我們孤身一人，抑或和萬物共舞_風聞

　　哲學上關於自由意志的探討已經持續了很久，當我們把目光放在物理學上的時候也會出現類似的問題。今天給大家帶來的平行宇宙系列的第四篇（前幾篇的傳送門），關於量子力學給我們帶來的“宇宙究竟是如何運轉”的思考。

　　週五晚上11點，我正打算寫一篇關於自由意志的文章。我做這件事是基於我的自由意志嗎？雖然我交稿的時間馬上就到了——而這讓我很困擾，但是我仍然認為我是具有自由意志的，我當然也可以和我的朋友一起去酒吧喝上一杯。

　　大部分人大概都會同意我的觀點。除了患有精神疾病的人，我們中的大多數都認為可以按照自己的意願行事。我們的道德體系，我們的法律體系和我們的文化都建立在自由意志存在的基礎上。

　　宇宙不就像一個巨大的時鐘一樣在運轉嗎？

　　但是經典物理學卻不這麼認為。1687年，艾薩克•牛頓發表了他的運動定律，這些定律描述了從粒子到行星的所有物體在運動中所要遵循的規律。它可以準確的預測物體受到推動後的運動狀態。如果沒有任何推動，那麼物體將保持原有的運動狀態不發生改變。所有結果都有它發生的原因，所有的原因都會導致相應的結果。

　　牛頓的偉大成就導致了這樣一種觀點（最早由拉普拉斯提出）：整個宇宙的運行像是一個巨大的鐘表。“如果在某一時刻知道了宇宙中所有物體的運動狀態，同時你也知道作用在整個系統上的力，那麼宇宙的未來就是唯一確定的，”劍橋大學的物理哲學家傑米·巴特菲爾德説到。“系統的初始狀態和作用在系統上的力決定了未來的一切。”如果你認同我們是物質實體的一部分，那也就意味着我們的未來是確定的。那也就意味着自由意志是不存在的，我們也不需要什麼道德責任。

　　命中註定卻又不可預測

　　當你第一次接觸決定論時，你也許會覺得它很荒謬，但它已經深入到科學之中。它曾經擁有，現在仍擁有很多著名的擁護者。愛因斯坦就是其中之一，他以非常巧妙的方式提出了這樣的觀點：“一切事物的開始和結束都是由我們無法控制的力量決定的。它既決定了昆蟲的命運，也決定了星星的命運。人類，蔬菜乃至宇宙塵埃都伴隨着神秘的曲調起舞，這曲調來自於遠處一個看不見的風笛手。”

　　宇宙像時鐘一樣運轉的觀點追溯到艾薩克•牛頓的運動定律

　　但是決定論並不像它最初出現時那樣可怕。實際上，任何人都不可能精確地計算出宇宙的未來。要做到這一點，首先你需要精確掌握整個宇宙當前狀態。**但是，即使對這些初始條件的測量存在極小的誤差，很快預測結果就會偏離系統的真實狀態，這就是著名的蝴蝶效應。**即使整個宇宙中只有三個粒子，準確預測它們的運動狀態都是不可能的。

　　更重要的是，想要計算出未來的狀態一定要將我們自身包含進去。如果我根據一組初始條件計算出你接下來要做什麼，那麼揭示這些信息的行為將會讓我的計算失效。告訴你説你接下來要喝一杯咖啡，而這就會改變你的大腦狀態，從而改變初始條件。如此我就需要重新計算，結果可能會非常不同。

　　那麼，如果我們並不能獲取關於未來的任何知識，那麼未來一切都是確定性的嗎？大自然讓我們對自由意志有強烈的感知，可能這正是我們想要善待他人的基礎。由於互利比互害更加有利於社會的發展，自由意志可能是通過自然選擇進化出來的幻覺。史蒂芬·霍金認為，我們關於自由意志的概念形成了一個很好的“有效理論”（例如，見他的書《黑洞和嬰兒宇宙》）。即使一切在現實中都是預先確定的，自由意志的幻覺對我們來説已經足夠好了，那麼為什麼不就此接受它呢？

　　量子隨機性

　　如果這些還是讓你感到不太滿意，你也許會很高興聽到牛頓力學並不是真理。二十世紀初期產生了量子力學，這是一個非常難理解和反直覺的理論。它的結果之一是在微觀尺度上存在本徵的不確定性。這件事還是另一件事發生是無法被預測的。

　　“假設有一個粒子，你把它放在磁場中，它將會在A或B處出現，”數學家約翰·康威説。康威正在設想一個實驗，比如斯特恩-格拉赫實驗，在這個實驗中，磁場改變了電子的路徑。“即使你知道粒子在哪裏，磁場強度是多少等等，你也只能預測粒子出現在某處的概率。一個粒子可以沿着路徑A或路徑B運動，它到達A的概率是2/3，到達B的概率是1/3。如果你不相信我，你可以重複實驗1000次，你會發現669次，它在A處，331次在B處。”

