提到物理學(xué)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(wèn)題(不一定是科學(xué)問(wèn)題)的方法,比如意識(shí)問(wèn)題,時(shí)間倒流等等。德國(guó)物理學(xué)家霍森菲爾德時(shí)常遇到這些問(wèn)題,由此她寫(xiě)下了《存在主義物理學(xué)》(Existential Physics:A scientist’s guide to life’s biggest questions)一書(shū)。本文即圖回答,物理學(xué)是否排除了自由意志存在的可能?自由意志是一個(gè)長(zhǎng)久以來(lái)科學(xué)與哲學(xué)交融的問(wèn)題,觀點(diǎn)紛紜,作者給出了自己的見(jiàn)解。
本文經(jīng)授權(quán)節(jié)選自《存在主義物理學(xué)》(中信出版社·鸚鵡螺,2023年6月)第六章《物理學(xué)是否排除了自由意志存在的可能?》,小標(biāo)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(wèn)題在于哲學(xué)家提出了一大堆定義,但是這些定義與非哲學(xué)家對(duì)自由意志的理解毫無(wú)關(guān)系。其實(shí)我很想把“哲學(xué)家”這個(gè)詞換成“普通人”,但這樣可能有些無(wú)情,而我不想這么無(wú)情,絕對(duì)不想。
出于這個(gè)原因,我想先在不使用自由意志這個(gè)術(shù)語(yǔ)的前提下表述這個(gè)問(wèn)題。目前確立的自然規(guī)則是決定論的,其中伴有量子力學(xué)的隨機(jī)性。這意味著除了我們無(wú)法影響的偶發(fā)量子事件之外,未來(lái)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(yù)測(cè),因?yàn)樗薪Y(jié)果都與初始條件高度相關(guān),一旦初始條件發(fā)生細(xì)微的改變,就有可能帶來(lái)巨大的變化(比如蝴蝶效應(yīng))。
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(duì)應(yīng)著一個(gè)可能的未來(lái),而哪條路會(huì)成為現(xiàn)實(shí)則取決于我們自己(參見(jiàn)圖1)。自然規(guī)律不是這樣運(yùn)行的。在大多數(shù)情況下,這片花園中其實(shí)只有一條路徑,因?yàn)榱孔有?yīng)很少在宏觀上表現(xiàn)出來(lái)。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(wèn)題在于,我們無(wú)法在岔口選擇方向
但有時(shí)隨機(jī)的量子事件確實(shí)會(huì)對(duì)我們的生活產(chǎn)生很大的影響。小徑可能每隔一段時(shí)間就會(huì)分岔,但我們對(duì)此毫無(wú)發(fā)言權(quán)可言,更沒(méi)有任何能做的。量子事件從根本上就是隨機(jī)的,不受任何影響,當(dāng)然也不會(huì)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(guò)程中避開(kāi)了自由意志這個(gè)術(shù)語(yǔ)。接下來(lái)讓我們探討一下,“除了我們無(wú)法影響的偶發(fā)量子事件之外,未來(lái)是確定的”意味著什么。
就個(gè)人而言,我只會(huì)說(shuō)這意味著自由意志不存在,然后就此打住。我對(duì)此感到滿意,因?yàn)樽杂梢庵颈旧砭褪且粋€(gè)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(diǎn)。如果你的意志是自由的,那就不應(yīng)當(dāng)有任何事物能引導(dǎo)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”——這是弗里德里希·尼采提過(guò)的概念——那么它就不是由你引導(dǎo)的,不論你認(rèn)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(lái)的最佳之自相矛盾”。我支持尼采。
