作者簡(jiǎn)介：唐先一，中國(guó)科學(xué)院自然與社會(huì)交叉科學(xué)研究中心客座學(xué)者；張志林，本文通訊作者，復(fù)旦大學(xué)哲學(xué)學(xué)院教授。
人大復(fù)印：《科學(xué)技術(shù)哲學(xué)》2017 年 02 期
原發(fā)期刊：《哲學(xué)分析》2016 年第 20165 期 第 113-125 頁(yè)
關(guān)鍵詞： 自由意志/ 自由意志定理/ 非決定論性/ 知覺(jué)能力/ 單子論/
摘要：繼量子力學(xué)問(wèn)世后，自由意志定理的提出再次抨擊決定論，在學(xué)界引起熱烈反響。定理利用SPIN、TWIN和MIN三條公理清晰地證明了粒子行為的非決定論性，為最終理解自由意志觀念提供了新的途徑。但學(xué)界也有質(zhì)疑，認(rèn)為自由意志定理證明的只是非決定性，而不是自由意志。大量生物學(xué)、神經(jīng)心理學(xué)實(shí)驗(yàn)揭示了知覺(jué)與自由意志并非人類獨(dú)有，而是從人到單細(xì)胞生物呈現(xiàn)出由繁至簡(jiǎn)的漸變過(guò)程。單有非決定性顯然尚不足構(gòu)成自由意志，具有知覺(jué)能力是粒子自由意志的必要條件，自主選擇與知覺(jué)能力共同構(gòu)成了粒子自由意志的基本涵義。
一、量子力學(xué)與自由意志定理對(duì)決定論的沖擊
量子力學(xué)自建立后近一個(gè)世紀(jì)以來(lái)，已在科學(xué)技術(shù)的各個(gè)領(lǐng)域取得了巨大的成功。而與此同時(shí)，量子力學(xué)也是一個(gè)充滿爭(zhēng)議的理論。自愛(ài)因斯坦提出量子力學(xué)是、不完備的理論以來(lái)，①對(duì)其的補(bǔ)充或替代理論的追尋也從未停止。也許是習(xí)慣了經(jīng)典力學(xué)的決定論性特點(diǎn)，20世紀(jì)初的物理學(xué)家們大多認(rèn)為，像一輛小車、一個(gè)電子這樣的“死物”，其行為應(yīng)該是可以通過(guò)力學(xué)方程嚴(yán)格預(yù)測(cè)的，如愛(ài)因斯坦一言蔽之：“上帝不擲骰子。”
基于這種觀點(diǎn)，量子論所描述的粒子的概率行為當(dāng)然令人生疑。一個(gè)自然的想法是：對(duì)粒子行為不能準(zhǔn)確把握，是由于缺乏足夠的信息和理解造成的；而當(dāng)我們擁有了足夠的信息、更深的理論理解，就能準(zhǔn)確預(yù)測(cè)粒子行為。這種想法催生了一類隱參量理論(Hidden Variable Theory)。②貝爾(John Stewart Bell)在尋找玻姆式的隱參量理論時(shí)，發(fā)現(xiàn)該類理論一旦結(jié)合定域性條件，將對(duì)糾纏態(tài)粒子的可能關(guān)聯(lián)程度建立一個(gè)嚴(yán)格的數(shù)學(xué)限制，即貝爾不等式，而該不等式在量子力學(xué)中卻不一定成立。③隨著貝爾不等式被阿萊恩·阿斯派克特(Alain Aspect)等人的實(shí)驗(yàn)證偽，④定域性的隱參量理論被否定。貝爾本人也認(rèn)為：“任何定域隱變量理論都不可能重現(xiàn)量子力學(xué)的全部統(tǒng)計(jì)性預(yù)言。”然而，決定論并沒(méi)有就此被終結(jié)，尋找其他的決定性力學(xué)理論的努力至今仍在繼續(xù)，其影響根深蒂固，讓人懷疑量子論只是權(quán)宜之計(jì)。
進(jìn)入21世紀(jì)，普林斯頓大學(xué)的康韋(John Conway)和寇辰(Simon Kochen)教授提出了自由意志定理，再次給決定論以沉重打擊。⑤自由意志定理的出發(fā)點(diǎn)之一就是：我們?nèi)祟愂菗碛凶杂梢庵镜摹２⑶铱淀f等認(rèn)為這點(diǎn)上毋庸置疑，也沒(méi)有爭(zhēng)論的意義與必要。在此基礎(chǔ)之上，結(jié)合三個(gè)前提條件：SPIN—在三個(gè)彼此垂直方向上先后測(cè)量自旋，將得到兩個(gè)1一個(gè)0；TWIN—兩個(gè)糾纏的自旋1粒子，在相同方向上測(cè)量結(jié)果相同；MIN—定域性條件，可以導(dǎo)出自旋1粒子也有自由意志。
雖然因?yàn)榍疤峒僭O(shè)包含人類的自由意志，使定理不能徹底駁倒決定論，但是在此前提之下，粒子的內(nèi)稟不確定性水落石出。接受此前提，即意味著放棄對(duì)決定論性力學(xué)方程的追尋，轉(zhuǎn)而接受一個(gè)非決定論性的宇宙觀。盡管學(xué)界對(duì)自由意志定理的解讀尚存爭(zhēng)議，但對(duì)于上述觀點(diǎn)都基本贊同。⑥而人們又大多不愿否認(rèn)自己的自由意志，于是自由意志定理幾乎可以說(shuō)是宣布了決定論時(shí)代的終結(jié)。
當(dāng)然，對(duì)于人類具有自由意志這一點(diǎn)，亦有哲學(xué)流派持反對(duì)觀點(diǎn)。限于篇幅，筆者們將另行著文加以批駁和論證。下面，本文即對(duì)自由意志定理進(jìn)行介紹。
二、自由意志定理簡(jiǎn)介
康韋等的自由意志定理最初發(fā)表于2006年，被學(xué)界看作是結(jié)合了寇辰和史拜克(Ernst Specker)早前的工作與貝爾不等式思路的產(chǎn)物。⑦在一些學(xué)者的質(zhì)疑之下，⑧康韋和寇辰于2009年發(fā)表了一個(gè)改進(jìn)和加強(qiáng)了的版本。下文所介紹的，即此2009年的版本——自由意志定理(Strong Free Will Theorem)。
