也談科學宿命論 - ZT

也談科學宿命論 ——自由意誌的難題 　　　　　 逍遙 　　人生真的是一個舞台嗎？而我們 也僅僅是自以為擁有自由意誌的演員， 演著劇本上的悲歡離合……

　　宿命論是早已有之的一種世界觀，其起源大抵是人麵對自然的無
力以及對自身命運的難以把握的感慨。時至今天我們也同樣麵對相似
的困惑，所以我們希望世界改變——當然通常改變的是我們自己——
希望一切更加公平合理，希望這是個有希望的那種世界。

　　還是讓我們先看看宿命論到底是什麽意思吧，宿命論的意思是指
一切都是早已被注定了的，這個注定的意思並非簡單的指規律性的東
西：比如人總是要死的（起碼到今天為止還是這樣），它潛在的含義
多少得牽扯上神秘主義，比如主宰一切的上帝之類。

　　在我們的傳統文化中，宿命論的影子非常之濃厚，比如富貴天注
定之類，雖然也有人喊出“王侯將相寧有種乎”，然而那終究不是正
常的社會形態，並非正常的人生奮鬥。確實你得承認宿命論讓人絕望，
它不僅嘲弄作為一個物種人類的尊嚴，而且也無情的打擊個人奮鬥的
價值。然而我們的文化，從來也不會讓人真正絕望，正如魯迅先生說
到，所謂厄運並非不可化解，隻要你願意出錢，總有辦法消災。或者
你可以賄賂“上帝”，或者你可以欺騙它。和神秘主義掛鉤的宿命論
多少還是給自由意誌留下了餘地。或者那時候人們並不真的明白什麽
是自由。


　　如果過去和未來盡在現在之中
　　如果原因永遠跟著原因而來
　　那麽這大地上的生靈啊
　　你將從何處得到這自由的意誌

　　物理學自從牛頓取得偉大的綜合和開創性工作後，發展迅猛，在
很多人眼中差不多已經成了科學的代名詞。物理學對我們所生存的宇
宙的基本方麵的深刻洞見、漂亮優雅的數學表達、難以置信的預言精
度以及對人類文明進程的深刻影響，都無不讓人深深折服。然而正是
我們引以為傲的物理學卻對自由意誌構成了嚴重的“威脅”，如果不
願過於危言聳聽的話，我們可以說迄今為止物理學對自由意誌還沒有
給予強烈支持。

　　當拉普拉斯仿阿基米德的口氣說，“給我宇宙現在的狀態，我將
可以告訴你宇宙的過去和未來。”他僅僅是想表達作為物理學家的自
豪。雖然拉普拉斯的“樂觀”很快被事實打破，這就是海森堡的測不
準原理，該原理的簡單意思是指在同一時刻，你不能同時獲得共扼數
據的精確值，你必須作出妥協。具體說來你不可能同時獲知某個粒子
的精確位置和它的精確動量。而且更重要的是你也不能分兩步來測量，
對於微觀世界而言，測量本身就已經改變了被測量物的狀態。所以拉
普拉斯所需要的數據是不可能得到的，自然也不可能存在可以預知一
切的物理學家。

　　然而這僅僅是把大家從好萊塢似的恐怖片中解脫出來而已，我們
真正關注的問題並非從現實性的角度上考慮是否具有可行性，而是從
理論上或者純粹思辨的性質上考慮其可能性。

　　從某個角度上看，測不準定律甚至把問題搞得更糟。因為它並沒
有真正解決這個世界是否在大爆炸的瞬間，就已經將宇宙的所有未來
就徹底注定了的終極問題。它僅僅是說即便是這樣我們也永遠無法知
道而已。我們所生存的這個宇宙，充滿了各種嚴格的法則，迄今為止
我們已經發現了不少。這讓我們引以為傲的人類智慧結晶，卻帶來一
個毀滅性的問題，如果世界真的是如此的具有決定性，那麽是否意味
著所有一切已經發生的和將要發生的，事實上完全包含在現在發生的
之中。在經典物理學的世界中，每一個粒子都擁有關於過去現在和未
來的全部信息，這就是噩夢的根源。“過去現在和未來之間的差別隻
是我們的幻覺”愛因斯坦如是說。然而這還不是噩夢的全部。在龐加
萊提出的一個定理中說，在一個足夠長的時間間隔內，任何孤立體係
（例如宇宙本身），將返回到它的初始狀態；事實上，在一個無限長
的時間中，它應當如此重複無限多次。這真是一個可詛咒的“預言”，
決定論的潛在含義已經讓人無法忍受，而反複循環的“預言”，意味
著被屠殺者不僅是早在遙遠得生命尚未誕生之前就注定了要被屠殺，
而且還將被反複屠殺。無休無止，雖然這個周期也許長得不可思議。

