【細解典故】拉普拉斯妖

? ? ? "我們應(yīng)將宇宙的現(xiàn)在視作過去之果和未來之因幕屹。某時若有位通曉大自然的一切驅(qū)動力和它的組成狀況的智者满葛,只要其智慧強至足以解析這些數(shù)據(jù)昌罩,它就能用同一個公式掌握大至日月星辰,小至微末原子的運行饭冬。在它眼中使鹅,沒有什么是不確定的,未來正如過去一般清晰可見昌抠。"(Pierre Simon Laplace,A Philosophical Essay on Probabilities并徘,1814

? ? ?大數(shù)學(xué)家皮埃爾·西蒙·拉普拉斯筆下的這位“智者”,現(xiàn)在一般稱作拉普拉斯妖扰魂,它被認為準確體現(xiàn)了強決定論的思想,有時被視作將經(jīng)典力學(xué)的方法推向極端的例子蕴茴。描述混沌現(xiàn)象的著作很喜歡將它當(dāng)做反面案例劝评,認為細微的誤差將隨時間推移而放大產(chǎn)生無法預(yù)測的后果(俗稱蝴蝶效應(yīng),更嚴格的說法是初值敏感性)倦淀,從而“命中”所謂牛頓-拉普拉斯決定論的死穴蒋畜。另一種較為常見的批評則是:量子效應(yīng)中的不確定性不在經(jīng)典力學(xué)能夠把握的范圍,因此它無法預(yù)測量子現(xiàn)象撞叽。當(dāng)然姻成,混沌和量子都不是拉普拉斯時代人可能了解的內(nèi)容插龄,所以這些否定拉普拉斯妖的思想有時也被當(dāng)做時代進步的證明。

? ?上述對拉普拉斯妖的流行認識科展,有一個微妙的矛盾均牢,那就是拉普拉斯這段文字的出處——英譯名為A Philosophical Essay on Probabilities的著作(原題為法文:Essai philosophique sur les probabilités),論述的主題是概率論和歸納推理基礎(chǔ)才睹。在概率論著作中強調(diào)決定論徘跪,用意何在?正是這一疑問驅(qū)使筆者去查閱這部年代久遠的書籍的英譯本琅攘,并在此解釋個中緣由垮庐。

? 根據(jù)原著第二章的內(nèi)容,拉普拉斯從未認為人們可以實現(xiàn)拉普拉斯妖的預(yù)測能力坞琴,也承認人類觀測能力和智力的局限會導(dǎo)致很多事情變得十分不確定哨查。但是這些不確定結(jié)果的出現(xiàn)依然是有原因的,只是這原因因為上述局限不為我們所知罷了剧辐。拉普拉斯的真正論點是:既然所謂偶然事件只是有不為人知的起因寒亥,可以把概率理解成反映的是我們的無知程度和信念狀況,概率的主觀性可以通過對比這個虛構(gòu)的智者看出來浙于。設(shè)想拉普拉斯妖的目標护盈,用現(xiàn)在的話說,其實就是貝葉斯主義羞酗,而拉普拉斯這本著作正是貝葉斯方法的早期經(jīng)典腐宋,不是什么闡述決定論的名著。


拉普拉斯的目的是解釋概率的性質(zhì)


? 拉普拉斯試圖論證:隨著人類逐步積累知識檀轨,概率性的理論也可取得越來越接近拉普拉斯妖的成就胸竞,例如原著中討論的日出問題就可以看做這樣一個例子(“明天,太陽照樣升起的概率非常接近1”)参萄。雖然人類有能力向這樣的方向發(fā)展卫枝,但恐怕永遠無法企及真正的拉普拉斯妖。


拉普拉斯很清楚這位“智者”是人力難及的讹挎,但仍是求真趨勢所向

? 至此校赤,容易看出用混沌的初值敏感性對拉普拉斯妖進行的批評,幾乎全是建立在斷章取義上的筒溃。經(jīng)典混沌系統(tǒng)確實允許存在無法長期預(yù)測的現(xiàn)象马篮,但它們是沒有原因的么?不是怜奖,它們有十分明確的原因浑测,是被初始條件中的誤差嚴格決定的。表面隨機性完全誕生于對誤差值的無知歪玲。這恰恰證明了拉普拉斯真正的主張迁央。并且掷匠,即使混沌能夠說明準確預(yù)測的困難,凸顯統(tǒng)計方法的必要性岖圈,等等讹语,這些也都是拉普拉斯在原著中表明出來的,很難說在根本思想上有任何實質(zhì)進步幅狮。既然如此募强,單從不可實現(xiàn)性來否定拉普拉斯妖的意義,就等于從彈性模量的有限性來否定剛體力學(xué)崇摄。

? 那么擎值,拉普拉斯對決定論的這種強烈信心是從何而來呢?雖然用經(jīng)典力學(xué)描述天體運行在這章中作為例子被提出逐抑,但經(jīng)典力學(xué)并不是拉普拉斯妖的推理出發(fā)點鸠儿。拉普拉斯在原著中的論述其實是基于萊布尼茨的充足理由律,他將其理解為任何現(xiàn)象必有其他現(xiàn)象作為原因厕氨,這是一種獨立于具體物理理論的哲學(xué)思想进每。因此,即使經(jīng)典力學(xué)不正確命斧,也未必能影響拉普拉斯妖田晚。?

? ?因此,如果我們要指明拉普拉斯妖的局限性国葬,就必須在一定程度上否定充足理由律贤徒,承認某種現(xiàn)象沒有前因才行。量子物理學(xué)確實可能幫我們做到這一點汇四,那就是:假定哥本哈根詮釋正確接奈,則測量疊加態(tài)時,系統(tǒng)坍縮到哪一個本征態(tài)是沒有被什么前因確定的通孽,而各個本征態(tài)的概率并不能被解釋為純粹來自主觀上的無知序宦。所以,從量子效應(yīng)來批評拉普拉斯妖是有一定意義的背苦。

? ?但是這種評判也有不足之處互捌。第一,它只能對量子效應(yīng)比較明顯的系統(tǒng)起效行剂,否則預(yù)測還是大體上正確疫剃。第二,它完全依賴于一種曾經(jīng)流行的理論詮釋硼讽,但這詮釋本身不是量子理論的必要成分,一旦用其他詮釋取而代之牲阁,它的依據(jù)就會瓦解了固阁。例如壤躲,在玻姆的導(dǎo)波詮釋中,測量結(jié)果是被全局隱變量決定的备燃,同樣有一個明確的前因碉克。在多世界詮釋中,拉普拉斯妖會預(yù)測到很多個包含不同測量結(jié)果的分支世界并齐,但它們組成的宇宙整體還是確定的漏麦。第三,存在至少一種可以調(diào)和拉普拉斯的概率觀與哥本哈根詮釋的途徑况褪,如量子貝葉斯主義撕贞。

? ?綜上所述,筆者認為拉普拉斯妖絕不是純粹的反面教材测垛∧笈颍可惜的是,由于歷史悠久的誤會食侮,它恐怕是要一直在文化現(xiàn)象中繼續(xù)扮演真正的“妖魔”角色了号涯。

暢銷君東野圭吾的新作《拉普拉斯的魔女》

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