我们自由吗?
我们的命运是注定的吗? 我们能改变自己的未来吗? 宿命论者认为一切都是确定的, 如果这样, 我们还有自由意志吗? 如果没有自由意志, 为什么还要为自己的所作所为负责? 神学认为人的自由意志来自于人的灵魂, 虽然人的命运是注定的, 但通过我们的选择,可以在一定程度上改变命运, 如某人由于前世的缘故, 注定于某月某日有一大难, 因他一直行善而躲过此劫, 对此不作过多讨论. 本文仅从科学的角度来讨论自由意志的问题.
牛顿的力学定理使人们对世界的有了新的认识, 它的巨大成功促使了机械论的建立. 根据牛顿力学人们成功的预言了行星的运行, 并且进一步把牛顿力学推广到所有的物体系统上, 这样做只是参数多一些, 原理上是一样的, 宇宙中的物体严格按决定论的轨道运行. 以至很多人以为找到了上帝的密码, 数学家拉普拉斯曾经曰过, 既然物质的运动遵守物理规律, 只要知道现在的宇宙状态, 就可以确定它的过去和未来. 宇宙的状态有它的前一时刻所决定, 有此类推, 由于时间的单向性(关于时间的方向性以后讨论), 可以说宇宙的一切演化过程在时间开始的那一时刻已经确定. 我们知道时间空间开始于宇宙大爆炸, 但是我不能问大爆炸之前发生了什么, 因为时间开始于大爆炸, 没有时间就无所谓之前. 当然,我们想象不出没有时间没有空间是什么样子的. 关于宇宙是否具有有限时间的问题可证明一下. 宇宙的发展有确定的方向, 高温物体的热传向低温物体, 恒星燃烧并向外辐射能量, 假设宇宙已存在了无穷长时间, 它应该已达到平衡, 恒星燃烧干净, 物体没有温度差别, 所有物质均匀等温的分布于整个宇宙(热寂), 而现在不是热寂状态, 因此宇宙产生于某个有限的时间之前. 跑题了.
言归正传, 既然宇宙的一切在大爆炸时已经确定, 所有事物的根源都在大爆炸, 因此它们具有完全相等的地位, 也就无所谓好坏, 善恶. 由此, 很自然的可推出那个颇受争议的哲学名言’存在的就是合理的’. 人的大脑是由大量有机分子按一定的规则排列而成, 电子波在这些分子中振荡.尽管目前还不能从基本的物理原理推出意识, 仍然可以说意识就是电子波在大脑分子中的振荡, 而不是来自于某个植入肉体的灵魂. 电子的运动也是在宇宙大爆炸时已经确定的, 看来没有自由意志. 那么, 我们对人做恶事的谴责, 为过考试而所作的努力, 为找工作而四处投简历, 面临选择时的困惑, 所经历的欢乐痛苦又是怎么回事呢. 举例说, 当看到计算机工作时, 我们不认为计算机内有个意识在指挥它的工作, 计算机没有选择打开playboy或八荣八耻的苦恼, 它只是按照编好的程序和输入命令工作. 同样可以说, 我们人类从来就没有’思考’过, 只是按照大自然编好的程序在运动. 欢乐, 痛苦, 选择, 努力正如佛家所云不过是幻象, 我们从来没改变过事物的结果, 只有物质的运动才是客观的(关于这点量子力学给出不同的观点, 后面将讨论). 好处是我们不必为过去的错误而遗憾, 坏处是做起坏事来心安理得. 上述内容与决定论的逻辑一直, 却令人不快. 然而, 事情没有就此结束.
20世纪两大物理学革命相对论和量子力学再一次改变了人们对世界的看法, 相对论打破了绝对时空的观念, 并把惯性质量与引力质量统一起来(在牛顿力学中它们相等纯属偶然). 但是, 历来对相对论存在一个很大的误会, 即认为相对论是对不同的观察者结果不同. 其实, 相对论更本质的意义是对不同的观察者结果相同-物理公式在所有的参考系中具有相同的形式. 由于相对论与本文的主题关系不大(不仅仅因为我不懂), 不再继续讨论.
