随笔-116  评论-486  文章-1 

科学宿命论-我们到底有没有自由意志

每个人每时每刻都在思维着,当然包括我柠檬。然而,这思维,是我们自由控制的吗?

这句话并没有迷信;相反,它表达了我目前对“科学宿命论”的深切相信。什么是“科学宿命论”?简单地说,您现在正在看柠檬的Blog的这篇文章,是在宇宙大爆炸的时候已经决定的了。

哈哈,奇怪吧,却又非常真实。好,让我们来深入了解一下这迷惑的宿命论吧。

PS:柠檬的确没有迷信哦。以下文章为转载:


也谈科学宿命论
---自由意志的难题

逍遥

  人生真的是一个舞台吗?而我们也仅仅是自以为拥有自由意志的演员,演着剧本上的悲欢离合…… 

  宿命论是早已有之的一种世界观,其起源大抵是人面对自然的无力以及对自身命运的难以把握的感慨。时至今天我们也同样面对相似的困惑,所以我们希望世界改变---当然通常改变的是我们自己---希望一切更加公平合理,希望这是个有希望的那种世界。

  还是让我们先看看宿命论到底是什么意思吧,宿命论的意思是指一切都是早已被注定了的,这个注定的意思并非简单的指规律性的东西:比如人总是要死的(起码到今天为止还是这样),它潜在的含义多少得牵扯上神秘主义,比如主宰一切的上帝之类。

  在我们的传统文化中,宿命论的影子非常之浓厚,比如富贵天注定之类,虽然也有人喊出“王侯将相宁有种乎”,然而那终究不是正常的社会形态,并非正常的人生奋斗。确实你得承认宿命论让人绝望,它不仅嘲弄作为一个物种人类的尊严,而且也无情的打击个人奋斗的价值。然而我们的文化,从来也不会让人真正绝望,正如鲁迅先生说到,所谓厄运并非不可化解,只要你愿意出钱,总有办法消灾。或者你可以贿赂“上帝”,或者你可以欺骗它。和神秘主义挂钩的宿命论多少还是给自由意志留下了余地。或者那时候人们并不真的明白什么是自由。


  如果过去和未来尽在现在之中
  如果原因永远跟着原因而来
  那么这大地上的生灵啊
  你将从何处得到这自由的意志

  物理学自从牛顿取得伟大的综合和开创性工作后,发展迅猛,在很多人眼中差不多已经成了科学的代名词。物理学对我们所生存的宇宙的基本方面的深刻洞见、漂亮优雅的数学表达、难以置信的预言精度以及对人类文明进程的深刻影响,都无不让人深深折服。然而正是我们引以为傲的物理学却对自由意志构成了严重的“威胁”,如果不愿过于危言耸听的话,我们可以说迄今为止物理学对自由意志还没有给予强烈支持。

  当拉普拉斯仿阿基米德的口气说,“给我宇宙现在的状态,我将可以告诉你宇宙的过去和未来。”他仅仅是想表达作为物理学家的自豪。虽然拉普拉斯的“乐观”很快被事实打破,这就是海森堡的测不准原理,该原理的简单意思是指在同一时刻,你不能同时获得共扼数据的精确值,你必须作出妥协。具体说来你不可能同时获知某个粒子的精确位置和它的精确动量。而且更重要的是你也不能分两步来测量,对于微观世界而言,测量本身就已经改变了被测量物的状态。所以拉普拉斯所需要的数据是不可能得到的,自然也不可能存在可以预知一切的物理学家。