我認(rèn)為意志其實(shí)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(jì)算。這些計(jì)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(méi)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(lái)評(píng)估如何做出最優(yōu)決策。決策就是我們?cè)u(píng)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(jī)每次都會(huì)經(jīng)過(guò)計(jì)算再?zèng)Q定應(yīng)該在鎖屏界面顯示哪些通知,顯然,即使沒(méi)有自由意志也一樣可以做出決策。
我們可以花很長(zhǎng)時(shí)間來(lái)討論什么樣的決定是“最優(yōu)”的,但這不是物理學(xué)的問(wèn)題,所以不用理會(huì)它。重點(diǎn)在于,我們一直都在對(duì)輸入的信息做評(píng)估,并試圖根據(jù)一些準(zhǔn)則來(lái)優(yōu)化我們的生活,這些準(zhǔn)則中有一部分是大腦中固有的,有一部分則是后天習(xí)得的,如此而已。這一結(jié)論并不依賴于神經(jīng)生物學(xué)。目前尚未探明我們的決策中有多少是有意識(shí)的,又有多少是受大腦潛意識(shí)過(guò)程的影響,但意識(shí)和潛意識(shí)之間的區(qū)分與結(jié)果是否確定這一問(wèn)題無(wú)關(guān)。
如果自由意志沒(méi)有意義,那么為什么很多人都覺(jué)得這描述了他們?cè)u(píng)估現(xiàn)實(shí)的方式呢?因?yàn)樵谒伎冀Y(jié)束之前,我們不會(huì)知道結(jié)果是什么,否則我們就不用思考了。正如路德維希·維特根斯坦所說(shuō):“意志的自由就在于,未來(lái)的行動(dòng)是現(xiàn)在無(wú)法意識(shí)到的?!彼摹哆壿嬚軐W(xué)論》已經(jīng)面世一個(gè)世紀(jì)了,所以這樣的認(rèn)識(shí)肯定不是什么爆炸性新聞。
問(wèn)題解決了嗎?當(dāng)然沒(méi)有。
因?yàn)橐粋€(gè)人完全可以給某個(gè)事物下定義,然后就稱其為自由意志。這就是哲學(xué)中所謂的相容論,該理論認(rèn)為自由意志與決定論是相容的,除了我們無(wú)法影響的量子事件之外,未來(lái)就是確定的,我們對(duì)此不需要介懷。在哲學(xué)家當(dāng)中,相容論的支持者占了大多數(shù)。在2009年的一項(xiàng)針對(duì)職業(yè)哲學(xué)家的調(diào)查中,有59%的人認(rèn)為自己是相容論者。
哲學(xué)家中的第二大陣營(yíng)是自由意志主義者,他們認(rèn)為自由意志與決定論是不相容的,并且正是因?yàn)樽杂梢庵敬嬖?,決定論才一定是錯(cuò)誤的。我不會(huì)對(duì)自由意志主義著墨過(guò)多,因?yàn)檫@與我們所了解的自然不相容。
所以我們就多談?wù)勏嗳菡?。伊曼努爾·康德形象地將相容論描述為“狡猾的詭?jì)”,19 世紀(jì)的哲學(xué)家威廉·詹姆斯認(rèn)為它是“逃避的泥潭”,當(dāng)代哲學(xué)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(wú)法影響的偶發(fā)量子事件之外的未來(lái)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(jìn)這一論證,也許你可以稍微改進(jìn)一下物理學(xué)。哲學(xué)家約翰·馬丁·費(fèi)希爾(John Martin Fischer)把這樣做的哲學(xué)家稱為“多重過(guò)去相容論者”以及“定域奇跡相容論者”。前者認(rèn)為你的行為會(huì)改寫(xiě)過(guò)去的事件;后者則認(rèn)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(kāi)那些已經(jīng)被證實(shí)無(wú)數(shù)次的理論所做出的預(yù)測(cè)。我不會(huì)再針對(duì)這一問(wèn)題深入討論下去,因?yàn)檫@本書(shū)的內(nèi)容是我們可以從物理學(xué)中學(xué)到什么,而不是我們?nèi)绾蝿?chuàng)造性地忽視物理學(xué)。
在一些沒(méi)有太大瑕疵的相容論觀點(diǎn)中,最普遍的觀點(diǎn)是,你的意志是自由的,因?yàn)樗豢深A(yù)測(cè)——在目前的實(shí)踐中完全無(wú)法預(yù)測(cè),甚至有可能在理論上也是不可預(yù)測(cè)的。這一立場(chǎng)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(méi)問(wèn)題,但除了我們無(wú)法影響的偶發(fā)量子事件之外,未來(lái)依然是確定的。
