從物理學(xué)上看，自由意志到底是個什么東西？

最近，哥倫比亞大學(xué)物理學(xué)家格林（Brian Greene）出版了新書《直到時間盡頭》（Until the End of Time），正如副標(biāo)題“精神，物質(zhì)，以及在不斷進(jìn)化的宇宙中尋找的意義”所示，他在從大爆炸開始的時間之旅中，牟尋著物理學(xué)上的意義，并把萬物出現(xiàn)和演化歸因到了某種更底層的決定論思想中。本文作者也為格林的新書寫了推薦語，但許多觀點仍不茍同，尤其是關(guān)于“自由意志”。在他看來，物理學(xué)不能也不必解釋自由意志，而自由意志也超越了物理學(xué)。

撰文｜Philip Ball

編譯｜董唯元

自由意志（free will）一直是物理學(xué)家們難以面對的謎題。在物理學(xué)中，所有事件都必然分毫不差地遵從確定性演化規(guī)律，即使披著概率外衣的量子理論和熱力學(xué)，其核心本質(zhì)仍然是完完全全的決定論思想，根本無法兼容任何自由意志的存在。著名理論物理學(xué)家布萊恩·格林在他新出版的科普著作《直到時間的盡頭》（Until the End of Time）中談到，“我們的選擇之所以看起來是自由的，是因為我們尚無法參透自然法則中那些深奧的偽裝，我們的感知也無法真實觸及基本粒子的物理運動。”格林的見解似乎可以解讀為：我們只是幼稚地感覺到，似乎相同條件下存在不同的選擇和后果，但那種能夠插手物理世界實際運行過程的神秘力量，我們其實并不具備。

許多物理學(xué)家都與格林抱持類似的觀點：所謂自由意志，只是我們在談?wù)撓袢祟愋袨檫@種“高階事件”時，所使用的一種虛幻概念，事實上我們并不能真正阻止任何將要發(fā)生的事情。作為毫無決定權(quán)的看客，我們能做的，只是在自由意志這種精神暗示籠罩之下，煞有介事地繼續(xù)思考和踐行。這幅圖景也許對你有用，也許沒用。不過按這種理解，其實有用或沒用，也都變得無所謂了。

然而，那些基于決定論思想的物理法則，真的可以否定自由意志嗎？我認(rèn)為這方面的許多爭論都陷入了誤區(qū)，而且是在出發(fā)點上就陷入誤區(qū)。引用泡利的話來說，it’s not even wrong。許多爭論之所以發(fā)生，就是源于對因與果之間的聯(lián)系沒有認(rèn)清，卻又將物理學(xué)概念過度泛化。這種泛化已經(jīng)超出了科學(xué)界限，成了純粹形而上的臆想。物理學(xué)本就不該被用來裁斷那些其適用范圍以外的事物。

傲慢與荒誕

公元前4世紀(jì)晚期，希臘哲學(xué)家伊壁鳩魯就曾經(jīng)試圖調(diào)和人的行動自由性與德謨克利特的原子假說之間的矛盾。在原子假說中，世界由原子構(gòu)成，而原子的運動始終被不變的規(guī)律支配著。伊壁鳩魯猜測，也許那些原子在運動過程中會發(fā)生隨機(jī)的變化，從而偏離確定性的束縛，這樣就可以在某種程度上避免僵化的宿命。如果這些先賢的觀點未能使你信服，那么來自當(dāng)代物理學(xué)的新近認(rèn)知也未必會令你滿意。經(jīng)典動力學(xué)中的混沌現(xiàn)象，說明準(zhǔn)確預(yù)測未來是一件事實上不可能完成的任務(wù)，但是演化過程絕對是確定性的。量子測量中的波函數(shù)塌縮結(jié)果倒是非確定性的——僅以我們目前的認(rèn)知——不過這種非確定性是完全徹底的純正隨機(jī)，其中無法容納支配行動的意愿指向。