  然而这仅仅是把大家从好莱坞似的恐怖片中解脱出来而已,我们真正关注的问题并非从现实性的角度上考虑是否具有可行性,而是从理论上或者纯粹思辨的性质上考虑其可能性。

  从某个角度上看,测不准定律甚至把问题搞得更糟。因为它并没有真正解决这个世界是否在大爆炸的瞬间,就已经将宇宙的所有未来就彻底注定了的终极问题。它仅仅是说即便是这样我们也永远无法知道而已。我们所生存的这个宇宙,充满了各种严格的法则,迄今为止我们已经发现了不少。这让我们引以为傲的人类智慧结晶,却带来一个毁灭性的问题,如果世界真的是如此的具有决定性,那么是否意味着所有一切已经发生的和将要发生的,事实上完全包含在现在发生的之中。在经典物理学的世界中,每一个粒子都拥有关于过去现在和未来的全部信息,这就是噩梦的根源。“过去现在和未来之间的差别只是我们的幻觉”爱因斯坦如是说。然而这还不是噩梦的全部。在庞加莱提出的一个定理中说,在一个足够长的时间间隔内,任何孤立体系
(例如宇宙本身),将返回到它的初始状态;事实上,在一个无限长的时间中,它应当如此重复无限多次。这真是一个可诅咒的“预言”,决定论的潜在含义已经让人无法忍受,而反复循环的“预言”,意味着被屠杀者不仅是早在遥远得生命尚未诞生之前就注定了要被屠杀,而且还将被反复屠杀。无休无止,虽然这个周期也许长得不可思议。

  在这里我们不得不接触另一个棘手的问题---那就是时间,在经典动力学中,时间是可以反演的,也就是说时间具有对称性。让我引用罗杰·彭罗斯的一段话,“……也许我实际上生活在时间往回走的情况下,我的意识流是朝向过去的,因此我的记忆告诉我将要发生什么,而不是已经发生了什么。这样学校里的不快乐经验实际上在等着我,而我很快就会非常不幸地遭遇到……”

  很显然,如果我们是生活在这样的“宇宙”中,那我们就没有必要讨论自由意志的问题。然而我们不是,这至少给自由意志留下了一点希望。注意这本身并不提供对自由意志的坚实基础,并非因为我们有自由意志,所以时间事实上不能反演,否则我们就能想办法逃避开决定了的事件。因为在经典动力学中时间流逝的方向是双向的(在热门的量子物理学中,这个“问题”也同样存在,参见CPT定理),没有任何一个方向具有特别的优先权或者对错。

  要让希望扩大,我们当然希望能够合理的引入时间箭头,使得我们现在所感知的时间流逝方向具有“特权”。能够完成这一意义深远的理论目前只有热力学,这一个从研究蒸汽机效率发展起来的理论成为希望的代表,尤其是热力学第二定律---宣布在孤立系统中熵(这是一个同样棘手的概念,简言之代表系统的无序程度)总是倾向于增加直到最大的那个令人不安的理论,除非有额外的做功,不然系统的熵不会自动减少---很显然这里存在明显的时间箭头,它不允许系统在时间上反演。

  然而不幸的是,热力学第二定律所揭示的时间的方向性,没有在更加基础的理论中获得支持,虽然从宏观统计的角度看事情是这样。有人怀疑熵趋向于增加是因为宇宙处于膨胀中造成的,如果有一天宇宙开始坍塌,是否时间将会倒流,光从眼睛里发射出去而被星辰吸收之类的奇观会出现吗?幸运的是罗杰·彭罗斯证明即便宇宙真的坍塌时间也不会反演,而熵也同样还是会继续增高。

  近数十年来发展起来的一门研究复杂性的物理学“新”分支---混沌---是否给自由意志带来了新的希望呢?在简单决定论的世界中,相似的初始条件总是得到相似的结果,我们把这样的动力学系统称为简单线性的系统。然而在自然界存在着大量的复杂非线性动力学系统,这类系统的不同在于其对初始条件的极度敏感性,换句话说,极其相似的初始条件可以给出完全不同的输出。或者极其相似的现在可以有完全不同的过去和未来。

  在混沌这个分支中,人们已经取得让人眼花缭乱的发现以及同样混沌的诸多推论。目前看来我们的思维是复杂的,这一点老实说在混沌学出来之前我们就清楚的知道,即便人是“某种自动机”,那也是非常复杂的自动机。

  对初始条件的极度敏感,仅仅使得简单的预言和精确的计算进一步走到不可能的地步,然而这整个动力学系统仍然是决定性的。毕竟完全相同的初始条件肯定是得到完全相同的结果的,不然何以在计算机上画分形图呢。

  仔细思考一下物理学中的决定论含义究竟是什么意思,是有益的。宇宙由物质构成,物质在宇宙中运动,其所有的运动轨迹是已经完备的包含在整个系统所具有的信息之中了(至于我们能不能知道当然是另一回事),不会有丝毫改变。而这样的决定论其严格程度是如何的惊人,且让我们想象一下。