通過(guò)反證法，自由意志定理證明了如下事實(shí)：如果人類擁有自由意志，則基本粒子也有。其中康韋等對(duì)自由意志的定義，主要指兩層含義：(1)能在不同的可能性之中做出選擇；(2)該選擇不能由過(guò)去發(fā)生過(guò)的一切歷史所決定。即，即使掌握了整個(gè)宇宙過(guò)去所有的一切信息，也無(wú)法對(duì)該選擇作出準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。
定理預(yù)設(shè)人類具有自由意志，其中當(dāng)然包含了：實(shí)驗(yàn)者可以自由地選擇在哪個(gè)方向上測(cè)量粒子的自旋。在此基石之上，定理的證明還需要三條基本公理：SPIN、TWIN和MIN。依次介紹如下：
SPIN：對(duì)一個(gè)自旋1粒子，依次在空間三個(gè)彼此垂直的方向上測(cè)量其自旋的平方，總是得到兩個(gè)1，一個(gè)0，按某種順序。(該公理是量子力學(xué)的嚴(yán)格推論。)
TWIN：兩個(gè)自旋1粒子可以建立起這樣的關(guān)聯(lián)，使得當(dāng)它們?cè)谙嗤较蛏媳粶y(cè)量自旋平方時(shí)，總是給出相同的1或0的結(jié)果。這樣兩個(gè)粒子叫做“twinned”。進(jìn)一步地，若實(shí)驗(yàn)者A對(duì)粒子a依次在三個(gè)彼此垂直方向x、y、z上測(cè)量自旋平方，而實(shí)驗(yàn)者B對(duì)粒子b在w方向上測(cè)量自旋平方，且恰好w與x、y、z中的一個(gè)方向相同，則實(shí)驗(yàn)者B測(cè)得結(jié)果將與該方向上A測(cè)得的結(jié)果一致。(twinned即量子糾纏，只要兩個(gè)粒子建立了量子糾纏，此公理即可由量子力學(xué)嚴(yán)格導(dǎo)出。)
MIN：當(dāng)實(shí)驗(yàn)者A和B處于類空間隔之中，分別進(jìn)行測(cè)量實(shí)驗(yàn)時(shí)，實(shí)驗(yàn)者B可以憑其自由意志自由地從33個(gè)候選方向中選擇一個(gè)w方向，來(lái)測(cè)量粒子b的自旋平方，而該選擇不會(huì)對(duì)粒子a產(chǎn)生任何影響；同樣地，實(shí)驗(yàn)者A也可以完全自由地從33個(gè)候選方向中選取三個(gè)彼此垂直的方向x、y、z(共40種不同的選取可能)來(lái)測(cè)量粒子a，且此選取也不會(huì)影響到粒子b。(此即定域性條件：處于類空間隔中的事件彼此不能影響。由相對(duì)論和因果的時(shí)序性嚴(yán)格保證。)
在有了這三條公理之后，給出定理的嚴(yán)格證明之前，還需要介紹一個(gè)數(shù)學(xué)上的事實(shí)——寇辰—史拜克佯謬：⑨在如下圖所示的空間33個(gè)方向上，若給每個(gè)方向上都安排一個(gè)0或1的數(shù)值，則不可能存在這樣一種安排，使得任意三個(gè)彼此垂直的方向上，都恰被安排有兩個(gè)1和一個(gè)0。
圖1(a)，寇辰—史拜克佯謬中所選取的空間的33個(gè)方向(引自康韋等的論文，2009)
圖1(b)，寇辰—史拜克佯謬中所選取的空間的33個(gè)方向(引自康韋等的論文，2009)
于是，以反證法來(lái)證明自由意志定理：假設(shè)待測(cè)的自旋1粒子沒(méi)有自由意志，即其行為服從決定論。那么，在每次測(cè)量即將開(kāi)始之前，其測(cè)量結(jié)果就已經(jīng)可以預(yù)先確定。現(xiàn)在，由于實(shí)驗(yàn)者B具有自由意志，可以在33個(gè)方向中任意選擇，這樣粒子b必須面對(duì)所有33種可能，任意一個(gè)方向w的測(cè)量，它都必須有一個(gè)0或1的結(jié)果。這樣，一個(gè)決定論的粒子就必須有一個(gè)“萬(wàn)全的腳本”，即，其測(cè)量結(jié)果是之前整個(gè)宇宙的歷史和w的函數(shù)，記之為β=β(H0，w)，完全可以預(yù)先確定。其中H0代表整個(gè)宇宙之前的完備信息，w可在33個(gè)方向中選一，β只能等于0或1。
現(xiàn)在再來(lái)看實(shí)驗(yàn)者A和粒子a，當(dāng)A進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，他知道對(duì)粒子b的實(shí)驗(yàn)也正在類空間隔中進(jìn)行，但由于身處類空間隔之中，他既無(wú)從知道實(shí)驗(yàn)者B選擇了哪個(gè)方向，也不知道粒子b的測(cè)量結(jié)果。但是，實(shí)驗(yàn)者A確定地知道：在33個(gè)方向中，每個(gè)都有可能是w，而對(duì)每一個(gè)可能的w，粒子b都會(huì)給出明確的測(cè)量結(jié)果β。于是，可將之記為β(w)，也就是“萬(wàn)全的腳本”，且β(w)=β(H0，w)，這就構(gòu)成了一個(gè)分布于33種可能的w上的函數(shù)。由于公理TWIN，實(shí)驗(yàn)者A知道，當(dāng)他進(jìn)行測(cè)量時(shí)，將在任意方向得到和B完全相同的結(jié)果，即他的測(cè)量結(jié)果也將必須符合函數(shù)β(w)。而另一方面，實(shí)驗(yàn)者A擁有自由意志，他是可以任意選擇三個(gè)彼此垂直的方向進(jìn)行測(cè)量的，由公理SPIN，三個(gè)測(cè)量結(jié)果必定是兩個(gè)1，一個(gè)0。這樣，函數(shù)β(w)就必須滿足這樣的性質(zhì)：在任意三個(gè)彼此垂直的方向上，函數(shù)β(w)給出的值為兩個(gè)1，一個(gè)0。然而，寇辰—史拜克佯謬已經(jīng)證明，這樣的函數(shù)β(w)是不存在的，故導(dǎo)出了矛盾!所以粒子必須具有自由意志。