倘若我們果真對未來沒有自由選擇的余地，那么心理學(xué)、社會學(xué)，以及其他研究人類行為的學(xué)科，似乎就都成了某種空洞無聊，甚至近乎成了偽科學(xué)。所有試圖理解我們舉止的努力都將注定是竹籃打水，一切只能歸因于宇宙大爆炸。神經(jīng)心理學(xué)的研究工作，不過就是在羅列各種大腦模式，以及同時所發(fā)生的肢體運動，但卻不能談?wù)摱咧g的因果聯(lián)系。博弈論則更是十分無用的學(xué)問，博弈者的行為動作根本就不是基于當(dāng)下規(guī)則條件的選擇。這些“科學(xué)”瞬間都變成了如同周公解夢一樣的玄學(xué)，只被錯覺和幻象牽著鼻子亂撞。而歷史研究工作也好不到哪里去，只不過是隨便發(fā)明一些說辭，來裝腔作勢地解釋歷史事件原因。

物理學(xué)從詞典中抹去“自由意志”之后，只無情地留下一片空白。關(guān)于我們該如何通過觀察來理解和預(yù)測行為，并沒有提供任何替代選項。這真是一個頗為苦澀的窘境。為了挽救其他學(xué)科的顏面，讓我們姑且暫時逃離物理學(xué)，換種方式思考。比如站在心理學(xué)的研究立場，人的意愿與行為之間存在著因果聯(lián)系，而且這種聯(lián)系可以被認(rèn)知。于是我們就可以提出各種假設(shè)，并通過實驗驗證來經(jīng)驗性地篩選其中比較可靠的那部分假設(shè)。更重要的是，通過這些認(rèn)知我們還可以改變?nèi)说男袨椤?/p>

后一種思考方式應(yīng)該也沒有什么不妥，那么我們必須將之與物理學(xué)的決定論觀念對立起來嗎？不，這并不是個非此即彼的對立問題，作為成熟的研究人士，我們應(yīng)該選擇全部都要，而關(guān)鍵就在于厘清知識的適用領(lǐng)域和范圍。當(dāng)我們以還原論的思想對某些現(xiàn)象探尋原因時，這種歸因必須在某些合適的層級停止，而不是無窮盡地歸因到宇宙大爆炸。

另外也需要注意到，每一種理論都有其“射程范圍”，當(dāng)超出這個范圍之外時，理論本身雖沒有錯，但已經(jīng)失去了解釋世界的力量。造成理論失效的原因并不是參數(shù)過多或者計算太過復(fù)雜，而是一種更本質(zhì)的不完備性所致。設(shè)想這樣一個場面：10^30個持續(xù)熱運動的基本粒子，在數(shù)小時內(nèi)每個粒子都已經(jīng)運動到距離初始位置數(shù)千公里之遠(yuǎn)，但彼此之間卻仍保持著不超過2米的距離。以物理學(xué)的角度來看，這簡直就是不可能發(fā)生的奇跡。但其實剛剛的場景，不過就是在描述一位長途旅行人士。造成他旅行的原因可能有許多，但絕沒有任何一種解釋來自量子理論層面。

格林的觀點認(rèn)為世界分為許多層次，底層的機(jī)制為上層的現(xiàn)象提供著解釋，這種圖景顯然是錯誤的。如果非要把生物進(jìn)化論和社會學(xué)也都看做是基于物理學(xué)基礎(chǔ)的上層建筑，那么“大物理學(xué)主義”的傲慢程度幾乎可與其荒誕程度等量齊觀。

黑猩猩物理學(xué)

賦有質(zhì)疑精神的物理學(xué)家大概會問：那些能夠改變事物原本歸宿的“自由意志”又是從哪里來的呢？面對這個問題，我想反問：是什么因素圈定了事物的原本歸宿呢？這便涉及到了現(xiàn)象背后的還原論歸因思想，這種思想當(dāng)然久經(jīng)考驗，但也不見得一定可以給出完整的答案。地球上為什么有黑猩猩？好吧，那是因為宇宙大爆炸。沒錯，宇宙大爆炸產(chǎn)生了構(gòu)成黑猩猩所需要的基本粒子，但那只是必要非充分條件。

