刘清平:粒子有自由意志吗?——析量子力学中的自由意志定理

选择字号:   本文共阅读 839 次 更新时间:2020-12-23 17:23:05

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刘清平 (进入专栏)  

  

   摘要:康韦和寇辰在论证自由意志定理的时候,未加反思地接受了西方主流学界有关自由与必然的二元对立架构,尤其忽视了粒子不像人那样拥有自觉心理中的意欲愿望这个关键的事实,结果将人们随意任性的应然性价值诉求与粒子随机偶然的实然性存在状态混为了一谈,在种种逻辑谬误和自相矛盾中得出了微观粒子乃至整个宇宙都像人一样拥有自由意志的扭曲结论。

   关键词:自由意志定理;量子力学;自由选择;随机偶然;因果必然

  

一、自由意志定理的立论


   在西方学界,自由意志问题迄今为止依然是一个找不到头绪的千古之谜;[1]而造成这种现象的主要原因在于,许多哲学家从古希腊起就倾向于将"自由"在应然性层面上的"随意任性"与"自然"在实然性层面上的"随机偶然"混为一谈,并因此进一步认为前者也像后者那样与"自然"在实然性层面上的"因果必然"直接对立,结果在两千多年的进程中,让自由意志与决定论之间展开了一场穿越"是"与"应当"界限的生死决斗。不幸的是,进入21世纪,这种基于二元对立架构的关公战秦琼式对阵还在继续上演,其中一个典型的例证就是西方两位著名科学家康韦(John Conway)和寇辰(Simon Kochen)依据当前量子力学的研究成果,在两篇先后发表的学术论文中提出的"自由意志定理"。[2][3]

   康韦和寇辰是这样阐述自由意志定理的立论及其意义的:"它是1960年代以来发现的量子力学一系列定理的巅峰。这条定理大致断言,如果人类确实拥有自由意志,那么,基本粒子也已经分享了这种有价值(valuable)东西的一小部分。更确切地说,如果实验者可以自由地选择测量仪器的定位方向,那么,粒子的反应(严格地说是粒子附近宇宙的反应)也不是由宇宙此前的全部历史决定的。"[3]P226 进一步看,他们有关这条定理的逻辑论证主要建立在以下几个前提上。

   首先,康韦和寇辰陈述了在量子力学中业已得到证明的三条公理。

   SPIN公理:在从三个相互垂直的方向上测量某个自旋1粒子的自旋平方时,总是会按照某种顺序得到1,0,1的结果。

   TWIN公理:对于两个相互纠缠的自旋1粒子,如果实验者甲从三个相互垂直的方向x、y、z上测量粒子a的自旋平方,而实验者乙从方向w上测量粒子b的自旋平方,且w恰好与x、y、z中的某一个方向相同,那么乙的测量结果必然会与该方向上甲的测量结果一致。

   MIN公理:如果实验者甲和乙在类空分离中进行测量实验,那么乙能够从 33个方向中自由地选择任何一个方向 w测量粒子 b的自旋平方,而这一选择不会对粒子 a产生任何影响;类似地,甲也能从 40组方向中自由地选择任何一组三元方向 x、y、z测量粒子 a的自旋平方,而这一选择同样不会对粒子 b产生任何影响。[3]PP226-228

   其次,康韦和寇辰预设了实验者在"不是由他们此前的全部历史所决定"的意义上拥有"自由意志",表现在他们可以在实验中自由地选择从任意方向上测量粒子的自旋;或者说,实验者对于方向的选择"不是有关他们的可获得信息的函数"——虽然他们同时又指出,由于决定论在逻辑上是可能的,他们"无法证明"这一预设。[2]PP1444-1466不难看出,这种概念界定已经蕴含着刚才谈到的西方主流哲学有关自由与必然的二元对立架构了:实验者的自由意志能够摆脱此前因果必然链条的决定性影响,在不受任何约束的意义上"想要怎样就怎样",因此也无法凭借他们此前的全部信息来解释或指认这种自由意志的形成根源或指向目标。康韦和寇辰自己明确地指出了这一点:"我们将'自由意志'定义为'决定论'的对立面——尽管自休谟以来一些哲学家试图站在某种被叫做'兼容论'的立场上调和这两个概念。"[2]P1466

