测不准原理:我们生活在一个不确定的世界

19世纪的最后一天,欧洲著名的科学家欢聚一堂,英国著名物理学家威廉.汤姆生(即开尔文男爵)发表了新年祝词。他在回顾物理学所取得的伟大成就时说,以经典力学、经典电磁场理论和经典统计力学为三大支柱的经典物理大厦已经建成,而且基础牢固,所剩只是一些修饰工作。只不过他美丽的天空上仍然存在两朵乌云,这两朵乌云就是物理学中著名的“以太风”和“黑辐射”。

第一朵乌云中,我们都知道水波的传播要有水做媒介,声波的传播要有空气做媒介,它们离开了介质都不能传播,于是科学家们便假想光的传播同样需要介质,而这种介质就是“以太”。但肯定了”以太”的存在,新的问题又产生了出来,地球以每秒30公里的速度绕太阳运动,相对于静止的“以太”而言,地球就必须会遇到每秒30公里的“以太风”迎面吹来,同时,它也必须对光的传播产生影响。这个问题的产生,引起人们去探讨“以太风”存在与否。两位著名的科学家迈克尔逊和莫雷通过实验证明根本找不到“以太”。从而,由第一朵乌云“以太风“引发了爱因斯坦相对论E=MC2的诞生,认为时间与空间是相对的,与物质运动息息相关,不存在脱离物质的绝对标准时间,只有某一个具体的”原子钟”所指定的时间,而且光速在任何参考系下都是恒定不变。

第二朵乌云中,在同样的温度下,不同物体的发光亮度和颜色(波长)不同。颜色深的物体吸收辐射的本领比较强,但在实际测量时,观测到的物体比热总是低于经典物理学中能量均分定理给出的值。因此由普朗克发现光实际上是由具有固定能量的组成,并在海森堡、玻尔的推进下发展为量子力学。

在学生时代,我们就知道了普通物质是由原子构成的。原子最初被认为是物质最小的组成部分(原子这个词的意思是“不可分割的”),但实际上,原子之下还有更小的粒子——质子、中子以及组成他们的电子和夸克。我们日常生活中的所有物质——每颗恒星与行星、空气、海洋、岩石、金属、树木、我们的朋友和敌人——都是由三种粒子构成的:电子、上夸克和下夸克。所有这些不同类型的物质之间的差异都源于这些粒子的不同排列组合方式。

1927年10月,在布鲁塞尔召开了第五届索尔威会议,当时拍下了这张物理史上的最强阵容,参加这次会议的29人中有17人获得诺贝尔奖,大会讨论的主要问题就是量子力学正确与否,主题是讨论“电子和光子”。

在这次会议上,爱因斯坦道出了世纪名言:“上帝不掷骰子”,玻尔则针对相对指出“爱因斯坦,别指挥上帝这么做”。他们主要的争论在于粒子运动的规律是确定的还是不确定的。爱因斯坦认为粒子运动是确定的,之所以存在那么多不确定性,是因为很多“隐变量”没被发现而已。而以玻尔为代表的哥本哈根派学派则认为,不确定性是事物的基础性质,粒子运动就是随机的。”不确定性原理“随着他们之间的争论为大家所熟知。

不确定性原理又称测不准定理(Uncertaintyprinciple),是由海森堡于1927年《论量子理论运动学与力学的物理内涵》的论文中提出,这个理论是说,一个运动粒子的位置和动量不可能同时被确定。在这篇论文里提到,使用显微镜来测量电子的位置,需要通过测量光子,会不可避免地搅扰了电子的动量,造成动量的不确定性。如果粒子的位置被测量的越准确,其动量则被测量的越不准确,反之亦然。所谓动量是物体质量和速度的乘积,用来表示物体的质量与速度相关的物理量。

著名画家萨尔瓦多·达利的根据不确定性原理的原理,构建了一个量子世界的特殊场景《微粒子圣母》,在一片混沌状态,雾气腾腾的空间中,一个由各种微粒子组成的圣母右手抱着圣子,而她的的面庞却看向左手拿着一本书,圣母的存在仿佛使这片空间有一种稳定、安详的结构,让人不禁真的产生疑问?在量子空间里真的也会存在圣母子吗?他们也会如同在人间这样,影响着信仰他们的微粒子吗?还是从另一个角度理解,我们人类没有发现量子空间的规律,是对微粒子之间存在的关系的理解仍不足够吗?所以圣母手中的书是在向我们传达知识的存在与力量,也指引着人类去研究粒子间的不同组合模式。

《微粒子圣母》Madonna in Particles 萨尔瓦多·达利 1947年

“不确定原理”的科学含义在于与宏观世界的物质相比较,微观世界粒子的行为是“不确定”,这标志着人类对自然界的认识达到了一个新的高度。不确定原理涉及很多深刻的哲学问题,用海森堡自己的话说:“在因果律的陈述中,即'若确切地知道现在,就能预见未来’,所得出的并不是结论,而是前提。我们不能知道现在的所有细节,是一种原则性的事情。”

简言之,人类面临着三大不确定性,对应着三大“测不准”。

一是人性测不准,二是微观测不准,三是宏观测不准。

首要提及的自然是“人性测不准”。古人有云:画人画骨难画心,知人知面不知心。

传统经济学是以“人是理性的”为支撑,建立起理论大厦。但是现实中,人遇到的奖励与处罚、得到与丢失同等价值物品下不同强度的心理反应状态等,都折射着一种人性不可预测的概况,因而就产生了大量的、测不准的“怪诞行为”

再次是众所周知的微观世界“测不准”,这个亚原子世界很难感知,但也严重阻挡人类向微观世界的探索和利用。复杂系统还原到最后,由微观粒子构成。

但是经过20世纪量子革命,科学家发现微观粒子的各种性质只能成对测量,例如,位置和速度无论测量哪一个,都会导致另一个测量不准确。二者的精确性纠缠在一起,不能完全分离。

第三就是宏观复杂的“测不准”。复杂系统涵盖几乎所有人类现象和自然现象,从金融、产业链、互联网、人际关系网,到细胞结构、脑神经网络、生命、生态系统、地球气候、星系团。

复杂系统不同于经典力学的单一线性因果结构,内部元素之间是立体镶嵌结构,结果和原因的位置经常互相纠缠、颠倒、循环,形成混沌。

在复杂系统中,最测不准的要算消费行为。在一个市场经济的时代,每一个特定商品的价格,都是数十亿消费者购买数千万种商品互相作用产生的。

金融市场就是一个复杂系统,所以也经常处在一种不确定状态,很难去精确度量和估计。我们生活在一个真实的世界中,但我们对世界的看法并不是完全符合真实的世界,我们对现实的解释与现实的差别使真实世界中加入了不确定性的元素。在这种情况下,当我们做出任何选择,都会产生一种结果,就像量子世界里的粒子,会与其他粒子的认知产生碰撞。

因为个体掌握的知识始终是有限,对于世界的认识是不可能同时满足真实性、整体性和连贯性的要求,在个体的思维受到现实限制的情况下,个体思维是不足以作出完美的决策,反而容易做出片面、错误的结论,这些不完美甚至是错误的结论会导致不适当的行动,从而影响到与原事件本身发生变化,这就是索罗斯的“反身性原则。

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