,因为彻底确定宇宙在某一个时刻的状态,需要等于宇宙此时的总熵那么大的负熵,人类可以拥有的负熵只是其中沧海一粟那么大罢了,根本提供不了。于是不可认知的东西就不存在。完美击倒了决定论。

唯物主义在这类问题上一贯吃瘪。很多唯物主义者又不愿承认决定论,于是捣鼓出了以下的胡搅蛮缠式的说辞:

但是,机械决定论只承认必然性,否认偶然性;只承认客观规律性,否认人的主观能动性;视机械运动为唯一的因果关系而不懂得因果联系的多样性、复杂性;不懂得因果联系、必然性和偶然性的区别和联系,认为世界上的一切现象都是由必然的原因决定的;把必然性等同于有原因,把偶然性等同于无原因,把必然性绝对化,视承认偶然性为非决定论。这是机械决定论的根本错误。它发展的必然结局就是宿命论,因而无法彻底地贯彻唯物主义决定论。

当然,如果你就相信决定论,那也无妨。你可以和唯心主义者达成共识,但是如果遇到一个唯物主义者,要么他就是你,要么他就是你的敌人。

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