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发表于 2022-6-17 22:53 | 查看: 127| 回复: 0
            


物理学界四大神兽:芝诺的乌龟、拉普拉斯妖、麦克斯韦的精灵与薛定谔的猫齐登场。

这是【十大悖论】第 05 篇文章
你相信这个世界上有可以预测未来的东西吗?
可能你会觉得我在信口开河,在胡说八道,在忽悠大家。的确,如果真的有人跟你说,他可以预测未来,不要怀疑,他就是在妖言惑众。
可是,在人类历史上,还真出现过一个可以预测一切的生物,它就是拉普拉斯妖。

假设,有一个超智能生物,他知道这个宇宙中所有粒子的现有状态,即位置和速度,那么他就可以推算出整个宇宙的未来和过去,前提条件当然是庞大到天文数字的计算量。拉普拉斯在1814年所写的《概率论的哲学理论》中写了这么一段话:“想象有一个智慧体,它在任何时间都知道所有控制大自然的力量,同时也知道每一项事物的运动状态。假设这智慧体可以将所有数据加以分析,能把宇宙中大大小小物体运动的状态用一个公式描述。对它而言,没有不确定的东西,它可以清楚地看到未来与过去。”
这其实是机械宇宙论的一个集大成者,当时的欧洲,自牛顿以来,大部分人都相信有这么一个机械的宇宙,其中的一切都是可以被人们的理性所认知的。这就好像是我们以前做物理题,一辆汽车车以一个初始速度,以一个恒定加速度向前直线行驶,那么无论多长时间,我们都能算出它在任一时刻的速度和行驶过的距离,至少在理论上是如此。

就比如我去打台球,我用九号球撞白球,只要台面的摩擦系数、撞击产生的速度、以及周围空气中的每一个粒子的状态已知,那么我在挥动杆子的一瞬间,理论上就可以计算出白球会撞到哪个球,以及每个球停下来的位置。
可是,若真是这样,那就带来了一个悖论,比如一台像超级计算机一样的生物,存储量特别庞大,大到惊人,它所具有的知识完备到连自身内部结构的所有细节都掌握得一清二楚,因此能够预测自己的行为。可一旦我们开始分析“计算机知道组成自己的每个原子与电子状态”代表什么,立论就变得站不住脚了。计算机需要将这些信息储存在内存中,而内存本身就是由特殊排列的原子所构成,这种排列方式本身也是计算机所需掌握的信息——这显然自相矛盾。
内存是用来储存外部信息用的,若将内存原子的状态也包含在整体信息当中,那么这些原子态的信息就需要储存在其他的外部系统中,而这些外部系统原子的信息还需要更进一步储存到另外的系统中……如此一直推演下去,永无止尽。因此超级计算机无法描述它自己的状态,这就排除了“计算机知晓关于宇宙一切”的可能性。

这么说可能有点绕,其实说白了,如果未来可以预测,那么这个未来就是注定的,是命定的,可一旦命定了,那么也就谈不上预测了,预测就失效了。这并非玩文字游戏,而是其本身悖论所在。
拉普拉斯生活的年代,是拿破仑横扫欧洲的年代,牛顿的机械宇宙论占据主流,也就是命定论。如果我们接收命定论的结论,那么我们同时也就放弃了“自由意志”。
且不论自由意志究竟存不存在,就看命定论,站在今天的科学角度来讲,这显然是错误的,因为混沌系统就是不可知的,再引入量子力学中的不确定性原理,实际上这个假设前提就不成立。海森堡的不确定性原理是说,你对一个粒子的速度知道得越精确,它的位置你就知道得越不精确;反之,你对一个粒子的位置知道得越精确,它的速度你就知道得越不精确。这是物理定律,和实验器材的精密度没有关系。哪怕是随着科技的发展,人类观测的水平越来越高,这个不确定性原理依然生效。这就好比,你用再怎么高科技不锈钢锅炒出来的菜,厨艺水平再怎么提升,你肚子的容量总是有限的。
1960年代初,美国气象学家爱德华·洛伦兹进行气候型态仿真时,意外发现了蝴蝶效应。他发现,在输入计算机的一些数据时,哪怕是微小的差异,都可能造成结果的大相庭径,这可真是“失之毫厘谬以千里”。

这也就是为什么天气预测如此之难,因为我们永远无法完全精确地掌握现实中所有影响天气的变量。如今,我们能在合理的可信度范围内预测未来几天是否下雨,但绝不可能知道明年的今天是晴是雨。甚至,我们都不能确定某个地区明天是否会下雨,只能说明天有80%的概率会下雨。
所以说,拉普拉斯妖这种生物根本就不可能存在,拉普拉斯妖也是物理学四大神兽中最惨的一个,问世没多久就被推翻了。再者,我们还可以做一个思想实验就可以推翻这个妖怪。我们假设在一个没有摩擦的空间中,三个小球大小相等,都是光滑弹性的,撞在一起不会有能量损失。我们假设,两个小球放在一起,另一个小球放在一边,以一种速度去撞击这两个小球。注意,其中的关键是同时撞击。
撞击之后,三个小球会运动,会出现六个未知数,即每一个小球在水平方向和垂直方向上的速度,但是,我们通过能量守恒可以得出一个方程,通过动量守恒可以得出两个方程,即垂直方向上的动量守恒和水平方向上的动量守恒。如此,三个方程要求解六个未知数,这显然是不可能的。
看来,要推翻拉普拉斯妖的办法有很多,拉普拉斯妖真可怜,被我们按在地上花式摩擦。
拉普拉斯妖虽然比较弱,很容易就推翻,但它却衍生出一系列攸关命运与自由意志的有趣问题。看起来,我们之所以永远无法预知未来,并非因为随机性,而是因为不可预测性,即便大自然遵循明确命定的寻常法则。对于某些人来说,这种不可预测性已经足够让我们拥有一些貌似自由的选择。而量子力学虽然是在最小的尺度上定义的,却有可能提供真正的随机性,即便这种看法仍备受争议。

一旦涉及人类大脑的运作,没有人能确定下一个突破何时会到来。说不定,未来甚至有可能发现量子世界的概率本质会直接影响巨观世界,特别是在活体细胞内,也许在大脑。我们已破解拉普拉斯妖的悖论,却尚未能完全回答这些问题。
道阻且长,任重而道远!

最后,我网上找到了一道题,发现相信“只要握有足够信息,未来就可以预测”的朋友还不少...


道阻又长了......

         

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