回顧自由意志定理的整個(gè)邏輯鏈條，可見(jiàn)其為：
人有自由意志+SPIN+TWIN+MIN+決定論的粒子→矛盾
正如康韋等在其論文中所述：SPIN、TWIN、MIN三條公理告訴了我們，自旋1粒子面對(duì)三個(gè)彼此垂直方向上自旋平方的測(cè)量時(shí)，其反應(yīng)必須是自由的。
自由意志定理在貝爾不等式工作的基礎(chǔ)上更進(jìn)了一步。因?yàn)樵诮Y(jié)果上，貝爾不等式只是否定了所有定域性的隱參量理論；而自由意志定理，在承認(rèn)人類自由意志的前提下，否定了所有決定論性地描述粒子行為的理論。在前提假設(shè)上，貝爾不等式需要隱參量的靜態(tài)系綜條件；而自由意志定理要求的SPIN、TWIN、MIN三公理更普適，也更弱，可以說(shuō)并不直接依賴量子力學(xué)。⑩實(shí)驗(yàn)上，貝爾不等式需要較苛刻的實(shí)驗(yàn)條件，(11)而自由意志定理只需一個(gè)假想實(shí)驗(yàn)。
三、學(xué)界對(duì)自由意志定理的反饋
自由意志定理的發(fā)表引起了學(xué)界熱烈的反響。其中當(dāng)然有眾多支持的聲音，如施特勞曼(Norbert Straumann)對(duì)自由意志定理的另一證明進(jìn)路；(12)阿倫茨(Felix Arends)等人的工作，認(rèn)為康韋等的證明可以進(jìn)一步簡(jiǎn)化，33個(gè)自由選擇的測(cè)量方向可減少至18個(gè)。(13)也有學(xué)者討論了自由意志定理進(jìn)一步的應(yīng)用和影響，其中科爾貝克(Colbeck)的工作可能對(duì)量子論有著相當(dāng)?shù)囊饬x。(14)
當(dāng)然，也有反對(duì)的觀點(diǎn)。例如，梅農(nóng)(Menon)撰文指出，(15)自由意志定理能論證粒子的非決定性意義不大，此結(jié)論早已暗含于其兩條前提假設(shè)中：其一，由粒子構(gòu)成的人是非決定性的；其二，TWIN實(shí)為量子力學(xué)的嚴(yán)格推論，而量子力學(xué)所描述的粒子當(dāng)然是非決定性的。梅農(nóng)進(jìn)一步提出懷疑：既然SPIN、TWIN、MIN加決定論的粒子導(dǎo)出了矛盾，可能不是粒子有自由意志，而是MIN有問(wèn)題，即因果時(shí)序性可能并不嚴(yán)格成立!(即未來(lái)可以影響過(guò)去，但其并未就之展開(kāi)。)
戈?duì)柎奶?Goldstein)等則認(rèn)為，(16)因?yàn)槎ɡ淼那疤嶂邪ㄓ蛐詶l件，其當(dāng)然能證明量子力學(xué)與決定論矛盾，這是貝爾不等式已經(jīng)完成的工作，毫無(wú)新意。
另一種反對(duì)來(lái)自霍爾(Hall)和巴雷特(Barrett)，(17)就如同TWIN所展示的，粒子a、b的選擇具有極強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性(總是相同)。而如果身處類空間隔中的實(shí)驗(yàn)者A、B在“自由”選擇方向x、y、z、w時(shí)，其選擇因某種原因(例如參加同一研究項(xiàng)目，受過(guò)相同培訓(xùn)等)而具有一定的關(guān)聯(lián)性，則定理的推導(dǎo)將失效。于是，實(shí)驗(yàn)者測(cè)量選擇間的關(guān)聯(lián)性能否被排除成了一個(gè)關(guān)鍵性問(wèn)題。隨后，2012年，科爾貝克等在《自然》上發(fā)表論文證明：只要兩名實(shí)驗(yàn)者的選擇有一定程度的彼此獨(dú)立，則此獨(dú)立性可通過(guò)技術(shù)過(guò)程被放大，達(dá)到完全的隨機(jī)而擯除所有的關(guān)聯(lián)性。(18)自由意志定理被挽救了。
最嚴(yán)峻的反對(duì)觀點(diǎn)是：自由意志定理所證明的只是非決定性(indeterministic)，而不是自由意志(free will)。如梅拉利(Merali)和莫德琳(Maudlin)等所述：粒子非決定性的行為，充其量只是一種隨機(jī)性(randomness)的體現(xiàn)，既不能被稱為自由意志，也不清楚如何能以之來(lái)構(gòu)建出人類的自由意志；粒子的行為是自由的，但沒(méi)有體現(xiàn)出意志。(19)關(guān)于這個(gè)爭(zhēng)論，目前的文獻(xiàn)沒(méi)能很好地給出解決方案，本文第六節(jié)中將就此做進(jìn)一步解決。
