从物理学上看，自由意志到底是个什么东西？

最近，哥伦比亚大学物理学家格林（Brian Greene）出版了新书《直到时间尽头》（Until the End of Time），正如副标题“精神，物质，以及在不断进化的宇宙中寻找的意义”所示，他在从大爆炸开始的时间之旅中，牟寻着物理学上的意义，并把万物出现和演化归因到了某种更底层的决定论思想中。本文作者也为格林的新书写了推荐语，但许多观点仍不苟同，尤其是关于“自由意志”。在他看来，物理学不能也不必解释自由意志，而自由意志也超越了物理学。

撰文｜Philip Ball

编译｜董唯元

自由意志（free will）一直是物理学家们难以面对的谜题。在物理学中，所有事件都必然分毫不差地遵从确定性演化规律，即使披着概率外衣的量子理论和热力学，其核心本质仍然是完完全全的决定论思想，根本无法兼容任何自由意志的存在。著名理论物理学家布莱恩·格林在他新出版的科普著作《直到时间的尽头》（Until the End of Time）中谈到，“我们的选择之所以看起来是自由的，是因为我们尚无法参透自然法则中那些深奥的伪装，我们的感知也无法真实触及基本粒子的物理运动。”格林的见解似乎可以解读为：我们只是幼稚地感觉到，似乎相同条件下存在不同的选择和后果，但那种能够插手物理世界实际运行过程的神秘力量，我们其实并不具备。

许多物理学家都与格林抱持类似的观点：所谓自由意志，只是我们在谈论像人类行为这种“高阶事件”时，所使用的一种虚幻概念，事实上我们并不能真正阻止任何将要发生的事情。作为毫无决定权的看客，我们能做的，只是在自由意志这种精神暗示笼罩之下，煞有介事地继续思考和践行。这幅图景也许对你有用，也许没用。不过按这种理解，其实有用或没用，也都变得无所谓了。

然而，那些基于决定论思想的物理法则，真的可以否定自由意志吗？我认为这方面的许多争论都陷入了误区，而且是在出发点上就陷入误区。引用泡利的话来说，it’s not even wrong。许多争论之所以发生，就是源于对因与果之间的联系没有认清，却又将物理学概念过度泛化。这种泛化已经超出了科学界限，成了纯粹形而上的臆想。物理学本就不该被用来裁断那些其适用范围以外的事物。

傲慢与荒诞

公元前4世纪晚期，希腊哲学家伊壁鸠鲁就曾经试图调和人的行动自由性与德谟克利特的原子假说之间的矛盾。在原子假说中，世界由原子构成，而原子的运动始终被不变的规律支配着。伊壁鸠鲁猜测，也许那些原子在运动过程中会发生随机的变化，从而偏离确定性的束缚，这样就可以在某种程度上避免僵化的宿命。如果这些先贤的观点未能使你信服，那么来自当代物理学的新近认知也未必会令你满意。经典动力学中的混沌现象，说明准确预测未来是一件事实上不可能完成的任务，但是演化过程绝对是确定性的。量子测量中的波函数塌缩结果倒是非确定性的——仅以我们目前的认知——不过这种非确定性是完全彻底的纯正随机，其中无法容纳支配行动的意愿指向。

倘若我们果真对未来没有自由选择的余地，那么心理学、社会学，以及其他研究人类行为的学科，似乎就都成了某种空洞无聊，甚至近乎成了伪科学。所有试图理解我们举止的努力都将注定是竹篮打水，一切只能归因于宇宙大爆炸。神经心理学的研究工作，不过就是在罗列各种大脑模式，以及同时所发生的肢体运动，但却不能谈论二者之间的因果联系。博弈论则更是十分无用的学问，博弈者的行为动作根本就不是基于当下规则条件的选择。这些“科学”瞬间都变成了如同周公解梦一样的玄学，只被错觉和幻象牵着鼻子乱撞。而历史研究工作也好不到哪里去，只不过是随便发明一些说辞，来装腔作势地解释历史事件原因。

物理学从词典中抹去“自由意志”之后，只无情地留下一片空白。关于我们该如何通过观察来理解和预测行为，并没有提供任何替代选项。这真是一个颇为苦涩的窘境。为了挽救其他学科的颜面，让我们姑且暂时逃离物理学，换种方式思考。比如站在心理学的研究立场，人的意愿与行为之间存在着因果联系，而且这种联系可以被认知。于是我们就可以提出各种假设，并通过实验验证来经验性地筛选其中比较可靠的那部分假设。更重要的是，通过这些认知我们还可以改变人的行为。

