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拉普拉斯妖

#思想實驗# 0 0
拉普拉斯妖是一種物理學(xué)思想實驗,也是一個哲學(xué)上的問題,由法國數(shù)學(xué)家皮埃爾-西蒙·拉普拉斯在1814年提出。拉普拉斯設(shè)想,若有一妖知曉宇宙中每個原子的精確狀態(tài),便能通過牛頓定律預(yù)測宇宙的所有事件。拉普拉斯以后,近代的量子力學(xué)詮釋,使得拉普拉斯妖的理論基礎(chǔ)受到質(zhì)疑。質(zhì)疑者包括粒子物理學(xué)家、神學(xué)家John Polkinghorne。
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拉普拉斯妖(Démon de Laplace)是由法國數(shù)學(xué)家皮埃爾-西蒙·拉普拉斯于1814年提出的一種假想生物。此“惡魔”知道宇宙中每個原子確切的位置和動量,能夠使用牛頓定律來展現(xiàn)宇宙事件的整個過程,過去以及未來。

原文引述

拉普拉斯堅信決定論,他在他的概述論(Essai philosophique sur les probabilités)導(dǎo)論部分寫道:

“我們可以把宇宙的狀態(tài)視為其過去的果以及未來的因。如果一個智者能知道某一刻所有自然運動的力和所有自然構(gòu)成的物件的位置,假如他也能夠?qū)@些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,那宇宙里最大的物體到最小的粒子的運動都會包含在一條簡單公式中。對于這智者來說沒有事物會是含糊的,而未來只會像過去般出現(xiàn)在他面前。”

拉普拉斯這里所說的“智者”即后人所謂的拉普拉斯妖。

近代觀點

拉普拉斯以后,近代的量子力學(xué)詮釋使得拉普拉斯妖的理論基礎(chǔ)受到質(zhì)疑。

粒子物理學(xué)家、神學(xué)家 John Polkinghorne指出,由于電子位置的不確定性,即使相互作用僅考慮牛頓力學(xué),試圖計算一個氣態(tài)氧氣分子在與其他分子碰撞50次(約0.1毫微秒以內(nèi))后的位置也是無效的。

化學(xué)家Robert Ulanowicz在他的《Growth and Development》(1986)一書指出19世紀(jì)物理學(xué)的不可逆過程、熵、及熱力學(xué)第二定律已經(jīng)使得拉普拉斯妖成為不可能。拉普拉斯妖的可能性是建立在經(jīng)典力學(xué)可逆過程的基礎(chǔ)上的,然而熱力學(xué)理論則指出現(xiàn)實的物理過程都是不可逆的。

近來,有人對拉普拉斯妖分析數(shù)據(jù)的能力提出一個極限。這個極限是由宇宙最大熵、光速、以及將信息傳送通過一個普朗克長度所需要的時間得來的,約為10^120比特。在宇宙開始以來所經(jīng)歷過的時間以內(nèi)不可能處理比這個量更多的數(shù)據(jù)。

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