就這一點(diǎn)，康韋和寇辰其實(shí)也提出了反駁，(20)他們認(rèn)為自由意志定理所揭示的不可能是隨機(jī)性。因?yàn)樗械碾S機(jī)性都可以從一個(gè)事先制備的隨機(jī)數(shù)列當(dāng)中來(lái)依次提取，從而獲得實(shí)現(xiàn)。但自由意志定理證明了所有的選擇必須是新鮮的，不可能是事先預(yù)存的，因此不是隨機(jī)性。然而，這個(gè)說(shuō)法，康韋等其實(shí)是收窄了隨機(jī)性的概念范圍，即認(rèn)為“新鮮的隨機(jī)”不是隨機(jī)。但事實(shí)可能并非如此，因?yàn)榱Ｗ拥倪@種量子不確定性恰恰是量子信息技術(shù)中的一個(gè)重要隨機(jī)源。(21)盡管如此，康韋等據(jù)此進(jìn)一步地聲稱：自由意志定理不僅排除了決定論性的理論，也排除了所有隨機(jī)過(guò)程演化類的理論。此類理論的進(jìn)路是在原先決定論性的力學(xué)方程中添入隨機(jī)性，使之能夠給出與實(shí)驗(yàn)相符的統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)，從而成為量子力學(xué)的替代理論，典型例子是GRW模型。
圖莫爾卡(Roderich Tumulka)等GRW模型的支持者隨即做出反擊，(22)認(rèn)為事先制備的隨機(jī)數(shù)列這一提法不妥，這等同于抹殺了GRW可以擁有“新鮮的隨機(jī)”。但同時(shí)，圖莫爾卡也承認(rèn)在GRW模型中，類空間隔里的新鮮隨機(jī)之間存在相互影響，從而使得該理論中，在A處的新鮮隨機(jī)結(jié)果，在某些慣性參照系中看來(lái)，將勢(shì)必逆時(shí)間之流，影響在B處的過(guò)去發(fā)生的隨機(jī)結(jié)果。但其認(rèn)為這種對(duì)因果時(shí)序性的破壞是可以接受的。持相同觀點(diǎn)的還有吉鑫(Gisin)，(23)其建議將GRW理論中的隨機(jī)分作兩個(gè)層次：理論預(yù)言的隨機(jī)分布函數(shù)(probablity distribution)和隨機(jī)結(jié)果真實(shí)發(fā)生(realization)。雖然后者如康韋所言會(huì)破壞嚴(yán)格的因果時(shí)序，但前者不會(huì)。故而GRW理論仍然在可以接受之范疇。
四、自由意志定理的意義
首先，自由意志定理非常清晰地證明：基本粒子的行為是非決定論的。它們?cè)诒粶y(cè)量時(shí)的行為，即便人們擁有整個(gè)宇宙之前的所有信息，也無(wú)法精確預(yù)測(cè)。這對(duì)試圖尋找決定論性的力學(xué)理論，例如隱參量類理論，無(wú)疑是巨大的否定。雖然，定理本身并不能否定決定論，因?yàn)槠淝疤峒僭O(shè)中已經(jīng)先行排除了決定論的可能，但是，定理給出了一條非常清晰而堅(jiān)固的邏輯鏈條，即只要實(shí)驗(yàn)者具有自由意志，則基本粒子也有。而人具有自由意志，是難以反駁的，不然無(wú)異于承認(rèn)我們所有的研究工作，都是百億年前就已經(jīng)既定的——無(wú)疑是荒謬的。
定理的這一意義其實(shí)宣告了：基本粒子也有自由，故而整個(gè)宇宙都有。宇宙的未來(lái)并不確定，由人類和其他所有物質(zhì)共同來(lái)描繪。正如蘇亞雷斯(Suarez)的論文指出的，(24)這種不確定性，可能比量子力學(xué)本身更為基本。如同牛頓力學(xué)所揭示的動(dòng)量守恒定律，到了相對(duì)論中仍然成立；也許有一天，量子論被更先進(jìn)的理論取代，而物質(zhì)的自由意志、未來(lái)的不確定性將仍然存在。
其次，自由意志定理為最終解釋我們?nèi)祟惖淖杂梢庵咎峁┝丝赡艿倪M(jìn)路。量子力學(xué)之前的牛頓力學(xué)，是完全決定論的，整個(gè)宇宙如同精密的機(jī)械座鐘般運(yùn)轉(zhuǎn)著。在這樣一個(gè)力學(xué)框架之內(nèi)，是不可能解釋人類的自由意志的。故而，如經(jīng)典物理學(xué)家們所信奉的，力學(xué)是描述“死物”的；而如何描述人類意識(shí)則不在此框架之中。可以說(shuō)，該問(wèn)題被回避了，正如彭羅斯(Penrose)的書(shū)中指出的。(25)但如今，有了量子力學(xué)和自由意志定理，便提供了這樣一種空間和可能：物質(zhì)系統(tǒng)本身就是非決定性的，可能做出全新的決策。(26)康韋等人也說(shuō)：人類的自由意志可被看作由基本粒子的自由意志組合而成。與他們的觀點(diǎn)遙相呼應(yīng)的是圣塔菲學(xué)院考夫曼教授(Kauffman)的觀點(diǎn)：大腦在接受外部信息之后，可能做出若干種宏觀經(jīng)典的行為反應(yīng)。而具體做出其中的一種反應(yīng)，對(duì)應(yīng)了一個(gè)量子波包坍縮的過(guò)程；而決定了具體坍縮到哪一種反應(yīng)，則是人的自由意志發(fā)生作用的結(jié)果。(27)
第三，定理的一個(gè)引申意義在于：揭示了量子力學(xué)可能是預(yù)測(cè)能力最好的理論。這其實(shí)并不是康韋他們的工作，而是科爾貝克等人基于自由意志定理所做的工作。(28)他們從數(shù)學(xué)上證明了，由于粒子具有自由意志，不可能存在另外的理論，能在統(tǒng)計(jì)意義上對(duì)粒子行為做出更加精準(zhǔn)的刻畫(huà)。而這是一條非常強(qiáng)的觀點(diǎn)，否定了所有試圖尋找比量子力學(xué)更精確理論的努力。這樣一來(lái)，原來(lái)只是實(shí)驗(yàn)上到目前為止都支持量子力學(xué)，現(xiàn)在就成了實(shí)驗(yàn)上支持預(yù)測(cè)能力上沒(méi)有比量子論更好的理論。這既是對(duì)量子論的巨大肯定，也為粒子們的自由意志留下了不容侵犯的領(lǐng)地。