　　在這裏我們不得不接觸另一個棘手的問題——那就是時間，在經
典動力學中，時間是可以反演的，也就是說時間具有對稱性。讓我引
用羅傑·彭羅斯的一段話，“……也許我實際上生活在時間往回走的
情況下，我的意識流是朝向過去的，因此我的記憶告訴我將要發生什
麽，而不是已經發生了什麽。這樣學校裏的不快樂經驗實際上在等著
我，而我很快就會非常不幸地遭遇到……”

　　很顯然，如果我們是生活在這樣的“宇宙”中，那我們就沒有必
要討論自由意誌的問題。然而我們不是，這至少給自由意誌留下了一
點希望。注意這本身並不提供對自由意誌的堅實基礎，並非因為我們
有自由意誌，所以時間事實上不能反演，否則我們就能想辦法逃避開
決定了的事件。因為在經典動力學中時間流逝的方向是雙向的（在熱
門的量子物理學中，這個“問題”也同樣存在，參見CPT定理），沒
有任何一個方向具有特別的優先權或者對錯。

　　要讓希望擴大，我們當然希望能夠合理的引入時間箭頭，使得我
們現在所感知的時間流逝方向具有“特權”。能夠完成這一意義深遠
的理論目前隻有熱力學，這一個從研究蒸汽機效率發展起來的理論成
為希望的代表，尤其是熱力學第二定律——宣布在孤立係統中熵（這
是一個同樣棘手的概念，簡言之代表係統的無序程度）總是傾向於增
加直到最大的那個令人不安的理論，除非有額外的做功，不然係統的
熵不會自動減少——很顯然這裏存在明顯的時間箭頭，它不允許係統
在時間上反演。

　　然而不幸的是，熱力學第二定律所揭示的時間的方向性，沒有在
更加基礎的理論中獲得支持，雖然從宏觀統計的角度看事情是這樣。
有人懷疑熵趨向於增加是因為宇宙處於膨脹中造成的，如果有一天宇
宙開始坍塌，是否時間將會倒流，光從眼睛裏發射出去而被星辰吸收
之類的奇觀會出現嗎？幸運的是羅傑·彭羅斯證明即便宇宙真的坍塌
時間也不會反演，而熵也同樣還是會繼續增高。

　　近數十年來發展起來的一門研究複雜性的物理學“新”分支——
混沌——是否給自由意誌帶來了新的希望呢？在簡單決定論的世界中，
相似的初始條件總是得到相似的結果，我們把這樣的動力學係統稱為
簡單線性的係統。然而在自然界存在著大量的複雜非線性動力學係統，
這類係統的不同在於其對初始條件的極度敏感性，換句話說，極其相
似的初始條件可以給出完全不同的輸出。或者極其相似的現在可以有
完全不同的過去和未來。

　　在混沌這個分支中，人們已經取得讓人眼花繚亂的發現以及同樣
混沌的諸多推論。目前看來我們的思維是複雜的，這一點老實說在混
沌學出來之前我們就清楚的知道，即便人是“某種自動機”，那也是
非常複雜的自動機。

　　對初始條件的極度敏感，僅僅使得簡單的預言和精確的計算進一
步走到不可能的地步，然而這整個動力學係統仍然是決定性的。畢竟
完全相同的初始條件肯定是得到完全相同的結果的，不然何以在計算
機上畫分形圖呢。

　　仔細思考一下物理學中的決定論含義究竟是什麽意思，是有益的。
宇宙由物質構成，物質在宇宙中運動，其所有的運動軌跡是已經完備
的包含在整個係統所具有的信息之中了（至於我們能不能知道當然是
另一回事），不會有絲毫改變。而這樣的決定論其嚴格程度是如何的
驚人，且讓我們想象一下。

