最近，哥倫比亞大學物理學家格林（Brian Greene）出版了新書《直到時間盡頭》（Until the End of Time），正如副標題“精神，物質，以及在不斷進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，牟尋著物理學上的意義，並把萬物出現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，尤其是關於“自由意誌”。在他看來，物理學不能也不必解釋自由意誌，而自由意誌也超越了物理學。
撰文｜Philip Ball
編譯｜董唯元
自由意誌（free will）一直是物理學家們難以面對的謎題。在物理學中，所有事件都必然分毫不差地遵從確定性演化規律，即使披著概率外衣的量子理論和熱力學，其核心本質仍然是完完全全的決定論思想，根本無法兼容任何自由意誌的存在。著名理論物理學家布萊恩·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後果，但那種能夠插手物理世界實際運行過程的神秘力量，我們其實並不具備。
許多物理學家都與格林抱持類似的觀點：所謂自由意誌，只是我們在談論像人類行為這種“高階事件”時，所使用的一種虛幻概念，事實上我們並不能真正阻止任何將要發生的事情。作為毫無決定權的看客，我們能做的，只是在自由意誌這種精神暗示籠罩之下，煞有介事地繼續思考和踐行。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，那些基於決定論思想的物理法則，真的可以否定自由意誌嗎？我認為這方面的許多爭論都陷入了誤區，而且是在出發點上就陷入誤區。引用泡利的話來說，it’s not even wrong。許多爭論之所以發生，就是源於對因與果之間的聯系沒有認清，卻又將物理學概念過度泛化。這種泛化已經超出了科學界限，成了純粹形而上的臆想。物理學本就不該被用來裁斷那些其適用範圍以外的事物。
傲慢與荒誕
公元前4世紀晚期，希臘哲學家伊壁鳩魯就曾經試圖調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，世界由原子構成，而原子的運動始終被不變的規律支配著。伊壁鳩魯猜測，也許那些原子在運動過程中會發生隨機的變化，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，那麼來自當代物理學的新近認知也未必會令你滿意。經典動力學中的混沌現象，說明準確預測未來是一件事實上不可能完成的任務，但是演化過程絕對是確定性的。量子測量中的波函數塌縮結果倒是非確定性的——僅以我們目前的認知——不過這種非確定性是完全徹底的純正隨機，其中無法容納支配行動的意願指向。
倘若我們果真對未來沒有自由選擇的余地，那麼心理學、社會學，以及其他研究人類行為的學科，似乎就都成了某種空洞無聊，甚至近乎成了偽科學。所有試圖理解我們舉止的努力都將註定是竹籃打水，一切只能歸因於宇宙大爆炸。神經心理學的研究工作，不過就是在羅列各種大腦模式，以及同時所發生的肢體運動，但卻不能談論二者之間的因果聯系。博弈論則更是十分無用的學問，博弈者的行為動作根本就不是基於當下規則條件的選擇。這些“科學”瞬間都變成了如同周公解夢一樣的玄學，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裏去，只不過是隨便發明一些說辭，來裝腔作勢地解釋歷史事件原因。
物理學從詞典中抹去“自由意誌”之後，只無情地留下一片空白。關於我們該如何通過觀察來理解和預測行為，並沒有提供任何替代選項。這真是一個頗為苦澀的窘境。為了挽救其他學科的顏面，讓我們姑且暫時逃離物理學，換種方式思考。比如站在心理學的研究立場，人的意願與行為之間存在著因果聯系，而且這種聯系可以被認知。於是我們就可以提出各種假設，並通過實驗驗證來經驗性地篩選其中比較可靠的那部分假設。更重要的是，通過這些認知我們還可以改變人的行為。
後一種思考方式應該也沒有什麼不妥，那麼我們必須將之與物理學的決定論觀念對立起來嗎？不，這並不是個非此即彼的對立問題，作為成熟的研究人士，我們應該選擇全部都要，而關鍵就在於厘清知識的適用領域和範圍。當我們以還原論的思想對某些現象探尋原因時，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。
