1914年6月28日上午，一位名叫加夫裡洛·普林西普的波斯尼亞塞族學生站在薩拉熱窩拉丁橋附近的莫里茨·席勒熟食店外。上午10:45之後，載著奧匈帝國皇位繼承人弗朗茨·斐迪南大公的車隊經過了離普林西普幾米遠的地方，普林西普拔出他的0.38口徑手槍並開了槍。一顆子彈擊中了皇儲的頸部。他被緊急送往軍事總督府接受治療，但在上午11:30被宣佈死亡。
這次暗殺事件幫助引發了第一次世界大戰。歷史學家將歷史視為一系列相互關聯但高度偶然的事件——由無數且大多看不見的因果鏈構成。有人認為，如果普林西普的槍卡殼了，大公就會活下來，那麼歐洲隨後的歷史很可能就會大不相同。小說家長期以來一直對這些假設性問題（哲學家稱之為“反事實歷史”）著迷：如果希特勒沒有從藝術學院輟學怎麼辦？如果德國人在美國人之前研製出原子彈怎麼辦？如果約翰·列儂從未遇見保羅·麥卡特尼怎麼辦？如果一顆小行星沒有在大約6500萬年前消滅恐龍，爬行動物仍然統治地球怎麼辦？
當然，這些偶然性預設了事情可能有所不同——要麼是因為行使自由意志的人可以選擇另一種行動方案（普林西普可以選擇不扣動扳機），要麼是因為隨機事件（例如小行星撞擊）可能以不同的方式展開。但是這種態度與物理學相容嗎？宇宙的自然法則允許自由意志存在嗎？
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科學家和哲學家們幾個世紀以來一直在爭論這個問題，並且常常在兩個相互競爭的極端之間左右為難。有些人認為，是的， 你顯然有自由意志。（您不是已經在自由選擇閱讀的故事中讀到第四段了嗎？）另一些人認為，不， 你不可能有自由意志，因為物理定律說，無論發生什麼，都取決於之前立即發生的事情——人類思想中的事件也不例外。最近，一個新的論點出現，解釋了為什麼量子力學甚至比物理學家可能認為的更具決定性，這再次引發了辯論。
物理學和自由意志可能不相容的觀點至少可以追溯到古希臘人，但法國學者和博學家皮埃爾-西蒙·拉普拉斯最有力地表達了這一觀點。拉普拉斯想知道，是否發生的一切都嚴格地由之前發生的事情決定。他的思想實驗涉及到一個實體，現在被稱為拉普拉斯妖，它可以辨別宇宙中每個粒子的位置和動量。對於這樣一個妖魔來說，未來是固定的：宇宙的展開方式只能有一種。宇宙將是決定論的，這意味著未來是由現在唯一確定的，而現在又是過去唯一確定的。如果拉普拉斯是對的，那麼偶然性的概念——無論在任何時刻發生了什麼，接下來會發生什麼都是“懸而未決”的想法——似乎就會消失。
然後在20世紀初，量子力學和相對論的雙重變革到來了。量子力學尤其似乎對自由意志和偶然性產生了深刻的影響。該理論認為自然本質上是模糊的：在經典物理學中明確定義的量，例如位置或動量，在量子力學中是不確定的——直到它們被測量。在測量一個系統時（至少在所謂的該理論的哥本哈根解釋中），它的波函式（對系統的數學描述）據說會“坍縮”，留下一個獨特的結局，例如一個特定的觀測位置或動量。該理論只告訴你每次觀測的各種結果的機率，但不會告訴你你實際會看到哪個結果。乍一看，這種模糊性似乎可以將物理學從決定論的魔爪中拯救出來。另一方面，尚不清楚量子不確定性如何能夠實現自由意志，因為我們通常不認為我們的決策過程是隨機的，就像我們不認為它們是完全命中註定的一樣。