  当我吸气的时候,一些氧原子和一些其他种类的原子,进入到我的肺部。如果我们愿意,将这口气中的某个氧原子的运动轨迹,无限回搠直到太初火球。是很有意思的。为了保证这个氧原子在决定性的时间、决定性的地点以决定性的方式进入我的肺部,宇宙的“算计”要有多么的准确,而且必须是无限的准确,这个氧原子所经历的一切相互作用(包括它的诞生等等)都是早已决定好了的,都需要在决定性的时间决定性的地点以决定性的方式进行。

  再考虑到很有可能(几乎是绝对的)我呼吸的这个氧原子是植物利用光合作用从水中产生的,当然按照决定论,这个植物的一切自然也是如此,你要愿意你简直可以无限的想下去。我只想补充最后一点,那就是我还必须被决定性的呼吸,即不能早一点也绝对不能晚一点。再考虑一下组合问题,我当然不是只呼吸了一个氧原子进去,还有许多其它原子。

  你可能认为,太初火球不必如此偏执,因为我们讨论的是自由意志,或许它决定性的让我们产生自由意志的幻觉。可是如果它决定不了那个氧原子,那它又何以决定性的让我产生这样的幻觉呢?我不知道除了引入上帝之外还有什么别的办法。毕竟对于太初火球而言我仅仅是一团原子而已,不是其它。它决定不了那个氧原子,又何以决定构成我的原子呢?

  当然也有可能这一切都是事实,那么生命的进化自然也就是幻觉,生物只是看起来进化而已,其背后的更加基础和根本的原因是构成生物体的原子运动轨迹的表现而已。然而这依然有奇妙的事,在对这一切都一无所知的情况下,生物学取得了长足进展,进化论的解释和预测威力都相当惊人,这如果不是偶然的巧合的话,那只能认为进化论中含藏了非常深刻的动力学。这实在是更加不可想象的事。

摸着石头过河的宇宙---宇宙的固有概率

  什么样的宇宙可以调和这个矛盾呢,我认为具有内在概率的宇宙可能是个好想法。这样的宇宙的信息是不会完备的,它包含着多样性和变化,也就是说这样的宇宙具有历史性,如果从头来过它就不会是今天这个样子。

  进化论给我们的重要教益之一在于告诉我们生命是具有历史性的,如果这是真实的,我们没有理由不期望宇宙本身也是具有历史性的,毕竟生命是宇宙所孕育的,一个没有历史性可言的宇宙怎么可能孕育具有历史性的生命。

  在这里让我们看看化学能否教给我们一点东西,某些有机分子中具有一个很奇特的性质---手性,这样的分子和它的相应手性分子互为镜象(不要小看了这个微小的不同,生命通常“偏爱”其中的一种而不是另一种)。

  比如说乳酸分子(CH3C*HOHCOOH),其中-OH基团和碳原子有两种结合方式,而构成手性。这个分子可以在实验室中由丙酸
(CH3C*H2COOH)和溴反应,生成CH3C*HBrCOOH,再加入AgOH,水解生成两种乳酸,其比例是1:1,之所以生成手性分子,是因为C*原子上的两个氢有“同样的”机会被溴取代。这是一个最简单的解释。

  当然你可以怀疑由于种种原因,其实对于一个具体的分子来说,究竟是氢1还是氢2被取代是决定性的,即便如此又怎么解释这个稳定出现的1:1比例呢?记住在决定论的世界中没有真正的巧合可言,难道你每次加进系统的丙酸刚好有一半的分子是氢1注定了要被取代。而且这个实验无论谁来做什么时候做等等,其1:1比例不变。无论如何,看起来宇宙在乎的仅仅是必然要有一个氢被取代,而不是哪一个具体的氢原子被取代。在这里我们可以说比例是“决定性”(这个决定性是依赖概率出现的)的,而哪个氢被取代是概率性的。换句话说在这个系统中,C*上具体氢原子的运动轨迹具有内在的不确定性。如果这个结论是真实的,那么它的意义是显然的。