哲學(xué)家熱南·伊斯梅爾(Jenann Ismael)進(jìn)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(shuō),宇宙中不同子系統(tǒng)的行為對(duì)外部輸入和內(nèi)部計(jì)算的依賴程度的相對(duì)比重會(huì)有所不同。舉個(gè)例子,烤面包機(jī)就幾乎沒(méi)有自主性——你按下按鈕,它就會(huì)做出反應(yīng)。人類有很高的自主性,因?yàn)槿说乃伎伎梢栽诤艽蟪潭壬吓c外部輸入脫鉤。如果你認(rèn)為這就是自由意志,那也沒(méi)問(wèn)題,但除了我們無(wú)法影響的偶發(fā)量子事件之外,未來(lái)依然是確定的。
有相當(dāng)多的物理學(xué)家通過(guò)在自然定律中嵌入自由意志來(lái)支持相容論。肖恩·卡羅爾和卡洛·羅韋利認(rèn)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(duì)這一觀點(diǎn)給出了一定的補(bǔ)充,認(rèn)為我們應(yīng)當(dāng)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(lái)定義自由意志。
物理學(xué)家(包括我在內(nèi))通常不會(huì)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(biāo)準(zhǔn)詮釋下量子力學(xué)隨機(jī)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?yàn)樵诹孔与S機(jī)性中沒(méi)有“意志”,但它有時(shí)會(huì)導(dǎo)致混亂。例如,在被問(wèn)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(lái)預(yù)測(cè)時(shí),相容論物理學(xué)家往往會(huì)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(yíng)。
前面提到,涌現(xiàn)性質(zhì)是指小尺度上的物理細(xì)節(jié)被抹平之后,出現(xiàn)在大尺度上的近似描述。圖 2說(shuō)明了如何利用這一點(diǎn)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(shuō),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(xué)相容
上述幾位物理學(xué)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(wú)法在宏觀層面上進(jìn)行預(yù)測(cè)。岔路口:好耶!當(dāng)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(wú)法影響的偶發(fā)量子事件之外,未來(lái)依然是確定的。當(dāng)肖恩·卡羅爾用“自由意志就像棒球一樣真實(shí)”來(lái)總結(jié)他的相容論立場(chǎng)時(shí),他應(yīng)該加上“也像棒球一樣自由”。
話雖如此,我還是認(rèn)為物理學(xué)家或哲學(xué)家對(duì)自由意志的相容論定義并沒(méi)有什么太大的問(wèn)題。畢竟這只是定義,沒(méi)有對(duì)錯(cuò)之分,只有有效程度的區(qū)別。但我不認(rèn)為這種語(yǔ)言上的伎倆能解決普通人(我指的是非哲學(xué)家)所擔(dān)心的問(wèn)題。2019 年,一項(xiàng)針對(duì)來(lái)自21個(gè)國(guó)家的5000 多名參與者的調(diào)查發(fā)現(xiàn),“在不同的文化中,認(rèn)知反應(yīng)更強(qiáng)的參與者更有可能認(rèn)為自由意志與因果決定論不相容”。看來(lái)我們不是天生的相容論者。這就是為什么對(duì)我們中的許多人來(lái)說(shuō),學(xué)習(xí)物理會(huì)動(dòng)搖我們對(duì)自由意志的信念,我同樣如此。在我看來(lái),這才是需要解決的問(wèn)題。
