物理学是否证伪了自由意志?

Physics
Does Physics Disprove Free Will?
物理学家、哲学家和神经科学家对此各执一词:决定论、量子不确定性、混沌理论和涌现性,每一个概念都在改变自由意志这一命题。本文将解释现代物理学如何重构——但并未最终解决——人类是否真正拥有选择权的问题。

你觉得自己选择了点击。物理学则说,每一个结果都有其原因。

决定论与块状宇宙

经典决定论最容易被想象成一个块状宇宙:一个过去、现在和未来并存的四维时空,假设中的超级思维可以像阅读景观中的路径一样,读取整个运动轨迹。这种拉普拉斯式的图景对于习惯了牛顿力学的物理学家来说既强大又直观。但它迎面撞上了深刻的概念和经验挑战。

相对论将空间和时间融合为一个单一的舞台,但它本身并没有证明块状宇宙观。同样,量子力学也没有,它在物理系统的演化中引入了统计元素。即使在经典力学中,混沌系统的存在也破坏了实际的可预测性:天气、双摆和许多生物过程会如此迅速地放大微观的不确定性,以至于长期预测变得不可能,尽管底层的方程仍然是决定性的。因此,决定论和可预测性并不是一回事。一个系统可以遵循因果定律,但在所有实际用途上,在经验上是不可预测的。

量子不确定性与偶然性的博弈

量子理论增加了一种不同的不安:在原子和电子的尺度上,结果从根本上是概率性的。实验装置产生的是统计结果,而非确定性。对于一些思想家来说,这为宇宙注入了一种真实的不确定性元素,原则上可以松动拉普拉斯式的钢铁地基。

但仅有不确定性对于自由意志是毫无帮助的。如果你的行为最终归结为你无法控制的量子投掷,那么随机性并不能转化为能动性。挑战在于解释有机体如何在微观过程充满噪声的世界中施加因果影响;仅仅指出量子不可预测性并宣布未来是开放的,这是不够的。真正的问题在于,更高层级的系统——大脑、进化的控制机制——是否能够利用或约束微观概率,从而产生符合主体理由和价值观的决策。

涌现:扭转可能性的组织

这就是“涌现”进入辩论的地方。涌现是一种朴素的观察,即复杂系统的行为方式是其各部分单独无法预测的:如水的湿润性、鸟类的飞行或细胞的目标导向活动。神经科学家和哲学家越来越多地认为,能动性是一种涌现现象——这是一种信息丰富、目标导向的组织,它约束了微观的波动。活细胞不仅仅是服从定律的粒子;它是一个进行热力学功以维持结构的边界过程。大脑是这一理念的更复杂版本:这些网络整合了过去的经验、期望和目标,以产生在有机体水平上有意义的行为。

从这个角度来看,有两点至关重要。首先,组织可以从海量的微观结果中剥离出一套较窄的宏观可能性——一种尽管存在噪声但仍稳健的宏观“行动方案”。其次,解释应当在正确的层级上运行:描述大脑基于理由所做的事情,通常比将每个神经元追溯到量子事件更具信息量。这就是神经科学家和一些哲学家所称的“兼容论”:即使物理世界是有规律的,对主体做出选择的独特且具有因果相关性的描述,也可以与物理描述并存。

能动性的进化起源

神经科学家 Kevin Mitchell 等人认为,自由意志最好被定义为一套进化而来的能力。进化的目的不是产生形而上学的自由意志论者;它产生了能够预测、评估并基于理由采取行动的有机体,因为这具有适应性。简单的有机体表现得“仿佛”有理由:细菌会偏向于向营养物质游动;多细胞动物进化出了感知和运动架构来预测环境。最复杂的有机体在这些系统之上叠加了元认知——一种反思动机、形成长期计划和修改欲望的能力。

这一视角将自由意志从一种“全或无”的形而上学奖赏,重新定义为一种分等级的生物能力。习惯、深思熟虑、自我控制和性格是工具箱的一部分:习惯在熟悉的环境中节省认知资源;深思熟虑让主体重新权衡相互冲突的理由;执行功能实现了元意志——塑造自身冲动的能力。这些是具有神经实现和进化史的真实能力;它们解释了为什么我们感到拥有能动性,以及为什么社会以一种即使底层物理学是有规律的但也合乎情理的方式要求人们承担责任。

时间、因果关系与箭头

一组密切相关的谜题源于时间物理学。一些哲学家和物理学家喜欢块状宇宙的概念;其他人则坚持认为现在是享有特权的,且未来是真正开放的。这场辩论不仅仅是形而上学的。时间之箭——熵增的原因以及为什么在实践中原因先于结果——至关重要,因为它支撑了我们对决策和记忆的体验。