   给出了上述前提后,康韦和寇辰便通过一系列推理证明:假如粒子不像实验者那样拥有自由意志,那么在实验者测量它们的自旋之前,其结果就可以预先确定了;但"寇辰-史拜克悖论"证明,这一点是不可能的。所以,主张粒子自旋受到因果必然链条的支配、因而没有自由意志的决定论观念势必陷入逻辑矛盾,无法成立。更有甚者,他们还试图进一步证明:不仅微观粒子、而且整个宇宙也像人那样拥有"自由意志",能够据此做出"自由决定"、展开"自由选择":

   人们通常不言而喻地假定,实验者拥有充分的自由意志,能以某种并非由以往历史所决定的方式选择仪器的设置。我们之所以把这个默认的预设明确陈述出来,是因为我们的定理从中推论出了一个更令人惊讶的事实:粒子的反应也不是由以往的历史所决定的。因此,这条定理主张,如果实验者具有某种特性,那么自旋1粒子也具有完全相同的特性。鉴于这个特性对于实验者来说是那种通常叫做"自由意志"的东西的一个实例,我们认为运用同一个术语描述粒子也是合适的。……自由意志的预设允许我们用自由意志定理指涉这个世界本身,而不是仅仅指涉有关这个世界的某种理论。[2]P1444

   自由意志定理问世后,引起了广泛的关注和讨论,在得到不少学者(包括中国学者)认同的同时,又受到另一些学者从各种角度提出的批评,其中也涉及到了非决定性能不能等同于自由意志的问题。[4][5]但值得指出的是,这些批评几乎没有质疑、相反还在不同程度上接受了康韦和寇辰认同的自由与必然势不两立的二元对立架构,结果往往在决定论的话语氛围中走向了另一个极端,最终得出了"人没有自由意志"的不兼容论结论。有鉴于此,虽然笔者由于学识所限无法深入讨论量子力学方面的具体内容,但在此却试图依据笔者在若干讨论自由意志问题的文章中提出的新见解,[6][7]针对康韦和寇辰的论证本身进行一些哲理性的批判分析,指出他们由于坚持二元对立架构而混淆了自然之"是"与自由之"应当"的不同维度,在这个问题上造成的种种逻辑矛盾和理论扭曲。

  

二、自由意志的随意任性


   自由意志定理的问题首先在于,由于二元对立架构的积淀性影响,康韦和寇辰在依据流行的预设界定自由意志的概念时,几乎把注意力全都集中在它据说是不受因果必然链条的决定性支配的一面,却忽视了它自身固有的下面这个可以说是分析性同义反复的本质规定:对人来说,"自由意志"其实就是具有"自由(free)"特性的"意欲愿望(will)"。既然立论的前提已经包含了这样一个片面性的漏洞,他们接下来的一系列论证很难站住脚也就不奇怪了。

   事实上,倘若直面人们在日常生活中实际拥有的自由意志,我们很容易发现,它虽然的确呈现出"随意任性"的鲜明特征,却根本不像西方主流学界在二元对立架构中断言的那样"随机偶然"到了神秘莫测的地步,相反还会处处受到种种内外因素的决定性支配,以致可以说与因果必然始终维系着"两位一体"的直接关联:一方面,人们自觉心理意识中的任何"想要(will)",归根结底都来源于现实生活的因果链条,而不可能是无中生有地凭空冒出来的;另一方面,只有严格遵循像"趋善避恶"这样内在必然的人性逻辑,它们才能得到"从心所欲"的自由实现,并且因此让人们享受到"心满意足"的自由体验——说穿了,这也是自由意志对人们来说构成了一种"有价值"的东西的终极原因。

