对大自然规律的产生及发展的思考

• 2022 年 5 月 18 日
• 筆記

从很早的时候，人们就开始试图掌握大自然的规律，并根据这些规律预测未来，像算卦或者占星术，但这些规律实在是很不精确。人们对于大自然的无知导致了人类发明了各种各样的神话故事去解释各种现象，像是东方的有女娲、盘古等，西方有宙斯、赫拉等。这表明了人类自从意识觉醒、仰望星空的那天起，就不甘于受大自然随机的摆布，随机的命运是让人们害怕的。此时的人类由于生产力和工具的落后，无法认识到正确的、客观的规律，只能依托一些故事中的神或者上帝来躲避这种恐惧，但人类对于真正规律追求的热情一直没有消退。

    很快，人类通过自己的生活经验发现了一些规律。最早的自然规律发现者应该归属于毕达哥拉斯，他发现了直角三角形的斜边的平方和等于其他两边的平方和。这可真是一个惊人的发现，因为它证明了大自然中存在可以用精确的语言-数学去准确的描述的规律。只要人类足够聪明、足够智慧，说不定就能找到大自然的终极规律。于是人类的探索又开始了。阿基米德提出了著名的三条定律，从此人类正确通晓的物理定律有了零的突破。尽管此时对规律的探索与理解偏向于主观，但很明显迈向自然规律的大门已经敞开。牛顿的三大运动和引力定律标志着决定论的世界观的到来。此时的人们相信大自然的规律是绝对的，也就是说宇宙一旦有了开端，就一直按这些规律运动下去，之后必然形成我们的宇宙现在的模样。这种观念增强了人类在宇宙中的安全感，客观宇宙发生的一切不以人的意志为转移，一切都是事先已经决定好了的，从宇宙诞生的那一瞬间，永恒就已经注定了。后来，爱因斯坦又提出了相对论，高速状态下的规律也已经被人们弄清，决定论的世界观已经发展到了顶点。然而随之，在微观世界，量子理论将经典的因果律击溃了。

    从某种意义上而言，量子理论是很怪诞的，因为它与我们在现实生活中的常识格格不入，从量子力学的角度看，世界变成了一个非常奇怪的地方，量子理论不仅否认了标准的客观性思想，而且摧毁了决定论世界观。我们不能既准确测出一个电子的位置，又准确测出它的速度，电子有量子的一种独特的难以捉摸性，从数学的角度来看，这是非常好理解的，但从物理的角度，会让人感觉到非常的难以理解。普朗克引入了一个h的常量去表示这种不确定关系，即△P·△Q ≥ h，如果h等于0，那么我们就可以同时测一个粒子的动量和位置了，就和经典物理学相符了，但可惜尽管h很小，但是它不等于0。于是波尔提出了一个互补性的概念使人更容易理解这个现象。他认为认识一个对象时，它的性质将是互补的，即当一个性质为已知时，就排除了对另一性质认识的可能性，因此像波粒二象性等概念在逻辑上是不矛盾的。这个观点可以说粉碎了决定论者想要可以同时了解世界上的一切的梦想。但除了这个还有另一个问题，就是随机性。量子理论意味着，要了解世界必须要通过观察，而观察的动作充满了不可控制和随机的过程，所以摆在人们眼前的是一个混沌的宇宙。爱因斯坦到死也不承认上帝是掷骰子的，不承认量子理论就是因为量子理论打碎了他对宇宙那种规则性崇高性的想象，这对爱因斯坦来说是不可以忍受的。其实从某种意义而言，不止像爱因斯坦这样的大物理学家不能接受，对于很多普通人来说也是难以接受的，因为其否定了自由意志的存在。我们自认为我们可以自由地去选择今天吃什么或者穿什么好看的衣服，但其实这只是概率分布的一部分。就像薛定谔里的猫里面的放射性物质一样，它有50%的概率衰变去释放毒气，有50%的概率不释放毒气，它在衰变前也有可能认为自己是自由的，但实际上它始终在受一只看不见的手操控。但不管这个理论多么的让人难以理解和接受，都不能否定量子理论是正确的，因为用量子理论做出的预测与实验结果吻合。薛定谔曾说他认为随机性只不过是限于现在的科学水平导致忽略掉了某些因素导致的，他相信在随机性的背后一定有一扇决定论的大门，但这可能只是薛定谔的一厢情愿。好几个世纪以来物理学家们一直认为物理学应该精准地预测大自然中发生的一切，但在量子理论看来我们能确定的仅仅是事件发生的概率而已。像爱因斯坦、薛定谔这样的决定论者很难抛弃掉随机性的背后一定有某种决定的客观规律的想法，但实际上量子力学已经彻底地关闭了决定论的大门，并将它抛弃在历史的尘埃中。量子力学并没有否定物理规律，恰恰相反的是它开辟了人们对大自然崭新的理解，表示着人类对物理规律的理解又上升了一个台阶。

    其实换个角度来想，大自然规律的随机性不仅给了我们以生命的意义，大自然也因此丰富多彩。大自然并没有任何缺陷，只有人才可能会有缺陷。不过也正是人类的这种缺陷给了人以某种意义上的自由，人是具有犯错和纠错的能力的。物理的发展就是这样，就是一个个物理学家前仆后继，不断地犯错和纠错的过程。如果人没有犯错的能力的话，物理学也不会有任何发展。大自然给人以不完美的属性，因此人可以凭借着不完美的属性去认识大自然，这或许就是大自然规律的真谛吧。