“如果人有自由意志，那么亞原子粒子也有?！?/p>
上面這句話(huà)，并不是什么哲學(xué)家憑空想象出來(lái)的理論，也不是科幻小說(shuō)家的精彩幻想，而是一個(gè)名為“自由意志定理”的數(shù)學(xué)定理！這篇名為“The Free Will Theorem”的論文，在2006年由John Conway和Simon Kochen發(fā)表。這個(gè)定理的結(jié)論是如此令人震驚，同時(shí)也很容易遭到誤解。為了明白這個(gè)定理到底意味著什么，我們得大概了解一下這個(gè)定理是怎么得來(lái)的。
首先，在那篇論文里，作者給“自由意志”下了一個(gè)非常明確的定義——自由意志即not determined by past history，意思是你做出的選擇或者實(shí)驗(yàn)測(cè)量的結(jié)果并不能由過(guò)去發(fā)生過(guò)的歷史所確定。
然后，我們必須知道主流物理學(xué)家對(duì)量子力學(xué)的一個(gè)理解。在量子力學(xué)建立之前，物理世界顯得那么美好單純：基本物理定律都已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)（至少他們是那么認(rèn)為的），只要給定這個(gè)世界的初始條件（研究對(duì)象的位置和速度），那么可以通過(guò)這些最基本的物理定律推演出任何時(shí)刻被研究對(duì)象的物理狀態(tài)。在這樣一種世界觀(guān)下，機(jī)械決定論的興起就不足為奇了，他們認(rèn)為世界的一切都是被決定好了的，上帝設(shè)置好了初始條件，于是在原則上任何時(shí)刻的一切物體的物理狀態(tài)都可以精確預(yù)測(cè)。
這種美好的世界觀(guān)，被量子力學(xué)的建立所打破了。哥本哈根學(xué)派的“概率解釋”是對(duì)量子力學(xué)的正統(tǒng)解釋?zhuān)麄儼蚜孔恿W(xué)中的波函數(shù)坍縮過(guò)程描述成只能依靠概率來(lái)描述，而不能由更基本的物理定律確定地預(yù)測(cè)出來(lái)。比如說(shuō)測(cè)量一個(gè)電子的自旋朝向（選定一個(gè)方向之后，結(jié)果要么是向上要么是向下），按照哥本哈根學(xué)派的解釋?zhuān)跍y(cè)量之前電子自旋并不具有確定的向上還是向下的朝向，只有在測(cè)量的一瞬間，波函數(shù)坍縮，然后將以一定的概率被觀(guān)測(cè)到朝上，一定的概率被觀(guān)測(cè)到朝下。
這樣一種概率解釋雖然能完美地解釋當(dāng)時(shí)的絕大多數(shù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，然而一些物理學(xué)家卻堅(jiān)信決定論，認(rèn)為哥本哈根學(xué)派的概率解釋僅僅是一種不完備的過(guò)度理論，將來(lái)通過(guò)探索一定能找到更好的理論確定的預(yù)測(cè)出實(shí)驗(yàn)結(jié)果。愛(ài)因斯坦就是這樣的決定論者之一，著名的“上帝不擲骰子”就是在這樣的情境下說(shuō)出的。愛(ài)因斯坦曾經(jīng)想到了一個(gè)絕妙的思想實(shí)驗(yàn)來(lái)反駁哥本哈根學(xué)派，史稱(chēng)EPR佯謬。然而后來(lái)的論戰(zhàn)和實(shí)驗(yàn)卻表明，愛(ài)因斯坦在這個(gè)問(wèn)題上是錯(cuò)誤的。
在EPR佯謬的基礎(chǔ)上，貝爾提出了所謂的貝爾不等式，對(duì)以下兩種情況的辨別提供了判據(jù)：量子力學(xué)的哥本哈根詮釋是正確的vs物理定律既有定域性（定域的意思即信息的傳遞速度不可超光速）又有實(shí)在性（實(shí)在性意味著有隱變量可以確定地決定實(shí)驗(yàn)的結(jié)果）是正確的。后來(lái)的實(shí)驗(yàn)表明，哥本哈根詮釋是正確的，這就意味著物理學(xué)家要么放棄光速不可逾越的限制，要么放棄物理定律的實(shí)在性。鑒于已經(jīng)有那么多的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證過(guò)光速的不可逾越，而且超光速則意味著因果性被打破，而且理論物理學(xué)家早已經(jīng)把定域性作為了各種理論的基礎(chǔ)，因此現(xiàn)在比較主流的看法是我們不得不放棄物理定律的實(shí)在性。這就意味著，在量子力學(xué)的世界里，概率解釋的確已經(jīng)是最根本的物理了，決定論在此已經(jīng)不適用。