  有必要澄清一点,物理学中的决定论,是指系统现在所处的状态含有完备的信息,如果我们能够指出它的不完备性或者不完备的可能性,就消解了物理学的决定论对自由意志的威胁。这里不谈论那种文字游戏般的决定论,如:“我骗你是被决定的事件,我也没办法。”“我XX你,当然也是被决定的,我也没办法”或许有一天我们终究能够在理论上证明系统的不完备性是决定性的,宇宙注定了是有历史性的,至于有怎样的历史确实取决于机遇、偶然和巧合等等,这样我们就真的可以彻底化解物理学决定性对自由意志的威胁。我们终于可以保证过去是固定的和真正有价值的,而未来是开放的。流逝的时间将真正具有不可替代的重要性,而且充满创造性。世界是一个迷宫,你每走一步迷宫就重组一次。

我们是基因控制下的机器吗

  即便宇宙的物理规则给自由意志留下了余地,然而就生物学而言,我们目前真的拥有自由意志吗?或许是进化在欺骗我们,使我们以为自己拥有自由意志,毕竟自由意志决不是生命固有的属性。
  自由意志这个词,已经谈了很久,然而我一直没有下任何定义。

因为确实这应该和生物学有关而不是物理学。首先要说明一点,大脑是我们意识的物质基础,而不是自由意志的束缚者。没有它就根本不要谈论意志了,更说不上自由可言。意志笼统而言是神经系统的活动,重要的是我们究竟赋予自由二字什么样的含义。

  让我们从自由这个词的最一般含义说起,当我们谈论某个学校自由某个学校不自由的时候,决不是指某个学校拥有魔法可以让你超越自然规律,而是指你受到外界的束缚,使你虽能矣然不可矣。一个地方能够让你随心所欲的程度越大就越自由,当然实际上你想做不等于你敢做或者你能够做,这些不必多说,我们仅仅是讨论自由意志而不是自由行动和其它。在这里最重要的是有一个感知者---自我,没有自我意识就谈不上什么自不自由。作为自由意志的基础则是自我意识,甚至此二者具有同一性。

  自我意识使我们能够决定自己的行动,或者换句话说我们认为我们是按照自己的意志来行动的。关键性的问题在于,这样的感觉究竟是真实的还是我们的幻觉。我们的一切行为是否全都是由基因控制的。

  不可否认基因对我们的行为有深远的影响,然而我们确实没有理由认为我们的一切行为是由基因控制的,基因创造了我们的手其目的决不是为了敲键盘,然而我可以有意识的这样做。创造了文化的我们,虽然就机体而言和我们几千年前的祖宗没有什么太大的不同,然而我们的社会是早已彻底不同了。而所有这些,是根本无法用基因决定论来解释的。

  我们的真正难题,在于自由意志或者自我意识的起源以及我们在自己的早期生活中怎样获得或者唤醒它的。对于这些问题确实我们还所知甚少。

强人工智能对自由意志的挑战

  在强人工智能眼中,大脑和电脑确实很相似。他们能否成功不是我所关心的,我关心的是如果一个真正标准的机器获得了同我们一样的自我意识,意味着什么。

  是意味着我们就是机器呢,还是我们必须承认现在这个机器必须被当成智能生物,虽然或许它根本不满足我们目前对生命的定义。必须看到目前我们的电脑确实是按照决定论来运行的,所以如果真的成功确实具有颠覆性。不过既然到我写这个东西的时候还没有成功,我就可以胆大一点学学罗杰·彭罗斯的样子说按目前这种电脑的基本原理,注定了是不可能成功的。

  大脑和目前的电脑应该在本质上有所区别,这里的本质上是指大脑不太可能是按决定论来运转的。按最简单的说法,刺激-反应模式,完全相同的刺激只引起我们的麻木,如同我现在对自由意志这个话题已经麻木了一样,虽然你可以给它编制一个喜新厌旧的程序,比如重复三次之类的就输出我烦了这样的输出。然而这依旧是决定性的。而很显然,虽然我已经很烦了,我还是在继续下去,因为我知道为什么我要坚持下去。

  我们的大脑很可能是达尔文似的竞争和选择机,而不是一个无论多么复杂的决定性机器。在我们的大脑回路中的最终的输出,是“权衡”多种可能后的结果而不是一个按照固有程序直奔一个单一的结果而去的自动机。