第四，自由意志定理揭示了自由意志帶有某種非定域性的色彩。因?yàn)閺目淀f他們的假想實(shí)驗(yàn)中可以看出，處于類空間隔中的兩個(gè)粒子，其各自做出自由選擇卻能彼此保持一致。這體現(xiàn)了量子關(guān)聯(lián)的非定域性。對(duì)于這種非定域性，一個(gè)最強(qiáng)的解讀來(lái)自吉鑫的文章，(29)他認(rèn)為自由意志既不能從過(guò)去的時(shí)間導(dǎo)出，又處于類空間隔，卻能保持一致，這說(shuō)明了自由意志具有“超越時(shí)空”的非定域性。這個(gè)結(jié)論可能偏強(qiáng)，因?yàn)槿糇屑?xì)查看量子理論和相關(guān)實(shí)驗(yàn)，可以看出，一個(gè)簡(jiǎn)潔平實(shí)的解讀是：介由量子糾纏，兩粒子間存在某種默契，而此默契是非定域性的。故而，本文的提法是：自由意志帶有某種非定域性的色彩。康韋等的定理中也提到了這一點(diǎn)，并抱以積極的態(tài)度，認(rèn)為正是這種非定域性，揭露了基本粒子亦有自由意志這一事實(shí)。
盡管自由意志定理有著堅(jiān)固的邏輯和重要的意義，學(xué)界對(duì)之仍存疑問(wèn)和爭(zhēng)議。一個(gè)重要的疑問(wèn)是：人類的自由意志與粒子的非決定性行為，可說(shuō)有本質(zhì)性的差別。若真如康韋和寇辰所說(shuō)，人的自由意志是由粒子的自由意志構(gòu)成的，那如何構(gòu)成?而一條重要的反駁則是：非決定論性，是否能等同于自由意志?尤其是考慮一個(gè)粒子的行為，更像是隨機(jī)性，而隨機(jī)性怎能等同于自由意志呢?(30)下文將就此兩點(diǎn)，結(jié)合有關(guān)文獻(xiàn)，來(lái)做一番探討。
五、從粒子到人
在宏觀低速的世界中，大多數(shù)沒(méi)有生命的“死物”都不體現(xiàn)自由意志，而服從決定論性的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。例如，集成電路中的大量電子、不斷衰變的核燃料等。這是因?yàn)樵诤暧^層面，粒子的自由意志為統(tǒng)計(jì)平均所掩蓋。
但在生物系統(tǒng)中，情況可能并非如此。有研究顯示，基本粒子的不確定性，可能導(dǎo)致生物化學(xué)反應(yīng)中的不確定性，并可能反而對(duì)生存競(jìng)爭(zhēng)有利。(31)亦有綜述論文概覽了基因的表達(dá)過(guò)程中存在著大量的內(nèi)稟的隨機(jī)性(32)——即便在基因序列、環(huán)境因素全同的情況之下，并討論了其進(jìn)化論意義上的好處。
黏菌群是由許多相似的黏菌細(xì)胞構(gòu)成的集合體。普林斯頓大學(xué)的邦納(Bonner)和格雷戈?duì)?Gregor)等發(fā)現(xiàn)，黏菌細(xì)胞之間通過(guò)釋放和接收一種化學(xué)物質(zhì)cAMP進(jìn)行溝通和交流，(33)由之組成菌團(tuán)，協(xié)調(diào)行動(dòng)，移動(dòng)覓食。悉尼大學(xué)的拉蒂(Latty)等，對(duì)質(zhì)量為0.01克的黏菌群做了生物行為策略的研究，發(fā)現(xiàn)其能權(quán)衡環(huán)境因素與食物質(zhì)量，并做出具有內(nèi)稟不確定性的決策。(34)
梅耶(Maye)等人對(duì)果蠅的行為研究中，也發(fā)現(xiàn)了內(nèi)稟的不確定性，并認(rèn)為他們的實(shí)驗(yàn)支持了果蠅具有自由意志。(35)大腦中的神經(jīng)細(xì)胞，其電脈沖行為也包含大量的自發(fā)性和不確定性。(36)鮑盧什考(Baluska)等學(xué)者發(fā)現(xiàn)，與大腦中神經(jīng)元的溝通決策相類似的過(guò)程和機(jī)制也存在于植物繁茂的根系之中。(37)高等動(dòng)物的行為更是與人類接近，展現(xiàn)出不確定性和自由意志。(38)最后，當(dāng)把研究的視線投向我們?nèi)祟悤r(shí)，大腦的行為決策也具有非常大的不確定性，個(gè)人的行為總是難以被精準(zhǔn)地預(yù)測(cè)。
由上述研究工作，我們可以大致地得出如下結(jié)論：
結(jié)論一：在生物系統(tǒng)中，粒子的不確定性并沒(méi)有完全被統(tǒng)計(jì)平均所掩蓋，而是能在宏觀行為中體現(xiàn)出來(lái)。
結(jié)論二：自由意志并不是人類所專有，從人到果蠅、植物、黏菌，自由意志體現(xiàn)出一個(gè)從復(fù)雜到簡(jiǎn)單的漸變過(guò)程。
這樣，結(jié)合自由意志定理所揭示的，可以做出內(nèi)稟不確定選擇的粒子，使我們有理由相信：基本粒子也擁有某種極簡(jiǎn)的自由意志。
結(jié)論三：知覺(jué)也并非人類專有，而是從人到黏菌都有，亦是從復(fù)雜到簡(jiǎn)單的漸變。
粒子自由意志的選擇，可以被實(shí)驗(yàn)測(cè)得。而“知覺(jué)”卻具有隱蔽性。我們有理由設(shè)問(wèn)：粒子是否也具有極簡(jiǎn)的知覺(jué)，就如同萊布尼茨(Gottfried Wilhelm Leibniz)所說(shuō)的無(wú)機(jī)物有“微知覺(jué)”、動(dòng)物有知覺(jué)、人類有統(tǒng)覺(jué)，是一個(gè)漸變過(guò)程?(39)