好了，講了那么多量子力學(xué)，終于可以回到自由意志定理上來(lái)了。
自由意志定理的證明過(guò)程中用到的公理、思想實(shí)驗(yàn)和結(jié)論，其實(shí)如果了解了貝爾不等式的結(jié)論，就可以很容易理解了。論文中用到了3條公理，其中公理一是說(shuō)宇宙中存在信息傳遞速度的上限（即光速不可逾越），公理二和公理三分別關(guān)于自旋和量子糾纏，是為了保證實(shí)驗(yàn)裝置是可以存在的。這個(gè)論證用到的實(shí)驗(yàn)裝置同EPR佯謬、貝爾不等式的裝置非常類(lèi)似，都是把處于量子糾纏態(tài)的一對(duì)基本粒子分隔在很遠(yuǎn)的空間間隔處分別測(cè)量一些物理狀態(tài)。定理結(jié)論的原表述是：如果測(cè)量自旋方向的選擇不是實(shí)驗(yàn)人員可以獲得的信息的函數(shù)，那么粒子的回應(yīng)同樣也不是它們可以獲得的信息的函數(shù)。這句話(huà)的意思就是，如果人的選擇是由自由意志產(chǎn)生的，那么粒子的表現(xiàn)也同樣如此。此即自由意志定理。記得自由意志即不能由過(guò)去發(fā)生過(guò)的歷史所確定，因此其實(shí)這一結(jié)論其實(shí)和前文提到的貝爾不等式的結(jié)論非常相近。
那么這個(gè)定理到底意味著什么呢？
這就屬于對(duì)于自由意志的哲學(xué)探討了。必須分兩種不同的哲學(xué)思想來(lái)繼續(xù)討論：1.認(rèn)為自由意志=隨機(jī)；2.認(rèn)為自由不同于隨機(jī)。
1.認(rèn)為自由意志就等同于隨機(jī)。什么是自由意志？按照前面提到的論文中的定義，自由意志就是非決定論所確定。而根據(jù)量子力學(xué)，非決定論的那一部分物理現(xiàn)象，是純粹的隨機(jī)現(xiàn)象。因此在我自己的哲學(xué)觀(guān)念里，所謂的自由意志，就是隨機(jī)。你覺(jué)得你按照自己的意愿做了一個(gè)決定，實(shí)際上，還原到最基本的物理過(guò)程，無(wú)非就是一堆信息輸入到了你的大腦中，大腦按照確定的物理規(guī)律加上一些純粹的隨機(jī)現(xiàn)象，最后輸出了一個(gè)決定。沒(méi)有什么更神秘的過(guò)程了。盡管John Conway和Simon Kochen在論文中聲稱(chēng)可以區(qū)分自由和隨機(jī)（free vs random），但是我看不出這二者的本質(zhì)區(qū)別在哪里，尤其是這所謂“自由”的本源到底是什么。
在這種哲學(xué)觀(guān)下，基本粒子顯然是具有量子的隨機(jī)性的，因此它們具有自由意志。一個(gè)基本粒子都有自由意志，我們?nèi)祟?lèi)那點(diǎn)自由意志又有什么可了不起的呢。這也為制作擁有自由意志的機(jī)器人提供了一個(gè)方向：雖說(shuō)普通計(jì)算機(jī)中的隨機(jī)數(shù)發(fā)生器全部都是偽隨機(jī)數(shù)，但是可以外接一個(gè)測(cè)量自旋的裝置，以生成真正的隨機(jī)數(shù)，根據(jù)這樣真正的隨機(jī)數(shù)再加上一些確定的算法，就可以產(chǎn)生真正的自由意志。人類(lèi)也不可能從根本上把自己的自由意志與這樣的自由意志區(qū)分開(kāi)來(lái)。
2.認(rèn)為自由不等于隨機(jī)。這樣的話(huà)來(lái)看一下自由意志定理的逆否命題：如果亞原子粒子沒(méi)有自由意志，那么人也沒(méi)有。雖然直接說(shuō)人沒(méi)有真正的自由意志會(huì)讓人們感到很難接受，可是持這種哲學(xué)觀(guān)點(diǎn)的大多數(shù)人必然是相信亞原子粒子沒(méi)有自由意志的，這是一個(gè)很自然的想法。于是根據(jù)這個(gè)定理，他們就不得不接受人也沒(méi)有自由意志這個(gè)令人驚訝的命題了。這也正是很多人的哲學(xué)觀(guān)點(diǎn)：人是沒(méi)有自由意志的，所謂的自由意志只是一種假象。這里說(shuō)人沒(méi)有自由意志，并不是說(shuō)我們現(xiàn)在就可以預(yù)測(cè)出人的決定，而是一種原則上的說(shuō)法：如果我們能夠足夠好地掌握物理、生物或者其他所需學(xué)科的知識(shí)，并且我們又對(duì)一個(gè)人過(guò)去所有的經(jīng)歷、接觸到的信息有完整的了解，那么原則上說(shuō)我們就可以“依概率”預(yù)測(cè)他的決定。（這里加上“依概率”，還是考慮到底層的物理定律中有隨機(jī)的特性。）
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