   拿实验者来说吧。首先,他们在实验过程中拥有的自由意志,也就是他们随意任性地试图探究粒子真相的"求知欲"或"好奇心",不然的话他们怎么会"想要"选择测量仪器的定位方向呢?更重要的是,他们的这种意欲愿望还必须严格遵循认知活动中"趋真避假"的人性逻辑,才能得到从心所欲的自由实现:只有获得了关于粒子的正确知识这种值得意欲的好东西,避免了关于粒子的错误知识这种讨厌反感的坏东西,他们才能达成实验的目的,并且因此享受到心满意足的愉悦快乐,甚至觉得实现了自己作为科学工作者的人生价值。相反,如果从实验中得不出什么确定性的结论,或者仅仅得出了某些被证明是错误的知识,他们的求知欲就会遭到严重的挫折,以致在认知领域陷入不自由的失望沮丧。无需细说,不仅科学工作者,任何曾经将好奇心付诸实施的普通人,只需稍加反思,都能察觉到认知领域内自由意志与因果必然之间的这种两位一体关系。

   进一步看,实验者的这种自由意志也不可能摆脱此前因果链条的历史性决定,相反在下面的意义上还恰恰是"有关他们的可获得信息的函数":只有依据他们从小生成的兴趣偏好、入学时特别喜欢的学科专业、毕业后投身科研的理想志向、以及其他种种相关因素的影响作用,我们才能令人信服地说明他们那一刻为什么会如此随意任性地选择观测的方向、调整仪器的设置。无论如何,他们总不可能是纯属随机偶然、毫无任何缘由地出现在实验室里面的吧。

   那么,我们又该如何解释康韦和寇辰特别强调的下述现象呢:实验者能够在众多的备选观测方向中,凭借"想选这个可以,想选那个也可以"的随意任性方式,乃至诉诸"抛硬币看正反面"的随机偶然方式(严格说来,他们只有基于自己随意任性的自由意志,才会做出诉诸这种随机偶然方式的自由决定),展开那些乍一看好像不是"有关他们的可获得信息的函数"的开放性选择?

   问题在于,倘若我们不是像康韦和寇辰那样将实验者自由意志的这类随机偶然状态孤立地抽取出来加以强调,而是从它们原本嵌入其中的那些因果必然链条的视角考察它们,很容易发现:如同各种自然现象的随机偶然状态一样,这类随机偶然的状态与其说是与因果必然处在非此即彼的对立冲突之中,不如说是依然处在上述因素的决定性作用之下,因为无论实验者凭借自己的自由决定或硬币落地的结果选择了哪些方向,都不会实质性地妨碍他们的观测,相反照样可以从中得出某种也能被选择了另一些方向的观测所验证的正确结论——不然的话,假如这些随机选择只会实质性地妨碍他们的观测或是引导他们得出错误的结论,他们还要一意孤行地做出这样的自由决定,岂不等于是自讨苦吃,非要与自己的好奇心或求知欲对着干吗?所以,尽管实验者事实上只是选取了数量有限的方向进行观测,并没有(也不必)将观测的方向开放到无限的地步,他们在认知领域的自由仍然可以达成,而不会受到实际观测方向的有限性的致命否定。换言之,这类在有限范围内对于观测方向展开的随机偶然的开放性选择,在下面这个必然的前提下照样具有从心所欲的自由特性:它们都能满足实验者的好奇心,确保这种自由意志按照趋善避恶的人性逻辑充分实现。否则,要是实验者在随机偶然地选择了多种观测方向后却还是得不出科学上有意义的结论,他们的状态不见得会比一只在玻璃窗上瞎碰乱撞却老是飞不出去的苍蝇好到哪里去。更重要的是,假设实验者的自由意志在这类情况下既没有确定性的认知目标,也缺失价值性的善恶内容,而仅仅是随机偶然地胡乱选择若干观测方向,它对于实验者来说怎么还可能是"有价值"的呢?倒不如说全无意义。

   反讽的是,如果我们将康韦和寇辰自己的学术研究也当成具体案例纳入到考察的视野中,同样能够清晰地证明刚才给出的哲理性分析。

第一,推动着康韦和寇辰探讨自由意志定理的那种求知欲,明显是"有关他们的可获得信息的函数",以致他们只要反思一下,就能发现这种自由意志是由于哪些因果链条的决定性作用才在他们的自觉心理意识之中产生的,而不至于在界定自由意志的概念时,未加审视地就被西方主流学界的默认预设带进了沟里。(点击此处阅读下一页)

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文章来源:《科学技术哲学研究》2020年第4期

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