第四，就我們?nèi)祟惗裕覀凅w驗(yàn)到擁有一個(gè)“完整、復(fù)雜、單一”的意識(shí)；同時(shí)，生物學(xué)明確無(wú)誤地告訴我們，人腦由大約100億個(gè)神經(jīng)元構(gòu)成，其間由100萬(wàn)億個(gè)神經(jīng)突觸進(jìn)行聯(lián)通。如果我們認(rèn)定以上兩點(diǎn)都是事實(shí)，且后者是前者的物質(zhì)基礎(chǔ)和保障的話，則可進(jìn)一步導(dǎo)出：一旦神經(jīng)元間的聯(lián)接被破壞，我們精神體驗(yàn)的完整性和單一性將被破壞，取而代之的是“碎片的、非單一的”體驗(yàn)。例如，一些癲癇病人在胼胝體切斷手術(shù)之后，表現(xiàn)出似乎有兩個(gè)獨(dú)立的自我同時(shí)存在。(40)
埃爾德里奇(Eldridge)的論文(41)詳細(xì)記載了一位稱作L.B.的病人，該人1952年出生，3歲開(kāi)始發(fā)作癲癇，1965年進(jìn)行胼胝體切斷手術(shù)，成為“裂腦人”。盡管術(shù)后恢復(fù)很好，L.B.逐漸顯現(xiàn)出一個(gè)奇怪的后遺癥：左手不受控制。據(jù)稱，他感覺(jué)自己的左手有一個(gè)“wicked will of its own”。他的左手會(huì)自行去毆打朋友家的狗，會(huì)阻止他用餐，會(huì)將門(mén)猛地關(guān)上來(lái)撞他。而且他越試圖去控制，“the wilder it gets”，并會(huì)表現(xiàn)出更強(qiáng)的攻擊性。L.B.稱之為一場(chǎng)“battle of wills”。雷伊(Reay)等總結(jié)，(42)此左手就像一個(gè)L.B.不得不接受的惡魔，來(lái)作為治好癲癇的代價(jià)。由L.B.的例子，我們已經(jīng)可以清晰地看出，其實(shí)“裂腦人”的神經(jīng)系統(tǒng)中，存在著不止一個(gè)獨(dú)立意志。而從謝克特(Schechter)的論文中，(43)更是可以通過(guò)特殊設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)來(lái)揭示這一點(diǎn)，從而使得人類意志是若干“agency”組合而成的觀點(diǎn)逐漸進(jìn)入了學(xué)界視野。
人類大腦中的一小片擁有數(shù)萬(wàn)神經(jīng)細(xì)胞的區(qū)域，其生物特性則和黏菌其實(shí)極其相似——都是一群用化學(xué)或電信號(hào)相互溝通的同種細(xì)胞。如黏菌，這一小片區(qū)域也應(yīng)擁有其簡(jiǎn)單的自由意志。若將其與周圍的神經(jīng)聯(lián)結(jié)破壞，則其必定將表現(xiàn)出獨(dú)立的自由意志。由之可得結(jié)論四：人類自由意志是一種拼裝組合的結(jié)果，由大腦的更細(xì)微的結(jié)構(gòu)之簡(jiǎn)單自由意志組合而來(lái)。這很類似幾個(gè)人做一項(xiàng)需要緊密配合的任務(wù)，隨著配合的熟練和專注，他們可能會(huì)感覺(jué)幾人構(gòu)成了一個(gè)整體。而大腦的情況可能也是如此。
六、隨機(jī)、還是自由意志?粒子有知覺(jué)嗎?
下面就非決定性能否等同于自由意志的爭(zhēng)論進(jìn)行探討。
在康韋等人的自由意志定理的理論框架中，此二者是約同的。因?yàn)樗麄冋J(rèn)為，能主動(dòng)地在若干可能中選擇，就必然體現(xiàn)了自由意志。學(xué)界對(duì)此的批評(píng)很尖銳，(44)如果用量子的隨機(jī)性來(lái)解釋人類的自由意志，則人類其實(shí)并不能真正控制自身的行為；我們只是從服從決定論的機(jī)器，變成了隨機(jī)的機(jī)器。考夫曼的文章也指出了這一點(diǎn)(45)：當(dāng)我們?cè)噲D用量子力學(xué)的隨機(jī)性來(lái)解釋自由意志時(shí)，會(huì)有這樣一個(gè)難題，即如何構(gòu)建一個(gè)真正的、可以擔(dān)負(fù)責(zé)任的自由意志(real and responsible free will)；假設(shè)當(dāng)我走在街道上，這時(shí)，我大腦中的一個(gè)放射性原子突然衰變了，讓我產(chǎn)生了一個(gè)后續(xù)的行為來(lái)殺死了街邊的一個(gè)老人(這里隱喻薛定諤的貓)；沒(méi)錯(cuò)，我是有自由意志的，但殺死老人卻不是我的錯(cuò)，因?yàn)槟侵皇窃拥碾S機(jī)量子行為!可見(jiàn)，非決定性究竟是隨機(jī)(random)，還是自由意志(free will)是一個(gè)嚴(yán)肅的問(wèn)題。如莫德琳和考夫曼指出，隨機(jī)的話，將不可控、不對(duì)應(yīng)責(zé)任。
其實(shí)這個(gè)問(wèn)題如果放到日常生活中，就非常好理解。精神病人殺人是免責(zé)的，而正常人殺人是要負(fù)刑事責(zé)任的，但若是不知情的情況下因?yàn)檫^(guò)失或疏忽的，可部分免責(zé)。(46)這里，精神病人的行為就類似隨機(jī)的，而正常人的選擇是自由意志。由之，可以清晰地看出：要達(dá)成“負(fù)責(zé)任的自由意志”(responsible free will)至少需要具備三個(gè)要素：知曉情況、知曉后果和自主選擇。
經(jīng)由康韋等的自由意志定理，“自主選擇”這一要素即便基本粒子也可以擁有，沒(méi)有問(wèn)題。而“知曉”的要素仍然缺失!知曉必是基于知覺(jué)的，于是我們?cè)O(shè)問(wèn)：基本粒子有“知覺(jué)”嗎?
