胡先笙創辦的電臺節目,旨在以人文的方式介紹科普知識,風靡於喜馬拉雅與網易雲音樂等平臺。該節目現已集結成書,書名為《宇宙的規則》。命運早已確定?還是萬物隨機?書中給出了探討。
01 蝴蝶振翅引起的龍捲風
蝴蝶效應想必我們都知道。巴西的一隻蝴蝶扇動翅膀,會使美國德州颳起一陣龍捲風。不過,
蝴蝶效應真的就像字面意思這樣嗎?
美國人愛德華·洛倫茲是位氣象學教授,希望能夠預測長久的天氣情況。有一天,他建立了一個數學模型,用於推測兩個月之後的天氣。當時的裝置很差,既費時又容易出錯。在計算了一遍後,為保證準確,他又算了一遍。結果算到一半的時候,他的咖啡癮發作了。於是他記下了中間結果,去買咖啡。回來之後,他將中間結果作為初始值輸入到電腦中,繼續運算。可是第二次的計算結果竟然與第一次截然相反。
同樣的方法,同樣的模型,出現了不同的結果
,問題出在哪?
問題就出在中間去買了一杯咖啡。洛倫茲在買完咖啡後輸入的,是計算機的中間輸出結果,小數點後只有三位。但在計算機的記憶體中,小數點後是有六位的。也就是說,在兩次計算中,模型的初始值有了微小的差別。可就是這微小的差別,造成了截然相反的結果。蝴蝶的振翅,引起了一陣龍捲風。
“很多人都誤解了蝴蝶效應的真正意思。若嚴謹一點兒表述,就是:系統對初始值的依賴極度敏感。”——《宇宙的規則》
02 無處可逃的海王星
在十九世紀初,牛頓第二定律和萬有引力的提出,讓我們有了計算太陽系中各大行星軌跡的能力。根據公式,科學家們計算出了天王星的執行軌道。
可計算出的軌道與觀測結果相比,出現了一定的偏差。
偏差是怎麼出現的?到底是定理還是觀測出了問題呢?
問題被兩個年輕人解決了,他們指出,是
有另外一顆星體的存在,干擾了天王星的軌道。
後來天文臺果然在他們預測出的軌道上發現了海王星。
當時的科學家大多信奉決定論,認為只要總結出了足夠強大的自然規律,就能預測出未來的一切。海王星的發現更是讓對決定論的信仰到達了巔峰。
“一句話,有因必有果,這就是決定論。”——《宇宙的規則》
03 薛定諤為什麼要折騰他的貓?
我們可能都聽過薛定諤的貓,但很少有人知道薛定諤的貓到底是怎樣一個實驗。
其實薛定諤的貓是一個思想實驗,目的是反駁基於機率的隨機論觀點。
將一隻貓放在盒子裡,盒子裡有充足的水和食物,但是還有一個毒氣瓶。毒氣瓶上方有一個鐵錘,鐵錘由一個電子開關控制。電子開關由一個放射性原子控制。一旦原子核發生衰變,電子開關就會被觸動,導致鐵錘落下、瓶子被砸碎,貓就會死亡。
問題的關鍵在於,我們無法得知原子核衰變的時間,只能知道原子核在各個時間點衰變的機率。這樣的話,
在某一時刻,盒子裡的貓到底是死是活,就是一件不確定的事。
可我們都知道,在某一刻,一隻貓要麼活著,要麼死掉,這是一件確定的事情。薛定諤就是以這樣的方式對隨機論提出了質疑。
“隨機論不相信因果規律,認為有這個因,也未必有那個果。”——《宇宙的規則》
決定論與隨機論的較量仍在繼續,讓我們期待著科學帶給我們答案。