　　當我吸氣的時候，一些氧原子和一些其他種類的原子，進入到我
的肺部。如果我們願意，將這口氣中的某個氧原子的運動軌跡，無限
回搠直到太初火球。是很有意思的。為了保證這個氧原子在決定性的
時間、決定性的地點以決定性的方式進入我的肺部，宇宙的“算計”
要有多麽的準確，而且必須是無限的準確，這個氧原子所經曆的一切
相互作用（包括它的誕生等等）都是早已決定好了的，都需要在決定
性的時間決定性的地點以決定性的方式進行。

　　再考慮到很有可能（幾乎是絕對的）我呼吸的這個氧原子是植物
利用光合作用從水中產生的，當然按照決定論，這個植物的一切自然
也是如此，你要願意你簡直可以無限的想下去。我隻想補充最後一點，
那就是我還必須被決定性的呼吸，即不能早一點也絕對不能晚一點。
再考慮一下組合問題，我當然不是隻呼吸了一個氧原子進去，還有許
多其它原子。

　　你可能認為，太初火球不必如此偏執，因為我們討論的是自由意
誌，或許它決定性的讓我們產生自由意誌的幻覺。可是如果它決定不
了那個氧原子，那它又何以決定性的讓我產生這樣的幻覺呢？我不知
道除了引入上帝之外還有什麽別的辦法。畢竟對於太初火球而言我僅
僅是一團原子而已，不是其它。它決定不了那個氧原子，又何以決定
構成我的原子呢？

　　當然也有可能這一切都是事實，那麽生命的進化自然也就是幻覺，
生物隻是看起來進化而已，其背後的更加基礎和根本的原因是構成生
物體的原子運動軌跡的表現而已。然而這依然有奇妙的事，在對這一
切都一無所知的情況下，生物學取得了長足進展，進化論的解釋和預
測威力都相當驚人，這如果不是偶然的巧合的話，那隻能認為進化論
中含藏了非常深刻的動力學。這實在是更加不可想象的事。


摸著石頭過河的宇宙——宇宙的固有概率

　　什麽樣的宇宙可以調和這個矛盾呢，我認為具有內在概率的宇宙
可能是個好想法。這樣的宇宙的信息是不會完備的，它包含著多樣性
和變化，也就是說這樣的宇宙具有曆史性，如果從頭來過它就不會是
今天這個樣子。

　　進化論給我們的重要教益之一在於告訴我們生命是具有曆史性的，
如果這是真實的，我們沒有理由不期望宇宙本身也是具有曆史性的，
畢竟生命是宇宙所孕育的，一個沒有曆史性可言的宇宙怎麽可能孕育
具有曆史性的生命。

　　在這裏讓我們看看化學能否教給我們一點東西，某些有機分子中
具有一個很奇特的性質——手性，這樣的分子和它的相應手性分子互
為鏡象（不要小看了這個微小的不同，生命通常“偏愛”其中的一種
而不是另一種）。

　　比如說乳酸分子（CH₃C*HOHCOOH）,其中-OH基團和碳原子有
兩種結合方式，而構成手性。這個分子可以在實驗室中由丙酸
（CH₃C*H₂COOH）和溴反應，生成CH₃C*HBrCOOH，再加入AgOH，
水解生成兩種乳酸，其比例是1:1，之所以生成手性分子，是因為C*原
子上的兩個氫有“同樣的”機會被溴取代。這是一個最簡單的解釋。

　　當然你可以懷疑由於種種原因，其實對於一個具體的分子來說，
究竟是氫1還是氫2被取代是決定性的，即便如此又怎麽解釋這個穩定
出現的1:1比例呢？記住在決定論的世界中沒有真正的巧合可言，難道
你每次加進係統的丙酸剛好有一半的分子是氫1注定了要被取代。而且
這個實驗無論誰來做什麽時候做等等，其1:1比例不變。無論如何，看
起來宇宙在乎的僅僅是必然要有一個氫被取代，而不是哪一個具體的
氫原子被取代。在這裏我們可以說比例是“決定性”（這個決定性是
依賴概率出現的）的，而哪個氫被取代是概率性的。換句話說在這個
係統中，C*上具體氫原子的運動軌跡具有內在的不確定性。如果這個
結論是真實的，那麽它的意義是顯然的。