物理學(xué)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(lái)說(shuō),問(wèn)題在于,據(jù)我們目前所知,強(qiáng)涌現(xiàn)是不可能的。這意味著一個(gè)系統(tǒng)的所有高層級(jí)性質(zhì)(宏觀層面上的性質(zhì))都來(lái)自粒子物理所在的低層級(jí)。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(lái),理解自由意志的唯一方法就是,從微觀理論發(fā)端的推導(dǎo)過(guò)程在某些情況下由于某種原因出錯(cuò)了。這樣,強(qiáng)涌現(xiàn)就可以是自然的一種實(shí)際屬性,于是我們就得到了真正獨(dú)立于微觀物理學(xué)的宏觀現(xiàn)象(其中也包括自由意志)。我們現(xiàn)在沒(méi)有絲毫證據(jù)表明這種情況確實(shí)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(lái)求解將微觀與宏觀定律聯(lián)系在一起的方程的數(shù)學(xué)技巧并非一直有效。它們通常依賴于某些近似值,可是當(dāng)這些近似值不足以描述目標(biāo)系統(tǒng)時(shí),我們就不知道該如何處理這些方程了。這當(dāng)然是實(shí)踐上可能遇到的問(wèn)題。但就定律的性質(zhì)而言,這個(gè)問(wèn)題無(wú)關(guān)緊要。更低層級(jí)和更高層級(jí)之間的關(guān)系不會(huì)因?yàn)槲覀兘獠怀龇匠潭А?/p>
有兩個(gè)案例可以讓我們向著強(qiáng)涌現(xiàn)稍稍走近一步,科學(xué)家用其來(lái)研究復(fù)合系統(tǒng)能否具備計(jì)算機(jī)無(wú)法確定值的性質(zhì)。如果答案是肯定的,那么相對(duì)于我們無(wú)法掌握計(jì)算的技巧而言,這更加能夠說(shuō)明宏觀現(xiàn)象掙脫了微觀物理的束縛而獲得了“自由”。
這實(shí)際上可以證明宏觀現(xiàn)象是無(wú)法計(jì)算的,但在這兩個(gè)案例中,我們都需要兩個(gè)無(wú)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(duì)于一個(gè)無(wú)窮大的系統(tǒng),它的某些性質(zhì)無(wú)法在有限時(shí)間內(nèi)通過(guò)經(jīng)典計(jì)算機(jī)計(jì)算出來(lái)。但是,我們?cè)诂F(xiàn)實(shí)中不會(huì)遇到這樣的情況,因此這對(duì)自由意志毫無(wú)幫助。
然而,從微觀物理推導(dǎo)宏觀行為的過(guò)程也可能由于其他原因而出錯(cuò)??赡苁俏覀?cè)谟?jì)算過(guò)程中遇到了一個(gè)奇點(diǎn),而無(wú)論在實(shí)踐上還是在理論上,我們都無(wú)法越過(guò)這個(gè)奇點(diǎn)繼續(xù)進(jìn)行計(jì)算。這不一定會(huì)又一次帶來(lái)與無(wú)窮大相關(guān)的問(wèn)題,因?yàn)樵跀?shù)學(xué)中,奇點(diǎn)并不總是意味著有什么東西變成了無(wú)窮大,它只是一個(gè)函數(shù)在此不連續(xù)的點(diǎn)。
我們目前沒(méi)有理由認(rèn)為我們宇宙的微觀物理當(dāng)中的確存在這種現(xiàn)象,但如果我們對(duì)數(shù)學(xué)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(dú)立于基本粒子的自然規(guī)律所支配的,那么在我看來(lái),在推導(dǎo)宏觀物理規(guī)律的過(guò)程中遇到奇點(diǎn)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(guó)科學(xué)作家約翰·霍根(John Horgan)稱我為“自由意志的否認(rèn)者”,現(xiàn)在你可能知道他為什么要這么說(shuō)了。但我絕對(duì)不會(huì)否認(rèn)很多人都認(rèn)為他們擁有自由意志。然而,我們也會(huì)覺(jué)得當(dāng)下這一時(shí)刻具有特殊性,而前文已經(jīng)清楚地揭示了,這是一種錯(cuò)覺(jué)。如果只聽(tīng)從自己的直覺(jué),那我會(huì)認(rèn)為圖 12 中的水平線并不平行。要問(wèn)我從基礎(chǔ)物理學(xué)的研究中學(xué)到了什么的話,那就是人不能任由直覺(jué)支配自己的想法。僅憑直覺(jué)不足以推斷出自然運(yùn)作的規(guī)律。