尽管量子力学取得了巨大的成功, 但是, 关于量子力学的争论就一直没停止过, 今天还在继续. 海森堡意识到不确定性原理是整个量子力学大厦的基础，如果不确定性原理错误, 整个量子力学大厦也随之倒塌. 即物体不能同时具有精确的动量和位置，动量与位置不确定度的乘积总大于一个常数。德布罗意提出物质本身是波，物质波的波长等于普郎克常数除以物体的动量l=h/mv, 此公式并不能由其它公式推出，它来源于德布罗意的大脑，它的正确性由实验所证明。我们要测量物体的状态，需要接收来自这一物体的信息，如光子，电子等，这些物质具有一定的波长和动量。用一定波长的物质作为测量媒介时, 当两点相距小于波长时不能被区分，因此，位置不确定度大于波长∆x>l.而动量不确定度为所发出物质的动量∆p=mv=h/l. 当我们想提高位置的精确度时, 就要减小测量媒介的波长, 但这么做会增加它的动量, 使动量不确定度增加, 位置与动量不确定性的乘积为∆x∆p>h.
看起来不确定性是测量的结果，试想一下, 如果我们不测量它，物体总是’客观’地存在着，它应该具有确定的位置和动量. 很遗憾，答案是否定的。电子绕原子核运动，是什么阻止电子放出电磁波并塌陷到原子核上呢， 在经典物理中找不出任何理由。正是不确定性原理在起作用。电子的电能随着离原子核的距离而减小，距离减小等与位置不确定度的减小，则意味着动量不确定度的增加，即电子动能的增加，电子的能量为两者能量之和，在某一距离取最小值，此时原子具有稳定的结构. 原来是不确定性原理阻止原子塌陷，支撑着我们的世界。此例证明，不确定性并不是测量引入的，而是客观地在存在着。为什么这样, 不知道, 只能说它就是这样的, 没道理可讲. 可能出于哲学或宗教的信仰, 爱因斯坦始终不赞成不确定性原理, 他认为上帝不掷骰子, 不确定性是由一些我们还不了解的隐变量引起的, 如电子,质子的内部结构. 他们谁对谁错我们不知道, 但从目前的实验结果看, 不确定原理暂时是对的.
不可理解，实际上，物理学家也不比我们理解的好许多。宇宙不是为人而创造的，大自然在制定它的规则时也许没考虑过将来人的感受，不可理解也就不足为奇了。量子力学的成功不是因为它好理解或具有优美的公式, 而是因为它能解释现有的实验, 并预言一些实验结果, 后一点尤其重要, 否则, 就是公说公有理, 婆说婆有理了.
检验自由意志是否存在的客观标准是, 当我们知道一个人的全部的分子结构及电子状态, 能否预言他的行为, 如果能的话, 则说明没有自由意志. 数学家庞加莱证明了三体运动会出现混沌, 即三个相互作用的物体没有解析解, 找不出一个时间的函数来表示物体的运动, 只能通过数值计算的方法求解. 而运动对初始条件非常敏感, 初始值的一个很小的差别, 过一段时间后, 运动状态可能完全不同. 日常中的物体有十的二十几次方个微粒组成, 结果对初始值更加敏感, 无论取多少位有效数字, 如小数点后第30个数不同, 由于误差被快速的放大,总能在短时间内导致系统的运动完全不同, 此现象被称为蝴蝶效应, 说一只蝴蝶在澳大利亚煽一下翅膀可能导致纽约下一场暴风雨. 其实, 蝴蝶效应是时间的积累, 与位置没关系. 也可以说一只蝴蝶在澳大利亚扇一下翅膀可能导致几天后澳大利亚下一场暴风雨, 说相距很远的两地就省的说时间了.
一切是确定的吗? 从经典物理的角度考虑，当我们不测量时，系统是客观的存在的，具有完全确定的动量和位置，具有确定的演化。因此，是。 也不是，因为我们永远无法预言什么是确定的。 然而，根据前面的讨论，量子力学给出另一种结果， 当我们测量时，总受到不确定原理的限制，不可能精确的测量动量和位置， 也就不可能做出预言。当我们不测量时，不确定性原理同样起作用，系统的状态不是’客观’的, 也就不具有确定性。或许，这正是自由意志的根源, 一切并不是完全确定的, 我们能作出自己的选择. |
发表于 2007-6-3 12:50
| 