但是這個故事還有另一個轉折——當物理學家試圖將量子力學應用於整個宇宙時（一個被稱為量子宇宙學的領域），就會出現這個轉折。一些量子宇宙學方法，例如理論物理學家吉姆·哈特爾和斯蒂芬·霍金（以及霍金在《時間簡史》中描述的）設想的方法，似乎不僅規定了支配宇宙演化的規則，還規定了宇宙的初始狀態。從這種看待事物的方式來看——物理學家羅傑·彭羅斯在他的著作《皇帝新腦》中稱之為“強決定論”——宇宙只能有一個歷史。沒有什麼可以與它實際發生和現在的樣子不同。從普林西普子彈的軌跡到您現在正在閱讀這句話的事實，一切都在時間之初就被預先規定好了。
這是解釋量子力學的一種方式——但不是唯一的方式。另一種流行的觀點被稱為“多世界”觀點（或埃弗雷特觀點，以物理學家休·埃弗雷特三世的名字命名，他首先詳細地寫了關於它的文章）。在這種觀點中，一切可能發生的事情實際上都發生了——但在不同的宇宙中。因此，多世界論的支持者不會說宇宙只有一個歷史，而是會說“多元宇宙”只有一個歷史。在這個多元宇宙中，存在分支，或者說宇宙，在這些宇宙中，普林西普扣動了扳機，也存在他沒有扣動扳機的宇宙。存在薛定諤著名的貓活著的宇宙，也存在它死去的宇宙。但作為一個整體的宇宙是完全確定的。
加州大學聖地亞哥分校的物理哲學教授陳伊迪·克明認為，我們應該認真對待強決定論的思想及其含義。如果我們接受像哈特爾和霍金提出的那種理論，其中宇宙（或多元宇宙）的動力學和初始條件都被指定，那麼只有一種獨特的歷史是可能的。陳最近在《自然》雜誌上認為，從這個角度來看，量子力學甚至比它的經典前身更具決定性。（在一篇相關的預印本中，陳進一步發展了這個想法，描述了他稱之為“埃弗雷特·溫塔庫勒斯”的東西，他寫道，這是“量子世界中第一個現實且簡單的強決定論理論。”）
但這很棘手：即使我們生活在埃弗雷特多元宇宙中，我們也只看到一個分支——我們的宇宙——並且在這個分支中，我們仍然傾向於想象多種結果是可能的。在他的預印本中，陳承認“如何在多元宇宙背景下思考自由和能動性是一個懸而未決的問題。” 然而，陳說，至少，我們通常理解的決定、選擇和偶然性需要重新思考。他認為，在強決定論下，不再有意義談論反事實。“你可以將反事實理解為指代與物理定律相容的不同物理可能性，”陳說。“但如果我告訴你只有一個單一的可能性，那麼就沒有反事實。所有反事實都變得毫無意義或微不足道或空洞。” 他說，如果沒有反事實，就沒有自由。正如他在《自然》雜誌的文章中寫道，強決定論“使人們更難藉助量子理論來捍衛自由意志。”
雖然物理學家繼續爭論強決定論的思想，但查普曼大學的物理哲學教授艾米麗·阿德拉姆同意陳的觀點，即強決定論似乎比傳統的決定論更威脅自由意志，尤其因為它與埃弗雷特多元宇宙有關。“在標準的決定論圖景中，當然，發生的一切都是由過去決定的——但你的思想是未來事件得以實現的關鍵因果過程的一部分，”阿德拉姆說。“因此，在某種有意義的層面上，未來的事件——即使它們是預先確定的——也是透過你認同自己的過程來調解的。” 但在埃弗雷特圖景中，她說，更難看出決策會在哪裡發揮作用。“如果你總是做出每一種可能的決定，那似乎確實嚴重削弱了你在行使任何有意義的選擇的意義，”她說。“因此，從這個意義上說，你確實比標準圖景更糟糕，在標準圖景中，一個結果發生了，而你在促成它的過程中發揮了作用。”
儘管量子力學（或至少是它的某些版本）可能對自由意志的概念造成困擾，但相對論——現代物理學的另一個支柱——也難逃干係。許多理論家認為，相對論描述了一個過去、現在和未來都同樣真實的宇宙：一個像巨大的時空塊（有時稱為“塊狀宇宙”）一樣靜止不動的宇宙。這並不是說時間在這個圖景中消失了——而是它不再“流逝”或“流動”。（正如阿爾伯特·愛因斯坦所說，時間的流逝是一種“頑固的持續幻覺。”）從概念上講，強決定論的量子宇宙和相對論的塊狀宇宙可能並沒有那麼大的差距。英格蘭利茲大學的科學哲學家阿拉斯泰爾·威爾遜說，量子版本可以被認為是“一種豐富的塊狀宇宙”。“想象一下，取一個塊狀宇宙，並在其中新增一個額外的維度——可能性的維度。”