首先可以斷言的是，若基本粒子有自由意志，則其必有知覺(jué)。否則，它的“自主選擇”便只能是絕對(duì)盲目的，淪為隨機(jī)，而根本談不上自由意志。因此擁有“知覺(jué)”是粒子具有自由意志的必要條件。
其次，認(rèn)為基本粒子具有知覺(jué)，絕不是生硬的或是突兀的，而是理?yè)?jù)充足。一方面，從上文所述生物系統(tǒng)和腦科學(xué)研究實(shí)例可見(jiàn)，如同自由意志可以逐層降解一樣，知覺(jué)亦是從人到黏菌都有，是從繁至簡(jiǎn)的漸變；另一方面，認(rèn)為粒子具有知覺(jué)的思想早在萊布尼茨的單子論中就已經(jīng)明確提出了：“不能因此就說(shuō)，單純實(shí)體是沒(méi)有任何知覺(jué)的，根據(jù)以上所說(shuō)，這是決不可能的……特殊狀態(tài)不是別的，就是它的知覺(jué)。”(47)“物質(zhì)的最小的部分中，也有一個(gè)隱德萊希。(注：“隱德萊希”最早源于亞里士多德的《論靈魂》，指生物的本質(zhì)中非物質(zhì)的部分，即靈魂。)”(48)“每個(gè)單子也都像靈魂一樣具有知覺(jué)和欲望。”(49)
康韋等揭示了粒子的“自主選擇”，這無(wú)疑從一個(gè)方面論證了粒子的自由意志。因?yàn)椤白灾鬟x擇”反映了一種能動(dòng)性，說(shuō)明了粒子具有某種活性或精神性。但是自上文可見(jiàn)，僅僅“自主選擇”是不夠的，自由意志需要“知覺(jué)”。故此，筆者在此鄭重提出：
粒子既然能“自主選擇”，也必定具備“知覺(jué)能力”，此二者共同構(gòu)成了粒子自由意志的基本涵義。
下面對(duì)粒子的知覺(jué)能力做清晰的定義和刻畫(huà)：
(1)知覺(jué)能力是粒子的一種內(nèi)稟能力。
(2)當(dāng)粒子面臨各種可能的選擇時(shí)，例如放射性原子核是否衰變等，粒子可以知覺(jué)到這些可能選擇。該知覺(jué)是對(duì)粒子自身及與之發(fā)生相互作用的局部外界環(huán)境的一種表達(dá)和反映。
(3)當(dāng)粒子做出自主選擇時(shí)，其自由意志對(duì)該選擇不僅具有自主把握的能力，而且能知覺(jué)它選擇了諸可能性中的哪一個(gè)，而不是完全盲目的、無(wú)知的。
至此，我們可以對(duì)第四節(jié)結(jié)尾處的兩點(diǎn)質(zhì)疑和反駁作答：第一，人的自由意志是一種拼裝組合的結(jié)果，由大腦的更細(xì)微的結(jié)構(gòu)之簡(jiǎn)單自由意志組合而來(lái)；而最終，是由粒子的自由意志由簡(jiǎn)至繁，極其精巧地組合而成。第二，若單是非決定性，尚不足以構(gòu)成自由意志；粒子的自由意志是由其知覺(jué)能力和自主選擇能力共同構(gòu)成的。
當(dāng)然，筆者引入知覺(jué)能力絕不僅僅限于替康韋等豐滿其自由意志之內(nèi)涵。結(jié)合自主選擇與知覺(jué)能力，并將此二者與能量這一基本物理量緊密相連，本文作者已建立起一種新穎的科學(xué)哲學(xué)理論，揭示了物質(zhì)實(shí)體知覺(jué)的權(quán)利與范圍，重新刻畫(huà)量子力學(xué)中的測(cè)量過(guò)程，并最終解決了量子測(cè)量問(wèn)題。(50)關(guān)于該科學(xué)哲學(xué)理論的進(jìn)一步闡述，限于篇幅原因，不在此展開(kāi)，將于近期另行論著發(fā)表，敬請(qǐng)期待!
注釋：
①A.Einstein et al.,Can Quantum-Mechanical Description of Physical Reality Be Considered Complete?,Phys.Rev.,Vol.47,p.777.
②D.Bohm,A Suggested Interpretation of the Quantum Theory in Terms of 'Hidden' Variables II',Physical Review,Vol.85,pp.180-193.
③J.Bell,On the Einstein Podolsky Rosen Paradox,Physics,1(3) 1964,pp.195-200.
④A.Aspect et al.,Experimental Tests of Realistic Local Theories via Bell's Theorem,Phys.Rev.Lett.,Vol.47,p.460.
⑤JH.Conway & S.Kochen,The Strong Free Will Theorem,Notices of the American Mathematical Society,Vol.56,pp.226-232.
⑥Z.Merali,Are Humans the Only Free Agents in the Universe?,in Is science compatible with free will?,edited by A.Suarez & P.Adams,New York:Springer,2013.
⑦JH.Conway & S.Kochen,The Free Will Theorem,Foundations of Physics,Vol.36,pp.1441-1473.
⑧R.Tumulka,Comment on 'The Free Will Theorem',Foundations of Physics,Vol.37,pp.186-197.
⑨S.Kochen & EP.Specker,The Problem of Hidden Variables in Quantum Mechanics,Journal of Mathematics and Mechanics,Vol.17,pp.59-87.
⑩J.Bell,Introduction to the Hidden-variable Question,in Foundations of Quantum Mechanics(Proceedings of the International School of Physics 'Enrico Fermi',course IL),edited by B.d'Espagnat,New York:Academic,1971,pp.171-181.Z.Merali,Are Humans the Only Free Agents in the Universe?,in Is science compatible with free will ? edited by A.Suarez & P.Adams,New York:Springer,2013.
(11)M.Ginstina et al.,Bell Violation Using Entangled Photons Without the Fair-sampling Assumption,Nature,Vol.497,pp.227-230.
(12)N.Straumann,A Simple Proof of the Kochen-Specker Theorem on the Problem of Hhidden Variables,arXiv:0801.4931[quant-ph],2010.
(13)F.Arends et al.,On Searching for Small Kochen-Specker Vector Systems,Graph-Theoretic Concepts in Computer Science,Vol.6986,2011,pp.23-34.
(14)R.Colbeck,No Extension of Quantum Theory Can Have Improved Predictive Power,Nature Communications 2,2011,Article number:411.
(15)T.Menon,The Conway-Kochen Free Will Theorem,http://philosophyfaculty.ucsd.edu/faculty/wuthrich/PhilPhys/MenonTarun2009Man_FreeWillThm.pdf,2010,accessed Dec 10,2014.
