對大自然規律的產生及發展的思考
- 2022 年 5 月 18 日
- 筆記
從很早的時候，人們就開始試圖掌握大自然的規律，並根據這些規律預測未來，像算卦或者占星術，但這些規律實在是很不精確。人們對於大自然的無知導致了人類發明了各種各樣的神話故事去解釋各種現象，像是東方的有女媧、盤古等，西方有宙斯、赫拉等。這表明了人類自從意識覺醒、仰望星空的那天起，就不甘於受大自然隨機的擺布，隨機的命運是讓人們害怕的。此時的人類由於生產力和工具的落後，無法認識到正確的、客觀的規律，只能依託一些故事中的神或者上帝來躲避這種恐懼，但人類對於真正規律追求的熱情一直沒有消退。
很快，人類通過自己的生活經驗發現了一些規律。最早的自然規律發現者應該歸屬於畢達哥拉斯，他發現了直角三角形的斜邊的平方和等於其他兩邊的平方和。這可真是一個驚人的發現，因為它證明了大自然中存在可以用精確的語言-數學去準確的描述的規律。只要人類足夠聰明、足夠智慧，說不定就能找到大自然的終極規律。於是人類的探索又開始了。阿基米德提出了著名的三條定律，從此人類正確通曉的物理定律有了零的突破。儘管此時對規律的探索與理解偏向於主觀，但很明顯邁向自然規律的大門已經敞開。牛頓的三大運動和引力定律標誌著決定論的世界觀的到來。此時的人們相信大自然的規律是絕對的，也就是說宇宙一旦有了開端，就一直按這些規律運動下去，之後必然形成我們的宇宙現在的模樣。這種觀念增強了人類在宇宙中的安全感，客觀宇宙發生的一切不以人的意志為轉移，一切都是事先已經決定好了的，從宇宙誕生的那一瞬間，永恆就已經註定了。後來，愛因斯坦又提出了相對論，高速狀態下的規律也已經被人們弄清，決定論的世界觀已經發展到了頂點。然而隨之，在微觀世界，量子理論將經典的因果律擊潰了。
從某種意義上而言，量子理論是很怪誕的，因為它與我們在現實生活中的常識格格不入，從量子力學的角度看，世界變成了一個非常奇怪的地方，量子理論不僅否認了標準的客觀性思想，而且摧毀了決定論世界觀。我們不能既準確測出一個電子的位置，又準確測出它的速度，電子有量子的一種獨特的難以捉摸性，從數學的角度來看，這是非常好理解的，但從物理的角度，會讓人感覺到非常的難以理解。普朗克引入了一個h的常量去表示這種不確定關係，即△P·△Q ≥ h，如果h等於0，那麼我們就可以同時測一個粒子的動量和位置了，就和經典物理學相符了，但可惜儘管h很小，但是它不等於0。於是波爾提出了一個互補性的概念使人更容易理解這個現象。他認為認識一個對象時，它的性質將是互補的，即當一個性質為已知時，就排除了對另一性質認識的可能性，因此像波粒二象性等概念在邏輯上是不矛盾的。這個觀點可以說粉碎了決定論者想要可以同時了解世界上的一切的夢想。但除了這個還有另一個問題，就是隨機性。量子理論意味著，要了解世界必須要通過觀察，而觀察的動作充滿了不可控制和隨機的過程，所以擺在人們眼前的是一個混沌的宇宙。愛因斯坦到死也不承認上帝是擲骰子的，不承認量子理論就是因為量子理論打碎了他對宇宙那種規則性崇高性的想像，這對愛因斯坦來說是不可以忍受的。其實從某種意義而言，不止像愛因斯坦這樣的大物理學家不能接受，對於很多普通人來說也是難以接受的，因為其否定了自由意志的存在。我們自認為我們可以自由地去選擇今天吃什麼或者穿什麼好看的衣服，但其實這只是概率分布的一部分。就像薛定諤里的貓裡面的放射性物質一樣，它有50%的概率衰變去釋放毒氣，有50%的概率不釋放毒氣，它在衰變前也有可能認為自己是自由的，但實際上它始終在受一隻看不見的手操控。但不管這個理論多麼的讓人難以理解和接受，都不能否定量子理論是正確的，因為用量子理論做出的預測與實驗結果吻合。薛定諤曾說他認為隨機性只不過是限於現在的科學水平導致忽略掉了某些因素導致的，他相信在隨機性的背後一定有一扇決定論的大門，但這可能只是薛定諤的一廂情願。好幾個世紀以來物理學家們一直認為物理學應該精準地預測大自然中發生的一切，但在量子理論看來我們能確定的僅僅是事件發生的概率而已。像愛因斯坦、薛定諤這樣的決定論者很難拋棄掉隨機性的背後一定有某種決定的客觀規律的想法，但實際上量子力學已經徹底地關閉了決定論的大門，並將它拋棄在歷史的塵埃中。量子力學並沒有否定物理規律，恰恰相反的是它開闢了人們對大自然嶄新的理解，表示著人類對物理規律的理解又上升了一個台階。
其實換個角度來想，大自然規律的隨機性不僅給了我們以生命的意義，大自然也因此豐富多彩。大自然並沒有任何缺陷，只有人才可能會有缺陷。不過也正是人類的這種缺陷給了人以某種意義上的自由，人是具有犯錯和糾錯的能力的。物理的發展就是這樣，就是一個個物理學家前仆後繼，不斷地犯錯和糾錯的過程。如果人沒有犯錯的能力的話，物理學也不會有任何發展。大自然給人以不完美的屬性，因此人可以憑藉著不完美的屬性去認識大自然，這或許就是大自然規律的真諦吧。
