關(guān)于自由意志，物理學家和哲學家的觀點有什么不同？丨展卷

提到物理學的作用，自然是探索自然世界的奧秘，但它可能也尋求某些重大問題（不一定是科學問題）的方法，比如意識問題，時間倒流等等。德國物理學家霍森菲爾德時常遇到這些問題，由此她寫下了《存在主義物理學》（Existential Physics：A scientist’s guide to life’s biggest questions）一書。本文即圖回答，物理學是否排除了自由意志存在的可能？自由意志是一個長久以來科學與哲學交融的問題，觀點紛紜，作者給出了自己的見解。

本文經(jīng)授權(quán)節(jié)選自《存在主義物理學》（中信出版社·鸚鵡螺，2023年6月）第六章《物理學是否排除了自由意志存在的可能？》，小標為編輯所加。

撰文︱扎比內(nèi)·霍森菲爾德（Sabine Hossenfelder）

翻譯︱柏江竹

在有關(guān)自由意志的討論中，主要的問題在于哲學家提出了一大堆定義，但是這些定義與非哲學家對自由意志的理解毫無關(guān)系。其實我很想把“哲學家”這個詞換成“普通人”，但這樣可能有些無情，而我不想這么無情，絕對不想。

出于這個原因，我想先在不使用自由意志這個術(shù)語的前提下表述這個問題。目前確立的自然規(guī)則是決定論的，其中伴有量子力學的隨機性。這意味著除了我們無法影響的偶發(fā)量子事件之外，未來是確定的?；煦缋碚撘舶趦?nèi)——混沌規(guī)律仍然是決定論的，只是它們非常難以預測，因為所有結(jié)果都與初始條件高度相關(guān)，一旦初始條件發(fā)生細微的改變，就有可能帶來巨大的變化（比如蝴蝶效應）。

因此，我們的生活并不是豪爾赫·路易斯·博爾赫斯口中 “小徑分岔的花園”，其中每條路都對應著一個可能的未來，而哪條路會成為現(xiàn)實則取決于我們自己（參見圖1）。自然規(guī)律不是這樣運行的。在大多數(shù)情況下，這片花園中其實只有一條路徑，因為量子效應很少在宏觀上表現(xiàn)出來。你今天所做的一切都源自宇宙昨天的狀態(tài)，而昨天的一切又都源于宇宙上周三的狀態(tài)……以此類推，可以一直追溯到大爆炸。

圖1 分岔路徑。自由意志的問題在于，我們無法在岔口選擇方向

但有時隨機的量子事件確實會對我們的生活產(chǎn)生很大的影響。小徑可能每隔一段時間就會分岔，但我們對此毫無發(fā)言權(quán)可言，更沒有任何能做的。量子事件從根本上就是隨機的，不受任何影響，當然也不會被我們的想法左右。

自由意志的定義

正如之前承諾的那樣，我在論述的過程中避開了自由意志這個術(shù)語。接下來讓我們探討一下，“除了我們無法影響的偶發(fā)量子事件之外，未來是確定的”意味著什么。

就個人而言，我只會說這意味著自由意志不存在，然后就此打住。我對此感到滿意，因為自由意志本身就是一個自相矛盾的概念，之前已經(jīng)有很多比我更聰明的人指出了這一點。如果你的意志是自由的，那就不應當有任何事物能引導你的意志。但是如果真是這樣的話，如果自由意志真的是一種“自因”——這是弗里德里?！つ岵商徇^的概念——那么它就不是由你引導的，不論你認為“你”的含義是什么。正如尼采所總結(jié)的，這是“人們迄今為止構(gòu)想出來的最佳之自相矛盾”。我支持尼采。

我認為意志其實是這么一回事：我們的大腦根據(jù)輸入的信息，遵循作用于初始狀態(tài)的方程執(zhí)行計算。這些計算是否基于算法，目前還有待討論，但是我們的大腦皮質(zhì)中并沒有什么神奇的汁液能讓我們凌駕于自然規(guī)律之上。我們所做的只是根據(jù)有限的信息來評估如何做出最優(yōu)決策。決策就是我們評估的結(jié)果，它不需要任何超出自然規(guī)律的東西。我的手機每次都會經(jīng)過計算再決定應該在鎖屏界面顯示哪些通知，顯然，即使沒有自由意志也一樣可以做出決策。

我們可以花很長時間來討論什么樣的決定是“最優(yōu)”的，但這不是物理學的問題，所以不用理會它。重點在于，我們一直都在對輸入的信息做評估，并試圖根據(jù)一些準則來優(yōu)化我們的生活，這些準則中有一部分是大腦中固有的，有一部分則是后天習得的，如此而已。這一結(jié)論并不依賴于神經(jīng)生物學。目前尚未探明我們的決策中有多少是有意識的，又有多少是受大腦潛意識過程的影響，但意識和潛意識之間的區(qū)分與結(jié)果是否確定這一問題無關(guān)。