儘管如此，關於空間和時間基本性質的理論仍需持保留態度。物理學家對宇宙138億年曆史的大部分都有相當好的掌握。然而，當我們倒帶時，我們發現隨著我們越來越接近宇宙大爆炸，我們對空間和時間的理解變得越來越薄弱。在宇宙的最初時刻，相對論和量子力學都無法單獨準確地描述正在發生的事情，並且沒有公認的量子引力統一理論來取代它們。匹茲堡大學的物理學家兼哲學家大衛·華萊士說：“在這個領域，空間和時間本身的概念開始在基本層面上以我們不理解的方式瓦解。“如果時間的概念瓦解了，那麼說明事物如何隨時間變化的定律與說明事物在初始時間如何的初始條件之間的鮮明區別也開始瓦解。” 儘管哈特爾-霍金提案引起了人們極大的興趣，但華萊士警告說，它仍然是“推測性的”。儘管華萊士是一位堅定的埃弗雷特派（著名的科學家大衛·多伊奇、馬克斯·泰格馬克和肖恩·卡羅爾也是如此），但埃弗雷特多元宇宙仍然存在爭議。
對自由意志的懷疑並非新鮮事。早在量子力學和相對論出現之前，人們就想知道，在一個物質僅僅在力的作用下像宇宙檯球遊戲中球一樣移動的宇宙中，如果存在自由，那會是什麼樣的自由。生物學家和神經學家羅伯特·薩波爾斯基是最新一位自由意志懷疑論者，他的最新著作名為決定論：一個沒有自由意志的生命科學。薩波爾斯基認為，你之所以成為現在的你，是因為在你自己的生活歷史以及你出生之前很久就發生的一切。在花費數十年時間試圖瞭解科學可能為個人自由留下哪些迴旋餘地之後，他得出結論：“我們根本沒有自由意志，”他在書中寫道。
調和可能具有決定論的物理學和看似自由的個人選擇的首選“解決方案”——引號很重要，因為並非所有人都贊同——是一種被稱為相容論的立場。相容論者認為，無論基本粒子和力在亞原子層面可能做什麼，人類的自由仍然可以存在，因為我們生活在宏觀世界中，那裡的規則非常不同。是的，我們是由原子（或者如果您願意，也可以說是波動的量子場）構成的，但是嘗試透過分析我們的原子（或我們的量子場）來描述人類行為的任何特徵將是荒謬的。儘管絕大多數哲學家認同相容論（民意調查顯示這一數字約為60%），但其他人則認為這是一種逃避。例如，伊曼努爾·康德駁斥相容論為“可悲的詭計”。最近，神經科學家山姆·哈里斯在他的著作《自由意志》中寫道，“從道德和科學的角度來看，[相容論]似乎是故意遲鈍。”
對於相容論者來說，這歸結為視角問題。威爾遜舉了天文學家亞瑟·愛丁頓的例子，他一個世紀前寫道，一張桌子在微觀層面檢查時會失去其桌子般的特性。“他發現桌子中粒子之間有很多空隙，”威爾遜說。“這是否意味著它不是固體？還是意味著固體性不是我們想象的那樣？” 他建議以同樣的方式看待埃弗雷特多元宇宙。從一個角度來看，我們可能會說機率的概念已經消失了——或者我們可以說“存在機率——它們只是不是我們想象的那樣。”
對於堅定的相容論者來說，自由意志的問題並不取決於物理學對原子、力、量子場或任何其他適用於微觀層面的東西的說法，強決定論並不比常規決定論更令人不安。正如阿德拉姆所說：“在一個描述層面上，人是他們決定的來源，而在另一個不同的物理描述層面上，遙遠的過去和物理定律是他們決定的來源。我認為，如果你將這兩個描述層面分開，就像你應該做的那樣，那麼你就不會真正遇到自由意志的問題。”