  让我引用一段话来说明这个问题,

  “……一个世纪之后,我们才刚开始用适当的脑机制为达尔
  文主义的这一观点赋予真实的内涵。几十年来,我们一直谈
  论着过量产生的突触的选择性存活问题,那只是达尔文主义
  的并不真实的版本而已,就像把一幅图案镌刻在木块上那样。
  现在我们也看到,大脑的布线可能是充分地按达尔文过程运
  转的,这种过程在意识的时间尺度上进行,自毫秒级至分钟
  级。

  这是达尔文主义的一种表现方式,它使不甚确实的东西逐渐
  成形。它包括产生许多一定模式的大脑放电的拷贝,让这些
  拷贝出现某种变异,然后让那些变异体在一个工作空间范围
  内竞争以取得主导地位(就像马唐和六月禾一在我的后院草
  坪中竞争一样)。竞争的结局取决于那些放电的时空模式与
  “道路上的沟沟坎坎”(储存于突触强度中记忆的模式)相
  契合得有多好……”

   ---《大脑如何思维---智力演化的今昔》威廉·卡尔文

  对大脑而言,同样的重要的是过去发生了什么,我们被过去的经验所塑造,我们的大脑也同样是具有历史性的。记住我么前面谈到的,真正的决定性意味着历史是没有真正价值的。

后记:

  这是一篇没有真正结论的东西,或许是因为我们迄今为止对自由和意志这两者都缺乏深刻的洞见。然而我始终坚信自由意志是不言而喻的,正如我相信此刻当我打开电脑,作如上陈诉的行为,并非早在太初火球的霹雳中就早已被决定了一样。

  为什么我不得不谈到物理学,谈到整个宇宙,这是因为如果宇宙本身的一切都是严格决定论的,(注意一切这个词汇的含义)那么很难相信自由意志的可能性,就只能是我们的错觉,我们自认为我们是自由的作出判断,然而在每一个决定的背后,其实早就被冷酷的数学方程所决定,这无论如何都是让人不开心的事。

  自由意志的基础多半在于不可重复性,这是我个人的想法,这既是指宇宙本身,也是指生命本身。如果时光倒转重来一次,宇宙将不是今天这个样子,而生命自然也是如此。在很多书上特别强调,时间的不可逆性是关键的,我个人认为不可逆对自由意志只具有必要条件的意义,而不是充分条件。我相信,宇宙固有的概率性可以解决这个问题,不过至今为止几乎所有自然界表现出的概率,都摆脱不了那只是因为我们无知而已的阴影,希望在有生之年,看到对自然界的概率有更深刻的理解。至于文中所举的例子,实在是太简单了,几乎不可能是正确的,然而那确实是我的疑惑,我自认为是对那种超强决定论的有力反驳。读者诸君有以教我。

  文中所述的东西,很多都超越了我所学的专业,虽然我尽量小心,但是肯定有很多错误理解。在此一并讨教。

  异调兄曾经提醒我,这是一个棘手的话题,要么平庸要么滑向伪科学。我想我明白他的意思,为逃脱决定论的阴影而投入到神秘主义的怀抱,或者寻求一个超越自然规律的全能者来庇护人类的自由意志。我必须承认这是有诱惑力的,如果你愿意放弃这沉重而“自由”的思考,逃避寻求科学的解释。

  我想将我们置于科学的庇护下是底线,宁可平庸一点,也不必急于寻求其他的庇护者。因为我对科学的发展有理由保持谨慎的乐观。而且如果自由意志是客观真实的话,我们也完全不必为今天我们还没找到坚强的科学根基而过于烦恼。当然反之的话,你是否烦恼就不是你真正能控制的了。无论如何,世界不会因为你的思考而改变它的规律,我们确实仅仅是发现者,不是创造者,虽然量子物理学对这个问题,有所怀疑,但是我想作为科学的根基,这一点终究是难以动摇的,必须承认对于很多东西我们依然非常无知,不急于下结论,是科学史给我们的深刻教诲。

posted on 2007-03-30 14:12 柠檬隐士 阅读(...) 评论(...) 编辑 收藏