如果自由意志沒有意義，那么為什么很多人都覺得這描述了他們評估現(xiàn)實的方式呢？因為在思考結(jié)束之前，我們不會知道結(jié)果是什么，否則我們就不用思考了。正如路德維?！ぞS特根斯坦所說：“意志的自由就在于，未來的行動是現(xiàn)在無法意識到的?！彼摹哆壿嬚軐W論》已經(jīng)面世一個世紀了，所以這樣的認識肯定不是什么爆炸性新聞。

問題解決了嗎？當然沒有。

因為一個人完全可以給某個事物下定義，然后就稱其為自由意志。這就是哲學中所謂的相容論，該理論認為自由意志與決定論是相容的，除了我們無法影響的量子事件之外，未來就是確定的，我們對此不需要介懷。在哲學家當中，相容論的支持者占了大多數(shù)。在2009年的一項針對職業(yè)哲學家的調(diào)查中，有59%的人認為自己是相容論者。

哲學家中的第二大陣營是自由意志主義者，他們認為自由意志與決定論是不相容的，并且正是因為自由意志存在，決定論才一定是錯誤的。我不會對自由意志主義著墨過多，因為這與我們所了解的自然不相容。

所以我們就多談談相容論。伊曼努爾·康德形象地將相容論描述為“狡猾的詭計”，19 世紀的哲學家威廉·詹姆斯認為它是“逃避的泥潭”，當代哲學家華萊士·馬特森（Wallace Matson）則稱之為“轉(zhuǎn)移話題謬誤中最華麗的范例”。那么，在除了我們無法影響的偶發(fā)量子事件之外的未來已然確定的情況下，你要如何使得自由意志與自然規(guī)律相容？

若想繼續(xù)推進這一論證，也許你可以稍微改進一下物理學。哲學家約翰·馬丁·費希爾（John Martin Fischer）把這樣做的哲學家稱為“多重過去相容論者”以及“定域奇跡相容論者”。前者認為你的行為會改寫過去的事件；后者則認為，超越自然規(guī)律的超自然事件可以讓你以某種方式避開那些已經(jīng)被證實無數(shù)次的理論所做出的預測。我不會再針對這一問題深入討論下去，因為這本書的內(nèi)容是我們可以從物理學中學到什么，而不是我們?nèi)绾蝿?chuàng)造性地忽視物理學。

在一些沒有太大瑕疵的相容論觀點中，最普遍的觀點是，你的意志是自由的，因為它不可預測——在目前的實踐中完全無法預測，甚至有可能在理論上也是不可預測的。這一立場最突出的代表人物是丹尼爾·丹尼特（Daniel Dennett）。如果你想這樣理解自由意志，那也沒問題，但除了我們無法影響的偶發(fā)量子事件之外，未來依然是確定的。

哲學家熱南·伊斯梅爾（Jenann Ismael）進一步提出，自由意志是自主系統(tǒng)所具備的屬性。她的意思是說，宇宙中不同子系統(tǒng)的行為對外部輸入和內(nèi)部計算的依賴程度的相對比重會有所不同。舉個例子，烤面包機就幾乎沒有自主性——你按下按鈕，它就會做出反應。人類有很高的自主性，因為人的思考可以在很大程度上與外部輸入脫鉤。如果你認為這就是自由意志，那也沒問題，但除了我們無法影響的偶發(fā)量子事件之外，未來依然是確定的。

有相當多的物理學家通過在自然定律中嵌入自由意志來支持相容論。肖恩·卡羅爾和卡洛·羅韋利認為可以將自由意志解釋為系統(tǒng)的涌現(xiàn)性質(zhì)。菲利普·鮑爾最近還對這一觀點給出了一定的補充，認為我們應當借助宏觀概念（包括涌現(xiàn)性質(zhì)在內(nèi)）之間的因果關(guān)系來定義自由意志。

物理學家（包括我在內(nèi)）通常不會討論自由意志是否與決定論相容（這是經(jīng)典的自由意志主義/相容論的劃分），而是在考慮標準詮釋下量子力學隨機性的前提下，討論自由意志是否與自然規(guī)律相容。這兩種劃分方式?jīng)]有什么區(qū)別，因為在量子隨機性中沒有“意志”，但它有時會導致混亂。例如，在被問到人類行為是否由宇宙初始狀態(tài)決定，或是能否根據(jù)完整的信息來預測時，相容論物理學家往往會回答“不”，但是在一些調(diào)查中，這樣的回答將使得他們被劃入自由意志主義陣營。