要理解黑猩猩，我們需要考慮生存環(huán)境和基因隨機(jī)突變對其演化過程的影響。這些影響因素就形成了某種“力”，推動著黑猩猩身體內(nèi)各種物質(zhì)的排布方式。不過這種“力”與物理學(xué)中的力有個至關(guān)重要的區(qū)別，那就是可以形成自我因果關(guān)聯(lián)閉環(huán)。盡管這些“力”也由若干亞層現(xiàn)象組合而成，并擁有著豐富的細(xì)小結(jié)構(gòu)，但總體上僅在本層級內(nèi)形成因果關(guān)聯(lián)，并不需要也無法向亞層歸因。所以，在黑猩猩演化現(xiàn)象的底層，并不存在一個支撐其解釋的“黑猩猩物理學(xué)”，所有演化的原因都僅來源于這個層級本身。

實際上，即使在物理學(xué)中，復(fù)雜系統(tǒng)內(nèi)的一些屬性也經(jīng)常無法向亞層歸因。凝聚態(tài)物理學(xué)家諾貝爾獎得主菲利普·安德森曾有一句名言：More is different。即使我們擁有將一切事物還原為基本規(guī)律的能力，也不代表我們就可以由這些基礎(chǔ)規(guī)律出發(fā)來構(gòu)建宇宙，”他明確地指出，“由大量粒子聚合而成的復(fù)雜系統(tǒng)所表現(xiàn)出的行為特征，并不是小規(guī)模系統(tǒng)的簡單外推。系統(tǒng)的規(guī)模和復(fù)雜度每上一個臺階，就會出現(xiàn)一些全新的現(xiàn)象和屬性值得我們重新研究。這些復(fù)雜系統(tǒng)中所涌現(xiàn)的新屬性，其基礎(chǔ)程度絲毫不亞于底層那些基本規(guī)律?！?/p>

微觀物理學(xué)中沒有自由意志

現(xiàn)在我們可以直白地說，微觀物理世界中確實不存在自由意志，這是一個心理學(xué)和神經(jīng)科學(xué)層面的概念。意識主體通過感官知覺和其他各類神經(jīng)刺激信息，對存在多種選擇的情況作出這樣或那樣的決策反饋。自由意志現(xiàn)象僅出現(xiàn)在由大量神經(jīng)元聚會而成的神經(jīng)系統(tǒng)中，完全無關(guān)乎基本粒子的運動，自然也就不需要訴諸格林所說的那種插手底層物理世界的神秘力量。

自由意志的起源來自生物進(jìn)化過程。在漫長的演化過程中，大腦被逐漸灌注了一系列與決策相關(guān)的運作機(jī)制，其中既包括先天的決策傾向，也包括獎勵后天學(xué)習(xí)信息處理能力的刺激機(jī)制?？梢钥吹?，用來描述這套運作機(jī)制所使用的語言體系，與牛頓力學(xué)或量子理論的語言體系顯著的不同，兩個體系中所使用的核心名詞概念幾乎不存在任何交集。既然我們可以用神經(jīng)科學(xué)的語言體系恰當(dāng)?shù)胤治龊兔枋?，就沒必要動用哈密頓量或厄米算符來去強行解釋。

19世紀(jì)早期，拉普拉斯假想出一只可以推算宇宙未來演化所有細(xì)節(jié)的全能小妖，自那之后，決定論與自由意志之間貌似存在的沖突以及由此引發(fā)的爭論綿延至今。但是這些熱鬧的爭論對我們的認(rèn)知提升卻鮮有直接貢獻(xiàn)。在我看來，神經(jīng)科學(xué)的發(fā)展已經(jīng)很好地解釋了自由意志，我們只需要清醒地辨明界限，防止物理學(xué)定律中的決定論思想無休止地蔓延到本沒有話語權(quán)的地方。否則，爭論的內(nèi)容很容易偏離理性常識，進(jìn)入形而上的世界。就像康德哲學(xué)中那個存在卻永遠(yuǎn)無法通過感官認(rèn)知的“物自體（Ding-an-sich）”一樣，雖然是個頗有趣的討論話題，但那畢竟不是科學(xué)。

原文鏈接：https://physicsworld.com/a/why-free-will-is-beyond-physics/