关于时间旅行的讨论暴露了这种张力。广义相对论承认具有封闭类时曲线的数学解;关于回到过去并改变过去的思想实验产生了祖父悖论。一种回应是坚持一致性:一个自洽的循环禁止悖论结果,但这可能显得有些武断。另一种途径是接受量子概率,并认为未来尚未固定。无论个人倾向于哪一种,当代物理学和哲学都将时间问题视为能动性理论必须适应的约束条件。

意识:缺失的本体论

自由意志与意识问题密不可分。决策的感觉——哲学家称之为“感质”——仍然难以解释。一些学者捍卫泛心论,即认为意识是以基本形式存在的物质的基本属性,最终构建出复杂的心智。其他人则拒绝这一观点,寻找神经相关物,或者将意识视为一种涌现的信息处理现象。

责备、赞扬与“仿佛”式生活

所有这些听起来可能很抽象。但这些差异在法律、伦理和日常生活中至关重要。如果决定论暗示我们不负有责任,那么我们赞扬、责备和感化的社会实践就会崩溃。大多数人,包括许多在哲学上持怀疑态度的科学家,都在兼容论的基础上生活和组织社会:责任是有意义的,因为追究人们的责任会塑造未来的行为。进化的观点解释了为什么塑造性格的实践——教育、道德反思、法律制裁——是有效的。

与此同时,剥夺能动性的严重疾病和脑损伤显示了其局限性:责任是分等级的。法院已经在许多案件中接受了减轻责任的辩护;一种更具科学素养的法学将在不瓦解道德规范的情况下,严肃对待神经科学

科学在争论中的落脚点

物理学本身并不能给出定论。决定论、量子不确定性、混沌和涌现各自重塑了版图,但都没有将能动性简化为琐事,也没有赋予它形而上学的主权。科学所做的是定义了一个有用的自由意志理论必须解释的内容:生物主体如何产生对理由敏感且足以支持责任的决策,大脑如何将充满噪声的微观物理整合为连贯的选择,以及时间的不对称性如何支撑记忆和预期。

当代的学术版图是多元且富有成效的。一些物理学家持有块状宇宙图景;其他人则强调涌现的统计行为和宇宙学边界条件创造了时间之箭。神经科学家描绘了深思熟虑和习惯如何对应到网络上。哲学家们则在争论剩余的概念鸿沟是形而上学的还是经验性的。进步将来自于这些领域之间更紧密的对话,以及测试控制极限及其实现机制的实验。

来源

James Lawson

James Lawson

Investigative science and tech reporter focusing on AI, space industry and quantum breakthroughs

University College London (UCL) • United Kingdom

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Readers Questions Answered

Q 决定论和块状宇宙概念如何影响自由意志问题?
A 在古典决定论中,块状宇宙将过去、现在和未来设定为固定的景观,但相对论和量子力学增加了复杂性;混沌系统表明,即使是决定论定律也会产生实际上的不可预测性。因此,决定论与可预测性发生了分歧;物理学重塑了自由意志的概念,而非盖棺定论。
Q 量子不确定性是否赋予了自由意志?
A 量子理论在原子尺度上引入了概率性结果;实验产生的是统计数据而非确定性。有些人认为这是一种真正的不确定性,可能松动拉普拉斯式的块状宇宙。但仅凭不确定性无法产生主体性:如果行动取决于随机的量子投掷,你就无法控制它们;挑战在于证明微观噪声如何产生有目的的决策。
Q 涌现论和相容论在这场辩论中的立场是什么?
A 涌现描述了复杂系统如何表现出其组成部分无法预测的行为。在大脑中,网络整合经验、预期和目标以产生目标导向的行动,因此主体性表现为一种涌现属性,而非神经事件的简单相加。相容论随之而来:即使在遵循物理定律的情况下,对代理人做出选择的高层级描述也可以与物理说明共同具有因果相关性。
Q 关于主体性和自由意志的演化观点是什么?
A 主体性的演化起源认为,自由意志是一套演化而来的能力,而非某种形而上学的奖赏。有机体进行预测、评估并基于理由采取行动,是因为这具有适应性。简单生物的表现仿佛具有目的;在更复杂的生物中,神经元、感觉和运动架构实现了习惯、深思熟虑、自我控制和元认知,从而产生了与物理定律相容的主体性解释。
Q 时间、因果关系和意识如何塑造关于自由意志的讨论?
A 时间、因果关系和意识通过构建我们体验决策的方式来塑造这场辩论。一些物理学家倾向于块状宇宙;另一些人则认为现在具有特殊地位且未来是开放的,熵和记忆支撑着我们的选择感。关于封闭类时曲线的思想实验测试了连贯性,而另一些人则接受量子概率。意识仍然是核心,感质甚至泛心论都被提议作为本体论的一部分。

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