决定论与机械决定论

所谓决定论，是指物理体系随时间演化的状态是确定的。

一般认为，经典物理是决定论的。只要我们知道了任何一个时刻所有客体的运动状态，我们就可以预测以后任意时刻的所有状态。这就是最早的牛顿机械决定论。

根据上一章讨论的，实在的相对性，我们知道，不可能精确知道任何一个时刻的物理状态。再加上多体和非线性的介入，还有计算方法的问题（比如流体计算，计算数学方法与物理问题原则上不可能一致，也就是，不存在精确的流体力学问题计算方法），考虑到蝴蝶效应，即使经典条件下，对物理体系演化的精确计算或者预测也是不可能的。

量子力学的概率本性

在哥本哈根学派的诠释中，包含测量的量子力学本质上是概率性的，也就是非决定论的。测量结果原则上不可预知。如果存在多个可能结果，每个结果发生的概率由其波函数的概率幅决定。如果是单一过程，无法统计，则无法预知该结果是什么。比如通过双缝照射到屏幕上的光子，究竟会落在哪个点上，无法预计，无法计算。虽然我们可以计算出某些点的可能性大一些，对于概率一样大的点，就无法做出任何预测了。

在“究竟什么是量子”一章中，我们说，量子就是波函数，而波函数是所有可能测量值的概率幅。

量子的波函数诠释，也就是概率幅描述，有如下问题：

1、波函数不是物理的。概率幅并不是物理量，无法测量，只能大量统计来验证。

2、哥本哈根诠释中，测量导致波函数坍缩。波函数的坍缩瞬时发生，不需要时间。这一过程不可能是物理的，因为坍缩前后物理量不连续，波函数本身也不是物理量。

从量子定义的概率性可以推出，量子力学是概率性的，测量引起不可预测的不连续变化。虽然有一些理论，如多宇宙理论，试图诠释量子的这一行为，但是，在它提出的每个宇宙中，每一次测量仍然是不连续的，并不断引起宇宙无限分裂。

由于任何一次测量的结果都无法预测，所以量子力学是本质概率的，非决定论的。

经典的概率描述

对于一个存在多体作用，非线性，快速演化的经典系统，长期演化是不可计算的，也就是不可预测的。但是系统仍然有可以用宏观量描述的统计性质，其微观组成满足宏观统计性质，而微观组分的具体行为并不重要。这正是统计物理研究的范畴。统计物理讨论的也是概率分布。

也就是说，对于一个经典系统，如果我们无法追踪其演化过程，我们也会用概率描述。或者说，无法追踪演化过程的经典体系，看起来也是概率的。

比如，封闭在一个活塞中的气体，在绝热膨胀或者压缩时，如果不考虑过程，我们会发现，初始和最终状态的气体速度分布都是完美的正态分布，但是分布的高度和宽度发生了变化。速度分布函数是全局的，影响每一个气体分子。如果忽略变化过程，每个分子的概率分布都发生了突变，也可以叫“坍缩”（这里的坍缩和量子力学坍缩到单一值概念不一样）。对于经典的过程，我们可以假定无穷缓慢的绝热变化，分布函数会连续变化。但如果忽略变化的过程，看起来就和量子测量类似了。

扔硬币也是一样，如果忽略硬币运动过程及受到的各种变量影响（力度，方向，落点机械性能，空气流动变化，等等），硬币停下来时正反的分布是比较稳定的一个分布，但如果可以跟踪全部过程，我们至少在接近停止之前，可以预测硬币的正反。

所以说，即使经典体系中，如果足够复杂，我们仍然只能以概率描述。而如果可以跟踪，了解的信息越丰富，就越可以确定地预测。

全局诠释的看法

全局诠释认为波函数，或者薛定谔方程的解是理想波动极限近似。但是我们没有讨论波函数的物理意义。这里暂时使用波姆的概率辐诠释。

测量当然导致系统状态变化。变成什么呢？广义地说，应该是变成了另一个状态，另一个波函数。量子力学的测量定义实际上是取样。但是我们知道，测量装置的介入，实际上是改变了原来波函数的状态。