后一种思考方式应该也没有什么不妥，那么我们必须将之与物理学的决定论观念对立起来吗？不，这并不是个非此即彼的对立问题，作为成熟的研究人士，我们应该选择全部都要，而关键就在于厘清知识的适用领域和范围。当我们以还原论的思想对某些现象探寻原因时，这种归因必须在某些合适的层级停止，而不是无穷尽地归因到宇宙大爆炸。

另外也需要注意到，每一种理论都有其“射程范围”，当超出这个范围之外时，理论本身虽没有错，但已经失去了解释世界的力量。造成理论失效的原因并不是参数过多或者计算太过复杂，而是一种更本质的不完备性所致。设想这样一个场面：10^30个持续热运动的基本粒子，在数小时内每个粒子都已经运动到距离初始位置数千公里之远，但彼此之间却仍保持着不超过2米的距离。以物理学的角度来看，这简直就是不可能发生的奇迹。但其实刚刚的场景，不过就是在描述一位长途旅行人士。造成他旅行的原因可能有许多，但绝没有任何一种解释来自量子理论层面。

格林的观点认为世界分为许多层次，底层的机制为上层的现象提供着解释，这种图景显然是错误的。如果非要把生物进化论和社会学也都看做是基于物理学基础的上层建筑，那么“大物理学主义”的傲慢程度几乎可与其荒诞程度等量齐观。

黑猩猩物理学

赋有质疑精神的物理学家大概会问：那些能够改变事物原本归宿的“自由意志”又是从哪里来的呢？面对这个问题，我想反问：是什么因素圈定了事物的原本归宿呢？这便涉及到了现象背后的还原论归因思想，这种思想当然久经考验，但也不见得一定可以给出完整的答案。地球上为什么有黑猩猩？好吧，那是因为宇宙大爆炸。没错，宇宙大爆炸产生了构成黑猩猩所需要的基本粒子，但那只是必要非充分条件。

要理解黑猩猩，我们需要考虑生存环境和基因随机突变对其演化过程的影响。这些影响因素就形成了某种“力”，推动着黑猩猩身体内各种物质的排布方式。不过这种“力”与物理学中的力有个至关重要的区别，那就是可以形成自我因果关联闭环。尽管这些“力”也由若干亚层现象组合而成，并拥有着丰富的细小结构，但总体上仅在本层级内形成因果关联，并不需要也无法向亚层归因。所以，在黑猩猩演化现象的底层，并不存在一个支撑其解释的“黑猩猩物理学”，所有演化的原因都仅来源于这个层级本身。

实际上，即使在物理学中，复杂系统内的一些属性也经常无法向亚层归因。凝聚态物理学家诺贝尔奖得主菲利普·安德森曾有一句名言：More is different。即使我们拥有将一切事物还原为基本规律的能力，也不代表我们就可以由这些基础规律出发来构建宇宙，”他明确地指出，“由大量粒子聚合而成的复杂系统所表现出的行为特征，并不是小规模系统的简单外推。系统的规模和复杂度每上一个台阶，就会出现一些全新的现象和属性值得我们重新研究。这些复杂系统中所涌现的新属性，其基础程度丝毫不亚于底层那些基本规律。”

微观物理学中没有自由意志

现在我们可以直白地说，微观物理世界中确实不存在自由意志，这是一个心理学和神经科学层面的概念。意识主体通过感官知觉和其他各类神经刺激信息，对存在多种选择的情况作出这样或那样的决策反馈。自由意志现象仅出现在由大量神经元聚会而成的神经系统中，完全无关乎基本粒子的运动，自然也就不需要诉诸格林所说的那种插手底层物理世界的神秘力量。

自由意志的起源来自生物进化过程。在漫长的演化过程中，大脑被逐渐灌注了一系列与决策相关的运作机制，其中既包括先天的决策倾向，也包括奖励后天学习信息处理能力的刺激机制。可以看到，用来描述这套运作机制所使用的语言体系，与牛顿力学或量子理论的语言体系显著的不同，两个体系中所使用的核心名词概念几乎不存在任何交集。既然我们可以用神经科学的语言体系恰当地分析和描述，就没必要动用哈密顿量或厄米算符来去强行解释。

19世纪早期，拉普拉斯假想出一只可以推算宇宙未来演化所有细节的全能小妖，自那之后，决定论与自由意志之间貌似存在的冲突以及由此引发的争论绵延至今。但是这些热闹的争论对我们的认知提升却鲜有直接贡献。在我看来，神经科学的发展已经很好地解释了自由意志，我们只需要清醒地辨明界限，防止物理学定律中的决定论思想无休止地蔓延到本没有话语权的地方。否则，争论的内容很容易偏离理性常识，进入形而上的世界。就像康德哲学中那个存在却永远无法通过感官认知的“物自体（Ding-an-sich）”一样，虽然是个颇有趣的讨论话题，但那毕竟不是科学。

原文链接：https://physicsworld.com/a/why-free-will-is-beyond-physics/