機械決定論、自由意志及其他
都說保安是世界上哲學修養最高的人，因為他們天天都在向形形色色的人提問這三個問題：「你是誰？你從哪裡來？你要到哪兒去？」這三個問題要深究的話著實不好回答，因此也常被戲稱為哲學的終極三問。
那有人該說了，這個問題很好回答嘛，比如我們的祁同偉祁廳長就曾表示，「我是祁同偉，我從娘胎里來，要到墳墓中去。」當然，生老病死乃人之常態，這麼說也不能算錯，不過我們更想知道，我們在從起點到終點的這條路上，每一步都在幹些什麼，以及下一步會遇見什麼；換句話說，我們此刻在做什麼事情，下一時刻我會做什麼，周圍會發生什麼。而要回答清楚這樣一個問題，就需要搞清楚兩件事情：機械決定論是否存在，以及我們是否真的有自由意志。
我們先來說說前者。
在物理學中有幾個著名的小妖精，下面即將提到的拉普拉斯妖就是其中一例。話說當年牛頓建立了系統的微積分理論和力學理論後，西方科學家群情振奮，感覺世界的奧秘即將揭曉，以至於有了如下段子。
上帝說，「這世界太黑了，要有光。」
於是牛頓出現了。
也難怪當時的物理學家們會這麼想。畢竟當所有物體的運動都可以由確定的數學公式來描述時，人們自然會覺得整個運動過程的細節都將被確定，因此如果我們知道了宇宙中所有物質在某時刻的運動狀態，例如它在該時刻的位置、速度等信息，那麼我們就能夠通過一系列的方程來描述它在過去和未來的所有狀態，雖然這個方程組極為龐大，但是數學家們相信它終究可以嚴格求解。那麼如果有一個小妖精計算能力和信息搜尋能力均極為強大，它就能盡知宇宙過去未來所有事情，這就是著名的拉普拉斯妖。
當然我們現在都知道，拉普拉斯妖並不存在，這裡可以作如下考慮。
拉普拉斯妖對小明說：「我知道未來的所有事情。」
小明詭異地笑了笑，「那你說說我下一步是邁左腳還是邁右腳？」
這個故事告訴我們，即使存在拉普拉斯妖，它也不能和我們有信息上的交流。
於是拉普拉斯妖緘口不言，每天只是默默地收集數據，然後默默計算。但很快它傷心了，因為它對宇宙中所有客體建立了模型，並代入那個極端複雜的方程計算，但是那個模型中，有一個和它自己一樣的傢伙也在建立模型計算，而那個模型中也有一個這樣的傢伙……這是一個無窮遞歸序列，它算不下去了。
拉普拉斯妖並不死心，它跑到了我們隔壁的一個平行宇宙中，「雖然我已經不在你們那邊了，但我的精神與你們同在。」這是拉普拉斯妖的美好幻想。
但是這個幻想也被無情打破。這次出場的是一隻蝴蝶。
某位名為洛倫茲的氣象學家在解大氣環流的三元偏微分方程組時發現，初始條件的微小變化會使得數值模擬的最終結果發生巨大的改變，即所謂的初值敏感性。他將其表述為一句傳世名言，「亞馬遜流域的一隻蝴蝶扇動了一下翅膀，幾周後可能會在北半球造成一場颶風。」這就是混沌理論中著名的蝴蝶效應。
舉個不太恰當的例子：要是當初搭載阿波羅11號的「土星五號」火箭初速度低了那麼萬分之一，也許飛船、地球、月球的三體系統狀態就會改變，飛船就進入不了繞月軌道，阿姆斯特朗就不會是登月第一人，美蘇冷戰中美國在航天領域進一步被蘇聯壓制，肯尼迪面對國會的陣陣質疑毅然挑起第三次世界大戰，全球被核平而回到石器時代，想想就很恐怖呢……
聽上去這有點像那首著名的諷喻詩，丟了一顆鐵釘結果導致一場戰役失敗，最終一個王朝滅亡。當然那首詩說的是小細節影響著成敗，和我們這裡還不太是一回事：這裡變化的是體系中某客體的初速度，是一個可測量物理量，混沌效應就是說，對於一個客觀物理體系而言，如果其中的某個可測量物理量的初始狀態發生微小變化，體系的演化就可能完全不同。因此拉普拉斯妖就算躲在隔壁平行宇宙中，仍然無法完全確定體系的末狀態。
這次拉普拉斯妖又後退一步。混沌效應的深不可測來自其數值計算過程，但如果我只要求獲得足夠精度，比如我只想求得後天正午天安門旗杆頂部的溫度，而且只需要精確到小數點後面一位，那還是可以辦到的吧？
這個我相信隨著科技的發展應該可以辦到，但不幸的是，小數點後面要是再多要求幾位，或許就永遠無法實現了。這又怎麼理解呢？
實際上，數值計算過程中一般存在多次迭代，我們希望通過迭代來獲得一個收斂的結果，而結果的精度和初始條件的精度、具體迭代的演算法都有關係。對於某個不太好的體系，初始條件精度提高三位，結果的精度或許才能提高一位，而且迭代的次數還有可能指數增加。