另外也需要註意到，每一種理論都有其“射程範圍”，當超出這個範圍之外時，理論本身雖沒有錯，但已經失去了解釋世界的力量。造成理論失效的原因並不是參數過多或者計算太過復雜，而是一種更本質的不完備性所致。設想這樣一個場面：10^30個持續熱運動的基本粒子，在數小時內每個粒子都已經運動到距離初始位置數千公裏之遠，但彼此之間卻仍保持著不超過2米的距離。以物理學的角度來看，這簡直就是不可能發生的奇跡。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。
格林的觀點認為世界分為許多層次，底層的機制為上層的現象提供著解釋，這種圖景顯然是錯誤的。如果非要把生物進化論和社會學也都看做是基於物理學基礎的上層建築，那麼“大物理學主義”的傲慢程度幾乎可與其荒誕程度等量齊觀。
黑猩猩物理學
賦有質疑精神的物理學家大概會問：那些能夠改變事物原本歸宿的“自由意誌”又是從哪裏來的呢？面對這個問題，我想反問：是什麼因素圈定了事物的原本歸宿呢？這便涉及到了現象背後的還原論歸因思想，這種思想當然久經考驗，但也不見得一定可以給出完整的答案。地球上為什麼有黑猩猩？好吧，那是因為宇宙大爆炸。沒錯，宇宙大爆炸產生了構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境和基因隨機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各種物質的排布方式。不過這種“力”與物理學中的力有個至關重要的區別，那就是可以形成自我因果關聯閉環。盡管這些“力”也由若幹亞層現象組合而成，並擁有著豐富的細小結構，但總體上僅在本層級內形成因果關聯，並不需要也無法向亞層歸因。所以，在黑猩猩演化現象的底層，並不存在一個支撐其解釋的“黑猩猩物理學”，所有演化的原因都僅來源於這個層級本身。
實際上，即使在物理學中，復雜系統內的一些屬性也經常無法向亞層歸因。凝聚態物理學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律的能力，也不代表我們就可以由這些基礎規律出發來構建宇宙，”他明確地指出，“由大量粒子聚合而成的復雜系統所表現出的行為特征，並不是小規模系統的簡單外推。系統的規模和復雜度每上一個臺階，就會出現一些全新的現象和屬性值得我們重新研究。這些復雜系統中所湧現的新屬性，其基礎程度絲毫不亞於底層那些基本規律。”
微觀物理學中沒有自由意誌
現在我們可以直白地說，微觀物理世界中確實不存在自由意誌，這是一個心理學和神經科學層面的概念。意識主體通過感官知覺和其他各類神經刺激信息，對存在多種選擇的情況作出這樣或那樣的決策反饋。自由意誌現象僅出現在由大量神經元聚會而成的神經系統中，完全無關乎基本粒子的運動，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。
自由意誌的起源來自生物進化過程。在漫長的演化過程中，大腦被逐漸灌註了一系列與決策相關的運作機制，其中既包括先天的決策傾向，也包括獎勵後天學習信息處理能力的刺激機制。可以看到，用來描述這套運作機制所使用的語言體系，與牛頓力學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科學的語言體系恰當地分析和描述，就沒必要動用哈密頓量或厄米算符來去強行解釋。
19世紀早期，拉普拉斯假想出一只可以推算宇宙未來演化所有細節的全能小妖，自那之後，決定論與自由意誌之間貌似存在的衝突以及由此引發的爭論綿延至今。但是這些熱鬧的爭論對我們的認知提升卻鮮有直接貢獻。在我看來，神經科學的發展已經很好地解釋了自由意誌，我們只需要清醒地辨明界限，防止物理學定律中的決定論思想無休止地蔓延到本沒有話語權的地方。否則，爭論的內容很容易偏離理性常識，進入形而上的世界。就像康德哲學中那個存在卻永遠無法通過感官認知的“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。
原文鏈接：https://physicsworld.com/a/why-free-will-is-beyond-physics/