　　這種自然內稟的隨機性給決定論畫上了句號。但這是否為自由意志爭取到了生存空間？“我們必須非常謹慎，”維也納大學物理學教授安東·蔡林格説到，“不確定性意味着找不到足夠的原因來充分解釋一個事件。”但沒有充分的原因並不意味着我們具有自由意志。不管你是因為命中註定，還是因為你大腦中的某個隨機事件要去殺人，你都無法自由支配自己的行為，你可以因此免罪。這裏假設了量子領域的隨機事件實際上可以影響你的大腦，這一説法目前還存在爭議。

　　蔡林格本人是維也納大學的物理教授

　　一個事件缺少物理原因並不意味着背後沒有其它的非物理原因。正如勒內·笛卡爾和卡爾·波普爾所描述的那樣，一個完全脱離物理實在的人類思維，會是導致隨機性發生的根本原因嗎？“有人可能會説，不確定性和我們只能對平均值做預測的事實表明還有一些人們沒有注意到的原因存在。”，蔡林格説。“這完全是猜測，但在邏輯上是可能的。”

　　然而，這種方式可以賦予心靈的自由也是非常有限的：它可能會以這種或那種方式影響某個獨立事件的結果，但對於多個事件，它無法在不違反物理定律的前提下改變事件發生的概率。如果你像上面描述的那樣做了很多實驗，2/3的粒最終到達A處，1/3最終到達B處。

　　觀察者的作用

　　然而，隨機性並不是量子物理的全部。它也揭示觀測與物理現實之間的神秘聯繫。海森堡著名的測不準原理指出，粒子的某些物理特性之間可能是相互排斥的。位置和動量就是一個例子。當沒有人觀測時，粒子不具有特定的的位置和動量。相反，它存在於鬼魅般的疊加態中，它可以同時處於不同的位置並具有不同的動量。只有當你對粒子的動量或者位置進行測量時，動量或位置才會塌縮到某個固定的值上。如果你測量一個粒子的位置，它會告訴你粒子的精確位置。如果你測量它的動量，你也會得到一個精確動量。只是你不可能同時做到這兩件事。

　　1933年的維爾納·海森堡

　　這表明，如果世界上真的存在自由，即你或粒子的行為都不是由宇宙過去的歷史預先決定的，那麼這種自由有兩種形式。”一種是我有選擇做哪個實驗（測量位置或動量）的自由，另一種是大自然擁有展現它想展現的結果的自由——這就是大自然的隨機性，”蔡林格解釋説。“從某種意義上説，這兩種自由是殊途同歸的。這是大自然的一個迷人的特徵。”

　　然而，我們完全不清楚測量過程是如何導致一個疊加態塌縮到特定的狀態上的——這就是著名的量子力學測量問題。一些物理學家，例如尤金·維格納和約翰·馮·諾依曼，提出了塌縮是由物理世界外的意識引起的，這又回到了笛卡爾提出的心物二元論。但這種理解頗具爭議。根據巴特菲爾德的説法，這些理論“具有令人愉悦的模糊感和神秘感，但完全是不可信的”。而它們對於自由意志的確切含義更是無能為力。

　　多重世界？

　　然而，量子力學還有另一種解釋，它不需要引入塌縮這一概念。根據休·埃弗雷特在20世紀50年代首次提出的多世界理論，每進行一次測量，世界就會分裂成幾個分支。每一個平行世界對應一個可能的結果。當你決定是右轉還是左轉時，宇宙立即一分為二。在一個世界種你會右轉，在另一個世界中你會左轉。

　　那麼，自由意志存在嗎？

　　儘管物理學在過去100多年裏取得了巨大的進步，但它並沒有為關於自由意志的問題提供答案。即使是量子不確定性也不能完全否定決定論。量子效應發生在微小的尺度上，它們是否能以一種有效的方式影響宏觀世界是有爭議的。

　　正如康威所指出的，我們總有可能生活在“第二次重播的宇宙（second time around Universe）”中。第一次，量子事件可能是隨機的，人們的選擇可能是自由的，但如果我們生活在重播中，那麼一切都會以完全確定的方式發生。“最終，一個完全確定的世界與量子力學並不矛盾。”蔡林格説，“任何一種解釋都是猜測，所謂事物具有確定性的本身猜測，當然隨機性也是猜測。這是一個懸而未決的問題。”

　　但蔡林格也指出，那些聲稱沒有自由意志的人通常不會遵循他們的信仰。”當我年輕的時候我參加過一個會議，有人聲稱沒有自由意志，一切都是決定的。所以我站起來在300人面前侮辱了他。他生氣了，我用一種非常安靜的聲音説：“你為什麼生氣，我別無選擇！”

　　蔡林格説得有道理。除了固執的科學家，我們大多數人認為決定論是一種很難下嚥的藥丸。接下來的問題是，我們能否解釋人類的意志怎樣在不違反物理定律的情況下影響物理世界的變化。

　　作者：Marianne Freiberger

　　翻譯：Nothing

　　審校：C&C

　　原文鏈接：

　　https://plus.maths.org/content/freedom-and-physics