量子力学颠覆了什么？不确定性的科学是指什么
20世纪的科学被称为：不确定性的科学。而起点就是量子力学开始的。
量子力学颠覆了什么？
我们可以先从物理学的几大神兽说起。自从牛顿提出了牛顿三大定律和万有引力定律，再经由法国的几位超级数学家的发扬光大之后，经典物理学一下子走到了颠覆，不仅统一了”天上“和”地下“的物理学，而且预测各种物理现象都十分精确，甚至只依靠纸笔就可以预言海王星的存在。
有个叫做拉普拉斯的数学家出版了巨著《天体力学》后，把这本书献给拿破仑。拿破仑看完就问他，
为何在书中一句也不提上帝？
拉普拉斯说，
陛下，我不需要那个假设。
拉普拉斯其实代表着一种世界观，这种世界观也叫做：决定论。决定论具体来说就是，相信宇宙完全是由因果定律之结果支配。所以决定论者一般都相信存在一个最终终极的理论，可以描述整个宇宙的运行规律。其实，日常生活中，也有很多人相信，随着科学的发展，人类最终可以解释所有的现象，这其实就是决定论。这里多补充一句，决定论是不带任何贬义的，它是一种观念，任何人都有权力相信或者不相信。其实爱因斯坦就是一个坚定的决定论支持者，除了他之外，还有薛定谔，德布罗意等人。
当然，我们说到的拉普拉斯也是决定论的支持者，所以他开始开动脑，提出了一个思想实验，也被叫做：拉普拉斯妖。拉普莱斯妖是和我们熟知的薛定谔的猫齐名的物理学几大神兽之一。关于拉普拉斯妖，拉普拉斯有这样一段描述，我简述一下大意：
如果我们把宇宙现在的状态视为过去的过以及未来的因。倘若存在一个智者，他知道宇宙中每个原子确切的位置信息和动力，那这个智者就能够使用牛顿定律来展现宇宙时整个过程，无论过去还是未来。
这里的智者就是拉普莱斯妖。说白了，拉普拉斯认为存在一个定律（牛顿定律），只要掌握宇宙中所有粒子的信息，并且能快速运算，那就可以知道宇宙的运行情况。
而量子力学颠覆的其实就是决定论。具体来说，我们要从量子力学的基石理论说起。1926年，海森堡提出了不确定性原理，这个不确定原理具体来说就是：
粒子的位置和动量是没办法同时确定下来的，位置的不确定性越小，动量的不确定性就会越大，反之亦然。
所以，海森堡认为，我们是不可能同时掌握粒子的位置和动量这两个量的。而且观测自身就会对粒子产生影响。
发现了没有？不确定性原理和拉普拉斯妖是矛盾的，拉普莱斯妖的前提是能够掌握宇宙中任一粒子的位置和动量。而不确定性原理告诉我们，位置和动量是没办法同时测得的。所以，量子力学可以说从根基上撼动了决定论。这也是为什么爱因斯坦等人一直和量子力学作对的原因，因为他们无法接受量子力学对于决定论的否定，爱因斯坦在和量子力学宗师波尔对决时，就曾说：
上帝是不会掷骰子的。
而波尔反击了一句，
爱因斯坦不要指挥上帝如何做
这里多补充一句，爱因斯坦是无神论者，这里的”上帝“指的就是决定论中最后的那个终极理论。
爱因斯坦曾给友人写信时，还多次提到了他的决定论信仰：
你信仰投骰子的上帝，我却信仰完备的定律和秩序。
所以，爱因斯坦反对的就是量子力学的随机性对于决定论的破坏。不过，事实上，对于决定论的破坏不仅仅是量子力学，只能说量子力学打开了一扇门，而后来的20世纪的各种科学理论都加入了打破决定论的队伍当中。
还有什么理论否定决定论？
我们来试想一个场景，有个沙堆，你这个时候一粒一粒沙子放下放，请问，你放到第几粒沙子，这个沙堆会塌？
这个问题看起来好像很容易的样子。实际上，它的复杂程度超乎一般人的想象力，其中每一粒沙子的受力都极其复杂，我们至今对此无解。
再比如：著名的蝴蝶效应，说的是一只蝴蝶在南美轻拍翅膀，可以导致一个月后德克萨斯州的一场龙卷风。
这个其实也叫做混沌系统，指的是在一个动态系统当中。只要初始条件发生一点点变化，就会带来整个系统长期巨大的链式反应。比如，下面的双摆，刚开始有一点点不同，轨迹就会完全不一样。我们就无法用数学对其进行描述。它就是一个典型的混沌系统。
无论是沙堆，还是混沌系统，其实都揭示出宏观状态下，也会出现不确定性的情况。这对决定论是一个致命的打击。实际上，混沌系统和沙堆是无处不在的，我们试想一下股市为什么那么难以预测？国际政治为什么那么难以捉摸？这两个系统内部的因子都是在相互作用的，并且会受到一点点影响就会千差万别。所以，股市和国际政治压根不可能用因果律来解释。20世纪的三论：信息论，控制论和系统论，其实都是在研究如何克服不确定性的学问。所以，不确定性是无处不在的。
最后，我们总结一下，量子力学否定了的是决定论。决定论认为万事万物都有一套最终极的因果律，而量子力学则认为世界是不确定性的，而且20世纪的其他科学理论也都指向了不确定性。而后来的各种现象和实验结果也证明了量子力学的观点。
物声科技2024
2024-10-28 广告