前面提到，涌現(xiàn)性質(zhì)是指小尺度上的物理細節(jié)被抹平之后，出現(xiàn)在大尺度上的近似描述。圖 2說明了如何利用這一點為自由意志騰出地方。在微觀層面上，路徑（白色線條）是由初始狀態(tài)決定的，也就是說，圖片的左側(cè)是起始位置。但是在宏觀層面上，如果你忘記了初始條件的確切情況，那么只看所有微觀路徑的集合，就能發(fā)現(xiàn)宏觀路徑（黑色輪廓）出現(xiàn)了分岔。

圖2 自由意志如何與物理學相容

上述幾位物理學家的意思就是，如果你忽略了微觀層面上粒子的確定行為，那就無法在宏觀層面上進行預測。岔路口：好耶！當然，這只建立在你忽略了真正發(fā)生的事情的前提下，你也可以那么做，但除了我們無法影響的偶發(fā)量子事件之外，未來依然是確定的。當肖恩·卡羅爾用“自由意志就像棒球一樣真實”來總結(jié)他的相容論立場時，他應該加上“也像棒球一樣自由”。

話雖如此，我還是認為物理學家或哲學家對自由意志的相容論定義并沒有什么太大的問題。畢竟這只是定義，沒有對錯之分，只有有效程度的區(qū)別。但我不認為這種語言上的伎倆能解決普通人（我指的是非哲學家）所擔心的問題。2019 年，一項針對來自21個國家的5000 多名參與者的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，“在不同的文化中，認知反應更強的參與者更有可能認為自由意志與因果決定論不相容”?？磥砦覀儾皇翘焐南嗳菡撜摺＿@就是為什么對我們中的許多人來說，學習物理會動搖我們對自由意志的信念，我同樣如此。在我看來，這才是需要解決的問題。

物理學是否排除了自由意志的可能？

你也能看到，在尊重自然規(guī)律的情況下理解自由意志并不容易。從根本上來說，問題在于，據(jù)我們目前所知，強涌現(xiàn)是不可能的。這意味著一個系統(tǒng)的所有高層級性質(zhì)（宏觀層面上的性質(zhì)）都來自粒子物理所在的低層級。因此，你如何定義自由意志并不重要，它和其他一切事物一樣，都是源自粒子的微觀行為。

因此在我看來，理解自由意志的唯一方法就是，從微觀理論發(fā)端的推導過程在某些情況下由于某種原因出錯了。這樣，強涌現(xiàn)就可以是自然的一種實際屬性，于是我們就得到了真正獨立于微觀物理學的宏觀現(xiàn)象（其中也包括自由意志）。我們現(xiàn)在沒有絲毫證據(jù)表明這種情況確實存在，但是思考一下它需要什么條件是很有趣的。

首先，我們用來求解將微觀與宏觀定律聯(lián)系在一起的方程的數(shù)學技巧并非一直有效。它們通常依賴于某些近似值，可是當這些近似值不足以描述目標系統(tǒng)時，我們就不知道該如何處理這些方程了。這當然是實踐上可能遇到的問題。但就定律的性質(zhì)而言，這個問題無關(guān)緊要。更低層級和更高層級之間的關(guān)系不會因為我們解不出方程而消失。

有兩個案例可以讓我們向著強涌現(xiàn)稍稍走近一步，科學家用其來研究復合系統(tǒng)能否具備計算機無法確定值的性質(zhì)。如果答案是肯定的，那么相對于我們無法掌握計算的技巧而言，這更加能夠說明宏觀現(xiàn)象掙脫了微觀物理的束縛而獲得了“自由”。

這實際上可以證明宏觀現(xiàn)象是無法計算的，但在這兩個案例中，我們都需要兩個無窮大的系統(tǒng)才能完成證明。上述證明思路可以歸結(jié)為，對于一個無窮大的系統(tǒng)，它的某些性質(zhì)無法在有限時間內(nèi)通過經(jīng)典計算機計算出來。但是，我們在現(xiàn)實中不會遇到這樣的情況，因此這對自由意志毫無幫助。

然而，從微觀物理推導宏觀行為的過程也可能由于其他原因而出錯?？赡苁俏覀冊谟嬎氵^程中遇到了一個奇點，而無論在實踐上還是在理論上，我們都無法越過這個奇點繼續(xù)進行計算。這不一定會又一次帶來與無窮大相關(guān)的問題，因為在數(shù)學中，奇點并不總是意味著有什么東西變成了無窮大，它只是一個函數(shù)在此不連續(xù)的點。

我們目前沒有理由認為我們宇宙的微觀物理當中的確存在這種現(xiàn)象，但如果我們對數(shù)學的理解可以更深一層，情況也許就不一樣了。因此，如果你想要信奉自由意志是由獨立于基本粒子的自然規(guī)律所支配的，那么在我看來，在推導宏觀物理規(guī)律的過程中遇到奇點是最合理的解釋。雖然可能性不大，但這與我們目前所知道的一切相容。

