我们能准确地预测到将来会有什么发生在我们身上吗？
“简短的回答既是否定的，也是肯定的。在原则上，定律允许我们预测未来。但在实践中，通常计算都太难了。”
《十问：霍金沉思录》
在古代，世界似乎非常任性。诸如洪水、瘟疫、地震或火山等灾害似乎总在没有任何警告或明显原因的情况下发生。原始人将这种自然现象归咎于众神，他们的行为既反复无常，又异想天开。没有办法预测他们会做什么，唯一的希望是通过礼物或行动赢得其青睐。
然而，人们一定渐渐地注意到自然行为的某些规律性。这些规律在天体穿越天穹的运动中最为明显。所以天文学是第一门被发展的科学。300多年前，正是牛顿给予它坚实的数学基础，而我们仍然使用他的引力理论预测几乎所有的天体运动。跟随天文学的例子，人们发现其他自然现象也遵守明确的科学定律。这就导致了科学决定论的思想，这个思想似乎首先是由法国科学家皮埃尔-西蒙·拉普拉斯公开表达的。
拉普拉斯
拉普拉斯说，如果我们知道宇宙中的所有粒子在某一时刻的位置和速度，那么我们就能够计算出它们在过去或将来任何其他时刻的行为。
拉普拉斯时代以来，宇宙在一个时刻的状态确定其他所有时间的状态的思想一直是科学的中心信条。这意味着我们至少在原则上可以预测未来。然而，在实践中，我们预测未来的能力受限于方程的复杂性以及它们通常具有称为混沌的属性这一事实。正如那些看过《侏罗纪公园》的人都知道，这意味着一个地方的微小干扰会导致另一个地方发生重大变化。一只蝴蝶在澳大利亚扇动翅膀会导致在纽约中央公园的大雨。麻烦的是，它不可重复。下一次蝴蝶拍翅膀时，其他很多东西会有所不同，也会影响天气。这种混沌因素是天气预报如此不可靠的原因。
尽管存在这些实际困难，科学决定论仍然是整个19世纪的正式教条。然而，在20世纪，有两项发展表明拉普拉斯对未来的完整预言的观点无法实现。其中第一项发展是所谓的量子力学。
1927年，另一位德国物理学家沃纳·海森伯才指出，你无法同时准确地测量粒子的位置和速度。要看到粒子的位置，人们就必须把光线照射在它上面。但是根据普朗克的研究，人们不能使用任意少量的光。一个人必须使用至少一个量子。这将扰乱粒子并以不可预测的方式改变其速度。要准确测量粒子的位置，你必须使用短波长的光，如紫外线、X射线或伽马射线。但是，还是根据普朗克的研究，这些形式的光的量子比可见光的能量更高。因此它们会更多地扰乱粒子的速度。这是一个绝望的情况：你越准确地测量粒子的位置，你就越不能准确地知道速度，反之亦然。这被概括为海森伯制定的不确定性原理：粒子位置的不确定性与速度的不确定性的乘积，总是大于普朗克常数与2倍粒子质量的商。
拉普拉斯科学决定论的观点涉及知道粒子于某一瞬间在宇宙中的位置和速度。所以它被海森伯不确定性原理严重破坏。当一个人不能同时准确测量粒子此刻的位置和速度时，怎么能预测未来？不管你有一台多么强大的电脑，如果你把糟糕的数据输入，你就会得到糟糕的预测。
海森伯、奥地利的埃尔温·薛定谔和英国物理学家保罗·狄拉克提出了一种新的理论——量子力学。虽然量子力学已经存在了将近70年，但它仍然没有得到普遍理解或欣赏，即使是那些使用它进行计算的人也如此。然而它应和我们所有的人都有关，因为它完全不同于物理宇宙和现实本身的经典图景。在量子力学中，粒子不具有明确的位置和速度。相反的，它们由所谓的波函数表示。这是在空间的每一点的一个数。波函数的大小给出了在该位置找到粒子的概率。波函数从点到点的变化率给出了粒子的速度。人们可以拥有在一个小区域取极大峰值的波函数。这将意味着在此位置不确定性很小。但是波函数在靠近峰顶会变化很大，一边向上，另一边向下。因此，速度的不确定性将很大。同样，人们可以拥有波函数，其速度的不确定性很小，但位置的不确定性很大。
波函数包含人们能够知道的关于粒子的一切，包括其位置和速度。如果你知道某一时刻的波函数，那么根据所谓的薛定谔方程就知道它在其他时刻的值。因此，人们仍然拥有一种决定论，但它不是拉普拉斯设想的那种。我们可以预测的全部只是波函数，而不能够预测粒子的位置和速度。这意味着，我们只能预测到根据19世纪的经典观点预测的一半。
当我们试图预测位置和速度时，虽然量子力学导致了不确定性，它仍然允许我们确切地预测位置和速度的一种组合。但是，即使是这个程度的确定性似乎还受到更新近的科学发展的威胁。问题的出现是因为引力可以把时空弯曲到某种程度，以至存在我们观察不到的空间区域。
这些区域是黑洞的内部。这意味着即使在原则上我们也不能观察到黑洞内的粒子。所以我们根本无法测量它们的位置或速度。那么就存在这是否会引入比在量子力学中发现的更进一步的不可预测性的问题。
总结一下，拉普拉斯提出的经典观点，如果人们知道某一时刻粒子的位置和速度，那么它的未来运动是完全确定的。当海森伯提出了他的不确定性原理之后，这种观点必须加以修改。该原理说，人们无法同时准确知道位置和速度。然而，仍有可能预测一个位置和速度的结合。但是如果考虑到黑洞，甚至这种有限的可预测性也可能消失。
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