當然，對於拉普拉斯妖而言，計算複雜度並不是問題，關鍵的問題就在於，計算之前我們獲得的初始條件精度並不能無限制提高——海森堡不確定性原理說的就是這一點。這樣一來，平行宇宙中的拉普拉斯妖也只好作罷，承認自己並不全知全能這個事實。
寫到這裡，機械決定論便基本宣告了破產。下面我們要討論的，是看起來更奇幻的一個問題，即我們究竟存不存在自由意志。畢竟「自由、平等、博愛」六字真言隨著全球鋪天蓋地的西方民主化進程已經幾乎人所共知；而且從古至今，無數文人墨客均在他們筆下傾吐了對自由的嚮往；更何況人類自詡為萬物之靈，自然應有其凌駕於其他物種的特質，自由的意志理所當然地成為了絕佳候選。
翻閱西方哲學史可以發現，歷史上眾多著名哲學家就二元論與一元論展開了漫長的爭執，其爭論焦點之一是精神或物質這二者之一是否可獨立於另一者而存在，我認為這在某種程度上也反映了人們對於自由意志是否存在的思考。若精神可獨立於物質，那麼這就意味著我們的意志並不完全依賴於客觀世界，而是有著極高自由度的某種實在。而笛卡爾那句「我思故我在」的著名斷言，更是將自由意志的存在提升到了等價於人之為人這樣一個巨大的高度。這句斷言的傳播之廣，甚至蓋過了他作為解析幾何創始人的名頭。但縱觀千年經院哲學的發展，對自由意志的討論仍停留在而且只能停留在打打嘴炮上，因為落後的科學技術根本無法對精神或者說意識活動展開有效的分析，人們甚至搞不清楚思維活動的具體機制。這些問題在進入二十世紀後，隨著量子力學的提出和神經科學的發展，才開始進入科學實證階段。
首先我們需要介紹著名的自由意志定理，它最早由普林斯頓大學的兩位數學教授提出，具體介紹可以參見論文Conway J, Kochen S. The free will
theorem[J]. Foundations of Physics, 2006, 36(10): 1441-1473.，或者可以查閱著名理論物理學家李淼的科普作品《<三體>中的物理學》，它可以簡單表述為：如果人有自由意志，那麼基本粒子，如單個電子，也具有自由意志。稍微物理一點的說法是，如果我們人類具有自由意志，那麼無論我們的理論多麼完備，無論我們的實驗設計多麼精巧，測量多麼準確，我們也無法準確預測粒子的行為。看起來這就是量子力學不確定性原理的體現，而且粒子「離經叛道」的行為乍看起來像是統計漲落，在大尺度上它會互相抵消，這有點像費曼提出的路徑積分的思想。但作者相信我們大腦中存在某些機制可部分屏蔽這些漲落，從而得到一個不為零的結果，而這就是我們的自由意志。這個定理提出後的確吸引了不少人的關注，目前Google Scholar顯示其已被引近280次，而它背後的圖景則更加令人迷惑：如果我們真的認為我們可以隨心所欲，那麼基本粒子也可以「從心所欲」地運動；如果我們的自由意志像作者所言，來自於基本粒子自由意志的某種部分和，那我們只能承認，對於尚未探測到任何內部結構的基本粒子來說，它們的自由意志似乎是它的本質屬性。
這個結果聽起來不算壞，至少它沒有證偽自由意志的存在。但神經科學家的一系列實驗卻給自由意志的存在性罩上了一層迷霧。
在實驗中科學家們發現，大腦活動中存在所謂的「準備電位」，它可以被腦電探測器發現，但我們不會意識到它的存在。舉個假設實驗作為代表性的例子，被試者被告知他需要在30秒倒計時結束的瞬間按下0或1的按鈕，實驗人員則在與被試隔絕的房間中觀察被試者的腦電波活動，如果被試者具有自由意志，那麼在倒計時結束前他可以在思維活動中不斷欺騙實驗者，也就是說實驗者在他肌肉神經接到大腦的信號並按下按鈕之前無從得知其行為結果，但事實上實驗者可以提前零點幾秒乃至幾秒作出判斷，其依據就是被試大腦中出現的所謂準備電位。換句話說，我以為巧妙地欺騙了你，而你卻知曉一切，笑而不語。
當然這類實驗並不能算完備，目前學術界對其嚴謹性還存在不小爭議，但它至少可以說明，我們大腦的運作方式遠比我們曾經認為的要複雜得多。而如果它最後被證明成立，那麼我們將不得不接受這樣一個事實：
我們並沒有自由意志，你我只是時間長河中的水滴，所有的一切都是某種必然，我們都被時間長河裹挾著奔湧向前。
換句話說，拉普拉斯妖已被證明不存在，我們無法精確知道宇宙演進的過程，我們甚至不知道自身種種行為真正的出發點。我們只能確定，我們是歷史的參與者與見證者。
這種結局聽起來是不是很詭異？
當然，它只是一種可能，我們是否真正具有自由意志，還需要更多更深入的實驗來證實。
P.S. 本文首發於微信公眾號「綠森林裡的故事」，歡迎各位關注！
推薦閱讀：