从物理学中感受哲学 -- 牛顿力学篇

1. 从物理学中感受哲学--牛顿力学篇 PB05000618 杨培勇 pyyang @ University of Science and Technology of China

2. 人类的追求—认识我们的世界 • 我们从哪里来，又要到哪里去？哲学家的追求促使了物理的诞生。 • 物理学家从诞生起就从未停止对未知世界的探索。 • 从力学到热学、电磁学—物理中融入了太多的数学，这是我们有时感到，物理似乎就是数学的实际应用；但事实并非如此。 • 物理学的核心是物理思想，而物理思想与哲学密不可分。数学只是物理学的工具。

3. 牛顿力学—决定论？ • 牛顿力学是物理学的一个顶峰，它用F=ma向我们描绘了一个清晰完美的世界。 • 牛顿力学的基本思想是：知道一个物理系统在某个时刻（初始时刻）的状态和作用于系统的力，就可以知道它在其他任何时刻的状态。 • 牛顿力学对于天体运动给出了十分漂亮的结果，它的宏观愿望在于描述宇宙是如何随着时间演化的。

4. 牛顿力学—决定论？ • 牛顿的思想可以归纳为：已知一个系统的初始状态，就可以由此确定系统状态如何随时间演化，即确定了其他任何时刻系统的状态。 • 牛顿力学给出了一个完全确定的世界图景—由此引出的决定论似乎有点像中国古代的因果轮回说：人的命运在出生时就已经被决定了。 • Laplace也有一段著名的优美的描述。

5. Laplace关于决定论的描述 • 一种智慧，如果它能够知道，使得自然界生机勃勃的所有的力，以及构成自然的所有元素各自的状态，在某个给定瞬时的全部情况，进而，如果它能够庞大以至于可以分析所有这些数据，那么，它可以用同一个公式囊括宇宙中最庞大物体和最微小原子的运动；对它来说，没有什么事情是不确定的，无论将来还是过去都将呈现在它眼中。已经能够造就完美天文学的人类的头脑，朦胧的显现了这种智慧的样子。

6. 决定论—我们能容忍吗？ • 决定论能与机遇、人的自由意志相容吗? • 如果世界真的是完全确定的，个人的命运在出生时就已经被确定，那么我们为何还要提倡个人奋斗，为何不去消极让命运控制生活呢？ • 如果世界是确定的，那么它又是由谁确定的？上帝？我们显然不能接受这样的答案。 • 决定论与我们一贯的信仰是矛盾的。

7. 如何解释？ • 由牛顿力学得出的决定论显然不能让我们接受，使牛顿力学的错误还是我们原来的观念有问题？ • 先说说初始条件敏感性。把一个铅笔的笔尖朝下立在桌上，显然这样做不到，但当我们松手时，笔倒向桌面的速度呈指数上升，即笔在稍微偏离平衡位置的情况下（初始条件的微小变化），使得笔产生了随时间指数增长的变化。 • 许多物理系统都呈现出初始条件的敏感依赖性。

8. 如何解释？ • 事实上，任何系统的初始状态是不可能被完全获知的，初始状态总有一些随机性，这使得系统未来的状态也有那么一点不可预知性。 • 因而，系统的发展总有一些随机性。 • 对于这些情况的详细分析需要更加完备的理论，因为，牛顿力学本质上就是确定的，很难处理有关随机的问题。

9. 新的理论需要诞生 • 对于牛顿力学思想的讨论使得我们产生了寻找新理论的愿望和方向，这正说明了物理思想的重要性。 • 进一步的讨论等到学会更多的知识才能进行，现有的一点知识不能保证我能继续在这个问题上讨论下去。 • 或许可以考察日常生活，找一下牛顿思想的影子。

10. 自由意志 • 由于机遇的存在，使我们有了希望，并且摒弃决定论，追求自由意志。 • 但是我们真的自由吗？

11. 自由意志 • 假设你和一些讨厌的人在一起开一个正是的会议。你可以选择跳上桌子，开始跳舞，踢坏桌上所有的东西。当然，你绝不会选择这么做，也就是说，你没有自由意志。在另一些情况下，选择确实被做出，但那是痛苦而负很大责任的选择。

12. 未来是怎样？ • 从牛顿力学看我们的未来多少有点决定论的影子，但是理论总不是唯一的，我们看待未来的方式也不是唯一的。 • 从历史上那些伟大的哲人的思想中，我们或许可以得出这样的结论：未来是美好的。 • 而我们更喜欢一句时髦的话：未来掌握在我们手中。

13. 谢谢观赏