98 一切都是注定的吗：机械宇宙观

牛顿被认为是历史上最伟大的物理学家之一，他最重要的贡献就是三条力学定律和万有引力定律。

牛顿第一定律描述的是，一个物体在不受外力的情况下，要么处于静止状态，要么处于匀速直线运动状态。牛顿第二定律描述的是，一个物体的加速度与它质量的乘积，等于其受到的外力。牛顿第三定律描述的则是，一个施力物体作用一个力在另外一个受力物体上的同时，会受到一个大小相等、方向相反的力。

这三条定律是无法被证明的，它们实际上都是“原理”。所谓原理，是那些不证自明的规律，是无法从逻辑上进行演绎证明的，只能通过实验去验证。这些原理都是通过归纳法总结得出的。

其中，牛顿第二定律的影响是极其深远的。因为由牛顿第二定律出发，可以引出“机械宇宙观”。机械宇宙观认为，宇宙当中的一切都是注定好的。我们可以抽象地认为万事万物都是由一些极小的粒子组成的。而宇宙的状态，无非就是所有粒子在每个时刻的速度快慢和坐标位置。只要知道一个粒子的速度，我们就能知道它下一秒会向什么方向移动多少距离。而知道了粒子的位置，我们就可以通过它的速度算出它下一秒的坐标在哪里。因此，原则上只要知道了某一个时刻宇宙中所有微观粒子的位置和速度，我们就说这个宇宙在这个时刻的状态，是完全确定的。

F=ma

牛顿第二定律可以进一步帮我们算出，随着时间的推演，宇宙中所有粒子将会如何运动。前面我们已经论述，只要知道所有粒子的位置和速度，就能预知它们下一时刻会怎么变化。但是速度会根据粒子的受力情况而发生改变。牛顿第二定律告诉我们，粒子的加速度正比于它所受的外力。所谓加速度，就是随着时间的流逝，速度如何改变，是速度相对时间的变化率。所以，知道了粒子的受力，就能算出它们的加速度。算出了加速度，就能知晓粒子的速度如何随时间变化，从而就知道粒子的位置如何随时间变化。由此，根据牛顿第二定律，我们只要清楚某个时刻宇宙中所有粒子的位置和速度，就能算出以后所有时间中这些粒子的位置和速度会如何变化。也就是我们能够预测出今后宇宙究竟会如何变化，这就是机械宇宙观。

牛顿第二定律，开启了物理学的定量时代，或者说开启了整个物理学的进程。但机械宇宙观其实到了量子物理时代就被轻易地推翻了，因为量子力学当中有不确定性原理，它告诉我们，在微观层面上，基本粒子的位置和速度是无法同时确定的。也就是宇宙的未来并非确定的，它与我们对粒子的探测紧密相关。

但是在经典物理层面，在相对宏观的尺度下，牛顿第二定律是十分准确的，原则上，它确实可以预测宏观力学系统的所有行为。