在人类不断理解宇宙的过程中，在1687年出现了一个高潮，当时艾萨克·牛顿发表了他的《原理》（Principia），阐明了万有引力定律和三大运动定律。牛顿第二定律将施加给一个孤立系统（例如，滚动在绿色桌子上的一个台球）的力与它的加速度（即与其变化的速度）联系起来。这条定律有着意义深远的影响，因为它暗示在任何特定时刻构成一个实体的所有组分的位置和速度以及它们之间的力，不可改变地会决定那个实体的命运，即它未来的位置和速度。没有其他事物介入，没有任何其他事物是必需的。这个系统的命运是密封的，直到时间的尽头。 这个定律的“强制命令”适用于整个星空：从树上落下的苹果，绕地球运转的月球轨道或者环绕银河系中心的数以亿计的恒星，牛顿定律支配着宇宙中的一切。如果我知道这些力和系统的当前状态——物理学家用以说明系统的所有组分的精确位置和速度的速记，那么我就能告诉你在未来任何时间点上那个系统的状态。 这是决定论的精髓。当行星围绕太阳在其轨道上运行时，只要作用于它们的所有力都被恰当地计算在内，它的质量、位置和速度完全决定了从现在到1000年、100万年、10亿年后它们的位置。如果宇宙被视为一个整体，那么牛顿定律也会占据支配地位。人们可以在法国数学家皮埃尔·西蒙·德·拉普拉斯（Pierre Simon de Laplace）那里找到这个概念跳跃的最雄辩的支持者，他于1814年写道： 我们可能将宇宙的现在状态视为其过去的结果和其未来的原因。如果一位智者在某个特定时刻知道使自然处于运动的所有力以及知道构成自然的所有成分的位置，并且如果他还有足够的能力分析这些数据，那么他能将宇宙中的最大物体和最小原子的运动纳入一个单一的公式中；对于这样一位智者，没有什么是不确定的，而未来就像过去一样呈现在他的眼前。 宇宙，一旦处于运动中，就像一个钟表装置，不可阻挡地按其路线运行。对于一个无所不知的超级计算机，未来昭然若揭。不存在超出物理定律规定之外的任何自由。你对付内心恶魔的所有努力，不论好坏，都是零。当宇宙一开始被上好发条时，你未来行动的结果已被规定了。 11世纪波斯的天文学家、数学家和诗人莪默·伽亚谟（Omar Khayyam）在他的《鲁拜集》（Rubaiyat）中坦率地写道： 人称天宇即是覆碗， 我们匍匐在此生死， 莫举手去求它哀怜—— 它之无能犹如你我。 在19世纪的最后十年，人们发现宇宙这个巨大机器并非如预想的那样是可预测的，其中的第一个发现来自法国数学家昂利·彭加莱（Henri Poincaré）。不论真伪，数字计算机揭示了确定性混沌，这个发现彻底粉碎了“未来是可精确预测”的观念。气象学家爱德华·洛伦茨（Edward Lorenz）在描述大气运动的三个简单方程式时发现了确定性混沌。当他从只有微小差异的初始值开始时，计算机程序预测的解却相差很大。这是混沌的标志：方程式初始点中的无限小的扰动会导致极其不同的结果。洛伦茨杜撰了“蝴蝶效应”这个术语，用它来表示这种对初始条件的极端敏感性：蝴蝶翅膀在大气中的煽动所产生的涟漪，人几乎感觉不到，但最终却在别的地方改变了龙卷风的路径。 股票市场是混沌系统的一个好例子。轻微的扰动——一个关于董事会议室冲突的流言或遥远地区的一次罢工——能够以不可预测的古怪的方式影响公司股票的命运。混沌也是精确的长期的天气预报无法实现的原因。 牛顿和拉普拉斯将宇宙视为钟表装置，用以描述这种宇宙装置的典型学科是天体力学。行星庄严地穿越引力测地线，它们的运动是由形成太阳系的星云通过最初旋转推动的。因此，当20世纪90年代计算机建模证明冥王星有一个混沌轨迹而这个轨迹具有数百万年的发散时间时，这个意外让人极为震惊。天文学家不能确定从现在起1000万年后冥王星（相对于地球的位置）是在太阳的这一边还是在那一边！ 如果这种不确定性适用于有着相对简单的内部构成的行星——它在一个单一力（引力）的作用下运行于真空中——那么对于人、小的昆虫或一个精巧的神经细胞（它们都是由不可尽数的因素影响的实体）的可预测性而言，这又意味着什么呢？ 考虑一下，将数百个基因完全相同的一群果蝇放在塑料管中，让它们一起处于12小时光亮-黑暗循环的环境中孵化和发育。即使在控制良好的实验室条件下，果蝇的行为也是变化不定的。实验者将果蝇放进迷宫，当它们接近一个分叉点时，一些果蝇去了左分支，一些去了右分支，还有一些转过身，掉头回去了，其他果蝇待在原地，无法决断。未来的生物学家将能够预测在这类情况下果蝇种群的行为，可是要预测任何个体果蝇的选择，你会发现这如同预测一只股票的命运那样不可能，因为相同的根本原因，即确定性混沌。 然而，蝴蝶效应并没有使自然的因果律失效，它继续主宰着自然世界。行星物理学家并不十分确定从现在起冥王星在久远的未来会处在什么位置，但是他们确信它的轨道始终完全受重力束缚。混沌所瓦解的东西不是行动和反应的链条，而是可预测性。即使我们无法确定一周后分针和时针将指向哪里，但是宇宙仍然是一个巨大的钟表装置。 对生物学来说也完全一样。任何细胞器，诸如细胞的一个突触或细胞核，都是由悬浮于水溶液中的极其大量的分子组成。这些分子以一种无法精确理解的方式不断地彼此推挤和到处运动。为控制这个热运动，物理学家依靠概率论这个工具。可是分子过程的随机性不是由微观尺度上决定论的瓦解导致的。不，因为一些实际的原因，要追踪极大量分子的运动是不可能的。在经典物理学定律下，毋庸置疑，如果给定所有分子的力、初始位置和速度，那么它们的未来状态将无情地遵循这些定律。 记住我的话：如果坚持物理决定论，那么就没有笛卡尔式的自由。宇宙中发生的一切，包括你的所有行为，是与生俱来的，所有事件都是预先注定的。你注定会观看专门因为你的兴趣而播放的电影，并且这种情况会持续一生。这个导演，即这些物理定律，对你恳求改变某单一场景的请求充耳不闻。