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经典物理学的决定论性质:波普尔的非决定论思想

时间:2024-10-13 百科知识 版权反馈
【摘要】:第一节经典物理学的初看上去的决定论性质波普尔认为,相对于量子论这种概率的理论,经典物理学具有不同的性质,即具有一种“初看上去的决定论的”性质。我不好断言波普尔在对一种理论是否符合因果律的问题上持何种观点,但可以肯定的是,当波普尔断言经典物理学具有一种量子力学所不具有的“初看上去的决定论性质”时,他显然赞同,一种理论是否具有决定论性质的问题既涉及系统的动力学方程,也涉及系统的静力学函数。

经典物理学的决定论性质:波普尔的非决定论思想

第一节 经典物理学的初看上去的决定论性质

波普尔认为,相对于量子论这种概率的理论,经典物理学具有不同的性质,即具有一种“初看上去的决定论的”性质。借助于“拉普拉斯之魔”,波普尔将经典物理学的这种“初看上去的决定论的”性质描述如下:

拉普拉斯相信,世界是由按照牛顿动力学相互作用的微粒组成,如果对于世界体系在一个瞬间的初始状况具有完全而精确的知识,就应足以推断出它在任何其他瞬间的状况。(如果已知完全的初始条件,即它的所有粒子的位置、质量、运动速度和方向,牛顿体系的“状况”便已知。)[1]

由于拉普拉斯是特指牛顿理论的这种“初看上去的决定论的”性质,所以波普尔给出了“初看上去的决定论性质”的一般定义:

当且仅当一种物理学理论使我们可以根据对于按照该理论描述的一个封闭的物质系统的初始状况的数学般精确的描述,推断出以任何规定的有限精确程度对于该系统在任何特定的未来瞬间的状况的描述,它就是初看上去的决定论的。[2]

为理解波普尔的这一定义,我想有必要先区分两类不同的问题:一是理论在形式上是否具有决定论性质的问题;二是实在世界是否具有决定论性质的问题。按照欧内斯特·内格尔的观点,前者是“一个逻辑分析的问题”,它与理论的内在结构有关;后者是“一个经验事实的问题”,它不仅涉及理论的内在结构,更重要的是涉及理论的真实性问题和预言的精确性问题。[3]当波普尔说一种理论具有“初看上去的决定论性质”时,他讨论的是第一个问题。借助现代物理学的两个基本公设,更容易帮助我们理解理论结构的形式化特征概念。

众所周知,现代物理学理论包含两个基本公设:一是态函数,即描述系统状态的静力学函数,它的独立变量完全规定了系统在任何指定时刻的态;二是时间方程,即描述系统状态的动力学方程,它表征系统在不同时间的不同状态之间的关系。如果我们把系统在t1时的状态变量的数值集引入时间方程,未来t2时的数值只要用解方程的办法就可以推算出来。即如果我们知道了系统(假设为孤立的)的始态,就能依据时间方程推演出该系统的未来态。[4]显然,从时间方程的特征来看,经典物理学和量子物理学是一致的,即给定一个系统的初始状态,依据这两种理论,在逻辑上都能推演出该系统在任何时刻一个唯一的状态。但在在对态函数的描述上,两者存在差别。经典物理学认为,态函数中的独立变量应该采用绝对精确的描述,当我们只能用几率概念来描述时,这只意味着我们的无知,这种描述是不完备的。而量子力学则允许用几率概念而且认为只能用几率概念来描述态函数(在亚原子层次)。(www.xing528.com)

因果律和决定论观念[5]是否要考虑对态函数的描述,这是一个颇有争议的论题。一般来说,存在如下三种观点。

第一种观点认为,因果律即决定论,它们都只涉及系统的动力学方程。假设S是一个孤立的物理系统,且S的成员具有某些性质,这些性质属于一个确定的性质类K,它们的量值由一组数值变量来描述,即态函数。如果给出S在某个初始时刻的状态,依据一组时间方程L,能够推导出S在任何其他时刻的一个唯一状态,那么,相对于K,L是S的一组决定论定律。欧内斯特·内格尔正是在这种意义上说经典物理学和量子物理学都符合因果律,且都具有决定论性质的。[6]

第二种观点认为,因果律即决定论,两者都既涉及系统的动力学方程,也涉及系统的静力学函数。因而只有经典物理学符合因果律,是决定论理论,而量子力学不符合因果律,是非决定论理论。韦纳·海森伯、石里克是这一观点的代表[7]

许多物理学家赞成第三种观点,认为因果律不同于决定论,因果律只涉及系统的动力学描述;而决定论既涉及系统的动力学描述,又涉及系统的静力学描述。因而经典物理学和量子力学都符合因果律,但只有经典物理学是决定论理论,而量子力学是非决定论理论。

我不好断言波普尔在对一种理论是否符合因果律的问题上持何种观点,但可以肯定的是,当波普尔断言经典物理学具有一种量子力学所不具有的“初看上去的决定论性质”时,他显然赞同,一种理论是否具有决定论性质的问题既涉及系统的动力学方程,也涉及系统的静力学函数。

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