(16)S.Goldstein et al.,What Does the Free Will Theorem Actually Prove?,Notices of the American Mathematical Society,Vol.57,pp.1451-1453.
(17)M.Hall,Local Deterministic Model of Singlet State Correlations Based on Relaxing Measurement Independence,Phys.Rev.Lett.,2010,105,250404.J.Barrett et al.,How Much Measurement Independence is Needed to Demonstrate Nonloeality?,Phys.Rev.Lett.,2011,106,100406.
(18)R.Colbeck,Free Randomness Can Be Amplified,Nature Physics,Vol.8,pp.450-453.
(19)Z.Merali,Are Humans the Only Free Agents in the Universe?,in Is Science Compatible with Free Will? edited by A.Suarez & P.Adams,New York:Springer,2013.
(20)JH.Conway & S.Kochen,Reply to Comments of Bassi,Ghirardi,and Tumulka on the Free Will Theorem,Foundations of Physics,Vol.37,pp.1643-1647.
(21)S.Pironio et al.,Random Numbers Certified by Bell's Theorem,Nature,Vol.464,pp.1021-1024.
(22)R.Tumulka,Comment on 'The Free Will Theorem',Foundations of Physics,Vol.37,pp.186-197.
(23)N.Gisin,The Free Will Theorem,Stochastic Quantum Dynamics and True Becoming in Relativistic Quantum Physics,arXiv:1002.1392[quant-ph],2010.
(24)A.Suarez,Quantum Randomness Can Be Controlled by Free Will:A Consequence of the Before-before Experiment,arXiv:0804.0871[quant-ph],2009.
(25)R.Penrose,Shadows of the Mind,Oxford University Press,1994.
(26)R.Kane,Can a Traditional Libertarian on Incompatibilist Free Will Be Reconciled with Modem Science? Steps Towards a Positive Answer.,in Is Science Compatible with Free Will?,edited by A.Suarez & P.Adams,New York:Springer,2013.
(27)S.Kauffman,Physics and Five Problems in the Philosophy of Mind,arXiv:0907.2494[physic.hist-ph],2009.
(28)R.Colbeck,No Extension of Quantum Theory Can Have Improved Predictive Power,Nature Communications,2011,2,Article number:411.
(29)N.Gisin,Are There Quantum Effects Coming from Outside Space-time? Nonlocality,free will and 'no many worlds',in Is science compatible with free will?,edited by A.Suarez & P.Adams,New York:Springer,2013.
(30)S.Kauffman,Answering Descartes:Beyond Turing,in The Once and Future Turing,edited by Barry Cooper and Andrew Hodges,Cambridge:Cambridge University Press,2012.
(31)A.Levi,Free Will with Afterthoughts:A Quasichemical Model,Journal of Theoretical Chemistry,2013,Vol.2013,Article ID 902423.T.Firman et al.,Competition Enhances Stochasticity in Biochemical Reactions,J.Chem.Phys.,Vo1.139,121915.
(32)M.Krn et al.,Stochasticity in Gene Expression:From Theories to Phenotypes,Nature Reviews Genetics,Vol.6,pp.451-464.
(33)T.Gregor,The Onset of Collective Behavior in Social Amoebae,Science,2010,328,pp.1021-1025.
(34)T.Latty et al.,Irrational Decision-making in an Amoeboid Organism:Transitivity and Context-dependent Preferences,Proc Biol Sci.,Vol.278,pp.307-312.
(35)A.Maye et al.,Order in Spontaneous Behavior,PLoS ONE,2007,2(5):2443.doi:10.1371/journal.pone.0000443.
(36)M.Fox et al.,Spontaneous Fluctuations in Brain Activity Observed with Functional Magnetic Resonance Imaging,Nature Reviews Neuroscience,Vol.8,pp.700-711.
(37)F.Baluska,Plant Neurobiology,Plant Signaling and Behavior,Vol.4,pp.475-476.
(38)M.Heisenberg,The Origin of Freedom in Animal Behaviour,in Is science compatible with free will?,edited by A.Suarez & P.Adams,New York:Springer,2013.
(39)萊布尼茨：《人類理智新論》(上冊(cè))，陳修齋譯，北京：商務(wù)印書(shū)館2010年版，第27頁(yè)。
(40)D.Turk et al.,Mike or me? Self-recognition in a Split-brain Patient,Nature Neuroscience,Vol.5,pp.841-842.Zaidel,Split-brain,Wikipedia,the Free Encyclopedia,http://en.wikipedia.org/wiki/Split-brain,2014,accessed Dec 10,2014.
(41)A.Eldridge,Discovering the Unique Individuals Behind Split-Brain Patient Anonymity,(Online research manuscript) http://people.uncw.edu/puente/405/PDFpapers/Split-brain％20Patients.pdf,2014,accessed Dec 10,2014.
(42)J.Scofield(Director) and J.Reay(Executive Producer),Alien Hand,New York:The Learning Channel,[Television Broadcast],2000.
(43)E.Schechter,Intentions and Unified Agency:Insights from the Split-brain Phenomenon,Mind & Language,Vol.27,No.5,2012,pp.570-594.
(44)Z.Merali,Are Humans the Only Free Agents in the Universe?,in Is Science Compatible with FreeWill? edited by A.Suarez & P.Adams,New York:Springer,2013.
(45)S.Kauffman,Answering Descartes:Beyond Turing,in The Once and Future Turing,edited by Barry Cooper and Andrew Hodges,Cambridge:Cambridge University Press,2012.
(46)《中華人民共和國(guó)刑法》，第232條、第233條。
(47)GW.Lebniz,The Principles of Philosophy,or,the Monadolngy,in Discourse on Metaphysics and Other Essays,translated by Daniel Garber and Roger Ariew,Indianapolis & Cambridge:Hackett Publishing Company,1991,§21.
(48)Ibid,§66.
(49)萊布尼茨：《人類理智新論》，第26頁(yè)。
(50)唐先一、張志林：《量子測(cè)量問(wèn)題新解》，載《自然辯證法研究》2016年第2期。
