相互依存的命定和自由

從理論物理學發展進程看命定論與自由論

 報告者﹕施良劍

一、 前言：

理論物理學的發展過程中，經過數次重大的變革，第一次為牛頓三大邉佣桑?⒐诺淞?W的理論架構，充分預測物體邉拥能壽E；第二次為馬克士威爾(Maxwell)提出電磁學四大定律，統合電學與磁學的物理定律，為日後的電學奠定良好的基礎；第三次為量子物理學的發展，將物理學從巨觀世界轉入微觀世界，在與量子物理學同步發展的理論物理學還有愛因斯坦的相對論，在二十世紀初提出狹義相對論之後，充分解釋光速與時間的關係，更在之後提出廣義相對論，提供一個更為廣大的理論基礎。

在這數次的變革中，理論物理學的發展方式從提出假設到建立模型，然後建立理論架構到驗證物理理論，幾個理論從架構到完成大致上都遵循同樣的模式。這種理論架構與理論驗證的方式，與中國古代預測術的模式有很大的相似度。理論物理學用於如何預測物理世界的事件，例如星球如何咿D或者是物質以何種形式構成，在建立種種理論架構後，便以理論來預測物理世界的現象，以此來論斷物理理論是否正確，在確定物理理論為正確之後，便使用物理理論來探討物理世界或者用物理理論來操作物理世界的現象，如同中國古代預測術，在完整的理論架構之下建立起預測術的平台，然後在此平台上預測人事間的吉凶禍福，不僅用來驗證預測術的理論架構，更使用預測術的理論架構來趨吉避凶，可認為等同於理論物理學的目的與操作。再者，理論物理學用於物理世界的預測，中國古代預知術用於人類世界的預測，人類世界可視為物理世界的一部份，當人類世界存在於物理世界之中，兩者之間的存在應具有一定的共通性，所以，從理論物理學的發展進程來看中國古代預測術的發展進程，應該具有一定的共通性，可從理論物理學的發展進程來看中國古代預測術的命定論與自由論，來討論宇宙的咦髟瓌t是命定論或自由論。

 

二、 理論物理學的發展進程

自從牛頓提出三大邉佣膳c微積分之後，古典力學開始展開如火如荼地進步，所有科學家努力研究物理邉拥能壽E，從地球上的物體到天空中的星球，都在研究的範疇之內。對於古典物理學家而言，物理世界的現象是相當明確的，所有物理的邉榆壽E皆可以邉臃匠淌絹砑右哉f明，只要給定邉臃匠淌脚c初始條件，任何物體在任何時間點的位置與動量皆可被清楚預測。這是一個輝煌的時代，任何事情沒有不確定性，甚至於可以這麼說，只要給古典物理學家任何一個星球的位置與動量，他就可以知道這個星球的過去與未來，這是古典物理學家的黃金年代，沒有人懷疑古典力學的有效性。

直到二十世紀初，出現光電效應的物理現象，這個物理現象違背古典力學或古典物理的理論，愛因斯坦重新提出假設，假設光是具有粒子性，而且光粒子的能量是隨著波長而改變的。接著，物理學家提出物質波與不確定原則等等量子物理定律，以此架構量子物理與量子力學。在量子力學的範疇中，由於微小粒子的超小質量緣故，當以光線偵測微小粒子的邉榆壽E時，微小粒子會因光粒子的能量而改變邉榆壽E，因此，不論如何改進實驗技巧與實驗設備，偵測微小粒子的位置與動量的最精準度總是受到一個限制，此種限制是無法被突破的，這就是有名的測不準原理(Uncertainty Principle)。

量子力學中除了測不準原理是違背古典物理學之外，還有以機率方式決定微小粒子的邉榆壽E是違反古典物理學。由於任何一種物質皆具有光-波的二重特性，因此古典力學無法預測微小粒子的邉榆壽E，必須以機率統計方式來研究微小粒子的邉榆壽E，這對古典力學是一項很大的衝擊，愛因斯坦甚至說：他不相信上帝會以擲骰子的方式來創造世界。這種量子力學的最新發展對於物理學界帶來極大的衝擊，甚至對於後來物理學帶來一個創造性的開展。

 

三、 理論物理學的哲學思維：

在古典力學中，對於物理世界的認知是相當明確的，只要得知物體在空間中的位置與某一時間點的動量，就可推知此物體在過去或未來的邉榆壽E。對於古典物理學而言，物理世界中的物體邉榆壽E都是可以被預測的，沒有任何的不確定性，這無疑是物理學上的命定論，物理世界中的物體從一開始就可以知道結果，而且是被宇宙所決定的，物理學家只要經過適當的計算，可以輕易得知天空中的星球在下一分鐘的位置。因此，在古典物理學中，物理世界是可以被預測而且在某種範圍來說是可以被操縱的，而物理學家就是這背後的操縱者，這是一件多麼矛盾的事情，以命定論為主的物理理論是最容易被物理學家所操縱的工具，而操縱物理現象本身就是一件自由意志所造就的行為。

反觀量子物理與量子力學的思考邏輯，在微觀世界中，由於微小粒子的量子性導致無法以古典物理理論來確定微小粒子的邉榆壽E，因此微小粒子的種種行為都必須用機率行為來加以描述。物理學家在面對量子世界時，僅能依靠統計工具或機率方式來了解量子世界，而無法使用更為精確的方法。換言之，量子世界是一個不確定的世界，在量子世界中，一個粒子可以輕易的穿越一道牆壁或者是說飛躍一座高山，無論其能量為多少。面對這樣的量子世界，命定論則無從發揮，量子物理可以稱為物理學中的自由論，每個粒子都擁有自己的生命，可以隨意決定何去何從，隨時挑戰環境中的困境。但是，在這樣自由的環境中，粒子僅能存在於所屬的能量場之中或者在特定的能量場之中跳動，並非毫無限制地隨處移動，而且微小粒子的行為準則受到機率行為的規範。在量子物理學這樣自由論的情況下，微小粒子以群體的方式表現它的行為，並非完全的自由，而是受到群體的限制。

 

四、 理論物理學究竟是命定論抑或是自由論?

從早期古典力學來看，物理學的確是命定論，物體在決定起始條件後便可知道它的邉榆壽E，但是在這命定論的理論之下，物理學家可以輕易的使用物理定律操控物質，又是自由意志的展現。但是從二十世紀初期所發展的量子物理來看，微小粒子的行為完全不可被預測，僅能夠以統計方式來加以計算，即便每個微小粒子都具有最大的自由度或是可能性，但是微小粒子被侷限於群體之中，微小粒子的行為不可預測而群體的行為可以被預測。種種的物理定律都說明：所有的物理現象既不是完全的自由論也非完全的命定論，而是同時存在著自由論與命定論的兩種哲學邏輯，在物理世界中，命定論與自由論的物理現象是相互依存而且同時存在。