1.经典力学的确定性与不确定性理论

17世纪末，英国科学家牛顿综合天上力学和地上力学，开创了统一的力学体系——经典力学。经典力学体系的建立是科学形态上的重要变革，标志着近代理论自然科学的诞生，并被认为是整个自然科学的基础，自然科学的规律最终都会归纳到力学定律中几乎成为共识。牛顿经典力学理论的成功导致了科学决定论。19世纪初，法国科学家拉普拉斯侯爵正式提出：给出宇宙在一个时刻的状态，即如果我们知道在某一时刻宇宙中所有粒子的位置和速度，则定律的完备集合就能完全预言宇宙在过去或将来任何时刻的状态。^[1]经典力学和科学决定论对科学发展的进程以及人类生产生活和思维方式都产生极其深刻的影响，人们往往将科学思维与经典力学思维等同起来。

经典力学适用于宏观物体和低速物体的力学研究，宏观和微观的界线在于原子层面，高速和低速的界线在于近光速层面，且经典力学里的物体能量是连续的。经典力学体系的三大特征是连续性、确定性和因果性。确定性理论认为：如已知物体初始运动状态及所受的力，应用牛顿定律可以确定运动物体任意时刻的运动状态和确定的运动轨迹，初始运动状态的微小变化只能引起运动轨迹的微小变动。即如果我们得知某一物体某一时点的确切状态，就可以完整、客观地描述其过去和未来。

长久以来人们认为牛顿经典力学可解释的问题是线性的和确定性的，并不能解释自然界普遍存在的非线性和不确定性问题。但20世纪中叶在世界范围广泛兴起的混沌研究表明，确定性的系统可以拥有内在随机性，只要确定论的系统稍微复杂些，就会表现出随机行为，存在混沌现象。混沌是一种有界的、回复性的、非周期运动，它由确定性规则（方程）生成，对初始条件具有敏感依赖性。混沌研究揭示了牛顿经典力学本身也具备不确定性。^[2]

2.量子力学的不确定性原理与测不准原理(www.daowen.com)

量子力学与相对论是公认构成现代物理学的两大理论基础。虽然混沌研究表明不确定性首先出现在经典力学而非量子力学，但不确定性原理是在量子力学领域被明确提出的。由于19世纪末，经典力学在描述微观系统时的不足越来越明显，20世纪初由马克斯·普朗克、尼尔斯·玻尔等一大批物理学家共同创立了量子力学。相对于经典力学适用于解释宏观物体和低速物体，量子力学是对微观物体和高速物体的力学研究，量子力学中物体的能量不连续，成跳跃性。量子力学的三大特征是不连续性、不确定性和不因果性。

不确定性原理和测不准原理是德国物理学家海森堡在1927年提出的。在量子力学里，不确定性原理表明，粒子的位置与动量不可同时被确定，位置的不确定性与动量的不确定性遵守不等式。这个不确定性来自两个因素：首先，测量某东西的行为将会不可避免地扰乱那个事物，从而改变它的状态；其次，因为量子世界不是具体的，但基于概率，精确确定一个粒子状态存在更深刻更根本的限制。海森堡的测不准原理是通过一些实验来论证的。比如，用将光照到一个粒子上的方式来测量粒子的位置和速度，要想测定一个量子的精确位置，就需要用波长尽量短的波，但波长越短对这个量子的扰动也会越大，对它的速度的测量也会越不精确；想要精确测量一个量子的速度，就要用波长较长的波，但那样就不能精确测定它的位置。^[3]不确定性原理和测不准原理表明，不管我们得到多少信息，也不管我们计算能力有多强，物理测量的结果都不能毫无疑问地被确定。此外，数学家哥德尔在1931年证明了著名的有关数学本性的不完备性定理：在任何公理化形式系统中，总有在定义该系统的公理的基础上既不能证明也不能证伪的问题。换言之，存在用任何一族规则或者步骤都不能解决的问题。^[4]

物理学的不确定原理和数学的不完备性定理，形成了科学知识的局限性的核心，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。”不确定性原理表明世界是不确定的，不确定性原理在量子力学领域提出后便迅速向哲学社会科学领域渗透，逐渐形成了基于不确定性哲学的不确定性世界观。