圖 3咖啡館墻錯(cuò)覺(jué)。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(shuō),我們?nèi)祟愒谔剿髯匀灰?guī)律方面做得相當(dāng)不錯(cuò)。畢竟,我們已經(jīng)可以理解“現(xiàn)在”是一種幻覺(jué),而且可以充分利用我們的大腦,可以對(duì)圖 3中的線條進(jìn)行精確的測(cè)量,從而說(shuō)服自己它們確實(shí)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(rèn)為我們應(yīng)該以同樣的態(tài)度來(lái)對(duì)待自由意志:拋開(kāi)我們的直覺(jué)感受,遵從理性得出的結(jié)論。你仍然會(huì)覺(jué)得自己擁有自由意志,但你心里清楚,自己實(shí)際上只是由神經(jīng)處理器所運(yùn)行的一套復(fù)雜的計(jì)算。
但我并不是要向你傳教。正如我之前所說(shuō),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(duì)自由意志的定義,并且想要繼續(xù)在這個(gè)意義上使用這一術(shù)語(yǔ),那也沒(méi)問(wèn)題,科學(xué)并未對(duì)此表示反對(duì)。因此,我們現(xiàn)在可以回答本章標(biāo)題的問(wèn)題了。物理學(xué)是否排除了自由意志存在的可能?沒(méi)有,它只是排除了某些關(guān)于自由意志的觀點(diǎn)。因?yàn)榫臀覀兡壳八?,除了我們無(wú)法影響的偶發(fā)量子事件之外,未來(lái)是確定的。
那我們要怎么應(yīng)對(duì)這一結(jié)果呢?很多人會(huì)這樣問(wèn)我。在我看來(lái),問(wèn)題在于,我們中的很多人在成長(zhǎng)的過(guò)程中一直以直覺(jué)來(lái)看待我們做出決策的機(jī)制,但當(dāng)這些天真的想法與我們所學(xué)的物理知識(shí)發(fā)生沖突時(shí),我們必須及時(shí)調(diào)整自我認(rèn)知。這絕非易事,但是有幾種方法可以解決這個(gè)問(wèn)題。
最簡(jiǎn)單的方法就是利用二元論。該理論認(rèn)為,心靈是非物質(zhì)的東西。如果你愿意采納二元論的觀點(diǎn),那你可以把自由意志當(dāng)作自己靈魂的屬性,這是一種無(wú)關(guān)乎科學(xué)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?yàn)槲覀兇竽X中用來(lái)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(huì)有什么好處,但這不是二元論要面臨的新問(wèn)題,至少它不是錯(cuò)誤的。你也可以利用我剛剛詳細(xì)介紹過(guò)的微觀物理中的小漏洞。不過(guò)我懷疑,如果你告訴別人,你認(rèn)為自由意志真實(shí)存在是因?yàn)?“重正化群方程可能會(huì)遇到一個(gè)本質(zhì)奇點(diǎn)”,那么你身上的“極客”標(biāo)簽估計(jì)就摘不掉了。
我個(gè)人認(rèn)為,應(yīng)對(duì)無(wú)法改變未來(lái)這一事實(shí)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(wú)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(huì)幸福還是悲傷,我們的文明將會(huì)繁榮還是衰落,我們將會(huì)被銘記還是遺忘——這些我們還不知道。與其認(rèn)為是我們自己在選擇可能的未來(lái),我覺(jué)得倒不如對(duì)未來(lái)的事情保持好奇,并且盡全力去更加全面地認(rèn)識(shí)我們自己以及我們所居住的宇宙。
作者/譯者簡(jiǎn)介
作者:扎比內(nèi)·霍森菲爾德(Sabine Hossenfelder):德國(guó)物理學(xué)家、作家,擁有數(shù)學(xué)學(xué)士學(xué)位和物理學(xué)博士學(xué)位,德國(guó)慕尼黑數(shù)學(xué)哲學(xué)中心外部成員,主要研究方向是基礎(chǔ)物理學(xué),并致力于科學(xué)傳播,YouTube著名創(chuàng)作者。
譯者:柏江竹:中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)科技傳播系科技哲學(xué)專業(yè)博士研究生。譯著有《萬(wàn)物原理》《萬(wàn)物認(rèn)知指南》《極簡(jiǎn)天文學(xué)》《物質(zhì)是什么》《時(shí)間的邊緣》等,譯作《極簡(jiǎn)天文學(xué)》曾獲評(píng)為“全國(guó)優(yōu)秀科普作品”。
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