　　有必要澄清一點，物理學中的決定論，是指係統現在所處的狀態
含有完備的信息，如果我們能夠指出它的不完備性或者不完備的可能
性，就消解了物理學的決定論對自由意誌的威脅。這裏不談論那種文
字遊戲般的決定論，如：“我騙你是被決定的事件，我也沒辦法。”
“我XX你，當然也是被決定的，我也沒辦法”或許有一天我們終究能
夠在理論上證明係統的不完備性是決定性的，宇宙注定了是有曆史性
的，至於有怎樣的曆史確實取決於機遇、偶然和巧合等等，這樣我們
就真的可以徹底化解物理學決定性對自由意誌的威脅。我們終於可以
保證過去是固定的和真正有價值的，而未來是開放的。流逝的時間將
真正具有不可替代的重要性，而且充滿創造性。世界是一個迷宮，你
每走一步迷宮就重組一次。


我們是基因控製下的機器嗎

　　即便宇宙的物理規則給自由意誌留下了餘地，然而就生物學而言，
我們目前真的擁有自由意誌嗎？或許是進化在欺騙我們，使我們以為
自己擁有自由意誌，畢竟自由意誌決不是生命固有的屬性。

　　自由意誌這個詞，已經談了很久，然而我一直沒有下任何定義。
因為確實這應該和生物學有關而不是物理學。首先要說明一點，大腦
是我們意識的物質基礎，而不是自由意誌的束縛者。沒有它就根本不
要談論意誌了，更說不上自由可言。意誌籠統而言是神經係統的活動，
重要的是我們究竟賦予自由二字什麽樣的含義。

　　讓我們從自由這個詞的最一般含義說起，當我們談論某個學校自
由某個學校不自由的時候，決不是指某個學校擁有魔法可以讓你超越
自然規律，而是指你受到外界的束縛，使你雖能矣然不可矣。一個地
方能夠讓你隨心所欲的程度越大就越自由，當然實際上你想做不等於
你敢做或者你能夠做，這些不必多說，我們僅僅是討論自由意誌而不
是自由行動和其它。在這裏最重要的是有一個感知者——自我，沒有
自我意識就談不上什麽自不自由。作為自由意誌的基礎則是自我意識，
甚至此二者具有同一性。

　　自我意識使我們能夠決定自己的行動，或者換句話說我們認為我
們是按照自己的意誌來行動的。關鍵性的問題在於，這樣的感覺究竟
是真實的還是我們的幻覺。我們的一切行為是否全都是由基因控製的。

　　不可否認基因對我們的行為有深遠的影響，然而我們確實沒有理
由認為我們的一切行為是由基因控製的，基因創造了我們的手其目的
決不是為了敲鍵盤，然而我可以有意識的這樣做。創造了文化的我們，
雖然就機體而言和我們幾千年前的祖宗沒有什麽太大的不同，然而我
們的社會是早已徹底不同了。而所有這些，是根本無法用基因決定論
來解釋的。

　　我們的真正難題，在於自由意誌或者自我意識的起源以及我們在
自己的早期生活中怎樣獲得或者喚醒它的。對於這些問題確實我們還
所知甚少。


強人工智能對自由意誌的挑戰

　　在強人工智能眼中，大腦和電腦確實很相似。他們能否成功不是
我所關心的，我關心的是如果一個真正標準的機器獲得了同我們一樣
的自我意識，意味著什麽。

　　是意味著我們就是機器呢，還是我們必須承認現在這個機器必須
被當成智能生物，雖然或許它根本不滿足我們目前對生命的定義。必
須看到目前我們的電腦確實是按照決定論來運行的，所以如果真的成
功確實具有顛覆性。不過既然到我寫這個東西的時候還沒有成功，我
就可以膽大一點學學羅傑·彭羅斯的樣子說按目前這種電腦的基本原
理，注定了是不可能成功的。

　　大腦和目前的電腦應該在本質上有所區別，這裏的本質上是指大
腦不太可能是按決定論來運轉的。按最簡單的說法，刺激-反應模式，
完全相同的刺激隻引起我們的麻木，如同我現在對自由意誌這個話題
已經麻木了一樣，雖然你可以給它編製一個喜新厭舊的程序，比如重
複三次之類的就輸出我煩了這樣的輸出。然而這依舊是決定性的。而
很顯然，雖然我已經很煩了，我還是在繼續下去，因為我知道為什麽
我要堅持下去。

　　我們的大腦很可能是達爾文似的競爭和選擇機，而不是一個無論
多麽複雜的決定性機器。在我們的大腦回路中的最終的輸出，是“權
衡”多種可能後的結果而不是一個按照固有程序直奔一個單一的結果
而去的自動機。