美國科學作家約翰·霍根（John Horgan）稱我為“自由意志的否認者”，現(xiàn)在你可能知道他為什么要這么說了。但我絕對不會否認很多人都認為他們擁有自由意志。然而，我們也會覺得當下這一時刻具有特殊性，而前文已經(jīng)清楚地揭示了，這是一種錯覺。如果只聽從自己的直覺，那我會認為圖 12 中的水平線并不平行。要問我從基礎(chǔ)物理學的研究中學到了什么的話，那就是人不能任由直覺支配自己的想法。僅憑直覺不足以推斷出自然運作的規(guī)律。

圖 3咖啡館墻錯覺。圖中的水平線是平行的

雖然我們的大腦有其局限性，但是毫不夸張地說，我們?nèi)祟愒谔剿髯匀灰?guī)律方面做得相當不錯。畢竟，我們已經(jīng)可以理解“現(xiàn)在”是一種幻覺，而且可以充分利用我們的大腦，可以對圖 3中的線條進行精確的測量，從而說服自己它們確實是平行的。雖然它們看上去仍然不平行，但你已經(jīng)知道了它們是平行的。我認為我們應該以同樣的態(tài)度來對待自由意志：拋開我們的直覺感受，遵從理性得出的結(jié)論。你仍然會覺得自己擁有自由意志，但你心里清楚，自己實際上只是由神經(jīng)處理器所運行的一套復雜的計算。

但我并不是要向你傳教。正如我之前所說，自由意志是否存在，完全取決于你如何定義它。如果你更喜歡相容論者對自由意志的定義，并且想要繼續(xù)在這個意義上使用這一術(shù)語，那也沒問題，科學并未對此表示反對。因此，我們現(xiàn)在可以回答本章標題的問題了。物理學是否排除了自由意志存在的可能？沒有，它只是排除了某些關(guān)于自由意志的觀點。因為就我們目前所知，除了我們無法影響的偶發(fā)量子事件之外，未來是確定的。

那我們要怎么應對這一結(jié)果呢？很多人會這樣問我。在我看來，問題在于，我們中的很多人在成長的過程中一直以直覺來看待我們做出決策的機制，但當這些天真的想法與我們所學的物理知識發(fā)生沖突時，我們必須及時調(diào)整自我認知。這絕非易事，但是有幾種方法可以解決這個問題。

最簡單的方法就是利用二元論。該理論認為，心靈是非物質(zhì)的東西。如果你愿意采納二元論的觀點，那你可以把自由意志當作自己靈魂的屬性，這是一種無關(guān)乎科學的概念。只要非物理組分與物理組分不發(fā)生相互作用，那么這種屬性就是與物理相容的，但二者一旦發(fā)生相互作用，它就與我們所掌握的證據(jù)相沖突——它就成了物理概念。因為我們大腦中用來做決定的顯然是物質(zhì)的那部分，所以我不知道信奉非物質(zhì)的自由意志會有什么好處，但這不是二元論要面臨的新問題，至少它不是錯誤的。你也可以利用我剛剛詳細介紹過的微觀物理中的小漏洞。不過我懷疑，如果你告訴別人，你認為自由意志真實存在是因為 “重正化群方程可能會遇到一個本質(zhì)奇點”，那么你身上的“極客”標簽估計就摘不掉了。

我個人認為，應對無法改變未來這一事實的最佳方法就是重新定位我們自己在宇宙歷史中所扮演的角色。無論是否具有自由意志，我們都存在著，因此我們很重要。但是我們的故事將會幸福還是悲傷，我們的文明將會繁榮還是衰落，我們將會被銘記還是遺忘——這些我們還不知道。與其認為是我們自己在選擇可能的未來，我覺得倒不如對未來的事情保持好奇，并且盡全力去更加全面地認識我們自己以及我們所居住的宇宙。

作者／譯者簡介

作者：扎比內(nèi)·霍森菲爾德（Sabine Hossenfelder）：德國物理學家、作家，擁有數(shù)學學士學位和物理學博士學位，德國慕尼黑數(shù)學哲學中心外部成員，主要研究方向是基礎(chǔ)物理學，并致力于科學傳播，YouTube著名創(chuàng)作者。

譯者：柏江竹：中國科學技術(shù)大學科技傳播系科技哲學專業(yè)博士研究生。譯著有《萬物原理》《萬物認知指南》《極簡天文學》《物質(zhì)是什么》《時間的邊緣》等，譯作《極簡天文學》曾獲評為“全國優(yōu)秀科普作品”。

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