即，测量让波函数从一个（稳定极限）分布改变为另一个（稳定极限）分布。由于量子力学完全忽略测量从一个态到另一个态的中间过程，仅描述初始和最终状态，所以必然而且只能以概率描述。这与经典情形是一样的。

在接受波函数概率定义的条件下，全局诠释可以理解量子力学的非决定性，但认为其原理与经典相同，都是因为忽略了中间的物理过程。

那么，真实的物理过程，是决定性的，还是非决定性的呢？

全局诠释认可物理实在，但认为考虑了测量之后，物理实在是相对的，不可精确描述。这样的话，真实的物理过程就是决定性的，但是却无法精确计算，无法精确预测，因为我们不可能在不改变原有系统的条件下精确了解原物理系统。

重新表述如下：全局诠释认为，考虑到实在的相对性，物理过程是决定性的，但是无法精确预测。越是宏观的系统，我们了解的信息越丰富，越可以计算和预测；越是微观的系统，复杂的系统，越无法预测。这与经典对决定论，或者确定性的看法是一致的。

未来是不可能精确预测的，但是物理世界究竟是决定的？还是随机的？或者是混沌的呢？比如，如何理解原子核衰变的随机性？

从物理上看，由于基本相互作用的复杂性，非线性本性，计算非常困难。但是只是我们计算不出来。无法预测，但不等于微观过程是本质概率的。量子力学的波函数定义是为了描述统计性质的数学定义，不是物理定义。

对于原子核衰变的随机性，我们虽然无法预测，看起来是也是随机的，但我们却无法证明它是随机的。它可以是确定发生的，但是看起来是随机的。就像统计物理，或者扔硬币。当然，我们也不能证明它不是随机的。

自由意志与宿命论

虽然全局诠释不能证明，也不能精确预测，但是却认为物理过程是决定性的，也就是未来已经确定。这当然有严重的哲学后果，可能严重影响人们的世界观和处世态度。

这种决定论叫做不可尽知的决定论，不同于不可知论，决定论，和非决定论。

但是如果人们真的理解了这一决定论的意义，也不一定会消极避世。

首先，宏观地看，根据我们现在对宇宙的理解，宇宙的命运是确定的。

其次，对于个人和人类社会，未来是不是已经确定，是无法验证的。因为我们每个人经历的历史和未来都只有一次，没有人能够回到过去再做一次选择，并对不同的经历进行比较。既然无法改变，无法比较，无法预知，未来是还是不是确定的，不应该影响每个人的自由意志，就算你现在的自由意志和思考是以前确定的，但是你也无法改变。你还是必须那么想，必须做决定，并承担相应的后果。

再次，可不可以认为，反正未来已经确定了，我们什么也不用做，只要混吃混河睡大觉，等着美好的未来到来就好了呢？问题是，未来，特别是你个人的未来，虽然已经决定，但是你不知道是什么，它不一定是美好的。你可能有一个悲惨的未来，正是由你的混吃混喝睡大觉决定的。

越宏观的系统，其宏观性质越确定，越容易预测。我们期望人类很快步入下一层文明，即恒星文明，如果不发生大的意外，应该是比较确定的，但这需要每个人的努力。同样，这是没有保证的。如果睡大觉的人多了，人类文明走下坡路也是可能的。不要忘了“大过滤”。

无论你的自由意志是不是真的自由，或者说随机，你还是要努力获取各种信息，还是要思考，还是要做决定。你是世界的一部分，未来的一部分，你的意志、决定、和希望也是世界的一部分。你可以拥有和体会充分的自觉和自由，和用努力争取到的快乐和幸福，无论是确定的还是创造的，都一样美好。

本章总结

认为经典的决定论可以精确计算出世界的未来是不对的。实在的相对性，计算的复杂性，都说明未来无法精确计算。

量子力学的非决定论来自于其概率表述本质，是非物理的。

全局诠释认为世界是决定性的，但不可精确计算，不可预测。不可精确计算，并不等于不是决定性的。

需要区别不可尽知的决定论，不可知论，非决定论。

决定论并不意味着没有自由意志和宿命论。