　　讓我引用一段話來說明這個問題，

　　“……一個世紀之後，我們才剛開始用適當的腦機製為達爾
　　文主義的這一觀點賦予真實的內涵。幾十年來，我們一直談
　　論著過量產生的突觸的選擇性存活問題，那隻是達爾文主義
　　的並不真實的版本而已，就像把一幅圖案鐫刻在木塊上那樣。
　　現在我們也看到，大腦的布線可能是充分地按達爾文過程運
　　轉的，這種過程在意識的時間尺度上進行，自毫秒級至分鍾
　　級。

　　這是達爾文主義的一種表現方式，它使不甚確實的東西逐漸
　　成形。它包括產生許多一定模式的大腦放電的拷貝，讓這些
　　拷貝出現某種變異，然後讓那些變異體在一個工作空間範圍
　　內競爭以取得主導地位（就像馬唐和六月禾一在我的後院草
　　坪中競爭一樣）。競爭的結局取決於那些放電的時空模式與
　　“道路上的溝溝坎坎”（儲存於突觸強度中記憶的模式）相
　　契合得有多好……”

　　 ——《大腦如何思維——智力演化的今昔》威廉·卡爾文

　　對大腦而言，同樣的重要的是過去發生了什麽，我們被過去的經
驗所塑造，我們的大腦也同樣是具有曆史性的。記住我麽前麵談到的，
真正的決定性意味著曆史是沒有真正價值的。



後記：

　　這是一篇沒有真正結論的東西，或許是因為我們迄今為止對自由
和意誌這兩者都缺乏深刻的洞見。然而我始終堅信自由意誌是不言而
喻的，正如我相信此刻當我打開電腦，作如上陳訴的行為，並非早在
太初火球的霹靂中就早已被決定了一樣。

　　為什麽我不得不談到物理學，談到整個宇宙，這是因為如果宇宙
本身的一切都是嚴格決定論的，（注意一切這個詞匯的含義）那麽很
難相信自由意誌的可能性，就隻能是我們的錯覺，我們自認為我們是
自由的作出判斷，然而在每一個決定的背後，其實早就被冷酷的數學
方程所決定，這無論如何都是讓人不開心的事。

　　自由意誌的基礎多半在於不可重複性，這是我個人的想法，這既
是指宇宙本身，也是指生命本身。如果時光倒轉重來一次，宇宙將不
是今天這個樣子，而生命自然也是如此。在很多書上特別強調，時間
的不可逆性是關鍵的，我個人認為不可逆對自由意誌隻具有必要條件
的意義，而不是充分條件。我相信，宇宙固有的概率性可以解決這個
問題，不過至今為止幾乎所有自然界表現出的概率，都擺脫不了那隻
是因為我們無知而已的陰影，希望在有生之年，看到對自然界的概率
有更深刻的理解。至於文中所舉的例子，實在是太簡單了，幾乎不可
能是正確的，然而那確實是我的疑惑，我自認為是對那種超強決定論
的有力反駁。讀者諸君有以教我。

　　文中所述的東西，很多都超越了我所學的專業，雖然我盡量小心，
但是肯定有很多錯誤理解。在此一並討教。

　　異調兄曾經提醒我，這是一個棘手的話題，要麽平庸要麽滑向偽
科學。我想我明白他的意思，為逃脫決定論的陰影而投入到神秘主義
的懷抱，或者尋求一個超越自然規律的全能者來庇護人類的自由意誌。
我必須承認這是有誘惑力的，如果你願意放棄這沉重而“自由”的思
考，逃避尋求科學的解釋。

　　我想將我們置於科學的庇護下是底線，寧可平庸一點，也不必急
於尋求其他的庇護者。因為我對科學的發展有理由保持謹慎的樂觀。
而且如果自由意誌是客觀真實的話，我們也完全不必為今天我們還沒
找到堅強的科學根基而過於煩惱。當然反之的話，你是否煩惱就不是
你真正能控製的了。無論如何，世界不會因為你的思考而改變它的規
律，我們確實僅僅是發現者，不是創造者，雖然量子物理學對這個問
題，有所懷疑，但是我想作為科學的根基，這一點終究是難以動搖的，
必須承認對於很多東西我們依然非常無知，不急於下結論，是科學史
給我們的深刻教誨。

　　最後，我要感謝碧聲君對這篇東西的關注，沒有她的鼓勵和積極
的討論我想我很難堅持寫下來，無論它本身如何，對我自己確是一次
難得的思考和綜合。