本文發表於《大眾科學》之前的部落格網路，反映了作者的觀點，不一定代表《大眾科學》的觀點。
已故哲學家羅伯特·諾齊克在談到為什麼存在而不是不存在的深刻問題時，曾打趣道：“提出不奇怪答案的人表明他沒有理解這個問題。”因此，當斯科特·阿倫森三週前開始演講時說這將是“我做過的最瘋狂的演講”，這是一個好的開始。在一次關於時間本質的會議上——這是一個如此深刻以至於難以形成問題的疑問——“瘋狂”確實是高度讚揚。而且他的演講確實充滿了雄心壯志和遠見。它讓物理學超級博主薩賓·霍森費爾德出人意料地語無倫次。
作為他將理論計算機科學應用於哲學的總體努力的一部分，阿倫森一直在思考大學形而上學課程和深夜宿舍臥談會的舊主題：自由意志。我們有自主權嗎，還是我們的選擇是預先註定的？那是一個錯誤的選擇嗎？無論如何，自由意味著什麼？有關阿倫森早期的一些想法，請參閱他的講座和部落格文章。儘管難以總結，但他的演講（幻燈片在此）可以分為兩個部分。
首先，他試圖將模糊的自由意志概念轉化為具體的操作定義。他提出了圖靈測試的一個變體，他稱之為信封論證或預測遊戲：有人向你和一個你大腦的計算機模型提出問題，試圖找出誰是人類。如果一臺確定性地執行的計算機可以重現你的答案，那麼你也必須確定性地執行，因此不是真正自由的。（在這裡，我使用“確定性”一詞是物理學家或哲學家的含義；計算機科學家有他們自己更狹隘的含義。）儘管測試永遠不會是決定性的，但你的反應的不可預測性可以透過重現這些反應所需的最小計算機程式的大小來量化。澤亞·梅拉利在基礎問題研究所的部落格上對阿倫森的提案做了很好的總結。
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正如阿倫森所描繪的那樣，這個遊戲的輸出將是對你的意志是否自由的置信水平。但我認為最好將其解釋為衡量你擁有的自由意志量的指標。去年，量子物理學家喬納森·巴雷特和尼古拉斯·吉辛認為，自由意志不是一個二元選擇，要麼自由要麼死亡，而是一種具有程度的權力。他們提出使用量子糾纏實驗來量化自由意志。自由意志進入這些實驗是因為物理學家選擇測量粒子的哪個屬性，並且該選擇會影響結果。這樣的實驗通常被認為是遠距離幽靈作用的證據，因為你的選擇會影響在遠處進行的測量的結果。但它們也可以被解釋為對自由意志的探測。
如果說有 1000 種可能的測量方法，那麼完全自由意味著你可以選擇 1000 種中的任何一種；如果你的選擇僅限於 500 種，那麼你將失去一點自由意志。有趣的是，巴雷特和吉辛表明，即使失去一點也會解釋幽靈般的行動。你不需要假設你的決定以某種方式跨越空間來影響粒子。相反，你的選擇和結果都可以預先安排好以匹配。令人驚訝的是，提前準備一點點就足夠了。你越想這個問題，就應該越感到不安。科學實驗總是假定完全的自由意志；沒有它，我們怎麼知道是不是有什麼大陰謀在操縱我們的選擇來向我們隱藏真相呢？
回到阿倫森的演講。在描述了他的實驗之後，他提出了一個問題，即計算機是否有可能令人信服地贏得預測遊戲。問題是，一個關鍵步驟——進行腦部掃描以建立計算機模型——不能忠實地完成。量子力學禁止你製作量子態的完美副本——這一原理被稱為不可克隆定理。這其中的意義取決於量子效應在大腦中的作用有多強。如果大腦主要是經典的，那麼計算機可以預測你的大部分決定。
呼叫不可克隆定理是一個巧妙的轉折。該定理源於量子力學的決定論——技術上是么正性。因此，在這裡，我們看到決定論不是作為自由意志的殺手，而是作為它的救星。量子力學是一種具有敏銳諷刺意味的理論。在量子退相干的過程中，再舉一個例子，糾纏被……更多的糾纏所破壞。
雖然阿倫森的遊戲很有趣，但我認為它本身並不是對自由意志的檢驗。正如他承認的那樣，可預測並不意味著不自由。可預測性只是問題的一個方面。本著發明圖靈測試變體的精神，請考慮幼兒測試。問一個幼兒什麼，隨便什麼。他或她會說“不”。這是一個父母會疲憊地認出的測試。按照阿倫森的複雜性衡量標準，答案是完全可預測的。但這幾乎不能反映幼兒的自由；事實上，幼兒玩這個遊戲正是為了行使他們的自由意志。幼兒測試也顯示了可預測性的侷限性。誰知道幼兒什麼時候會停止玩？如果世界上有任何不可預測的人，那就是幼兒。父母們多麼希望在他們的頭骨裡開個窗戶啊！
然而，沒有人否認幼兒是由按照確定性定律執行的粒子組成的。那麼你如何將他們的自由意志與這些定律相協調？就像宇宙學家肖恩·卡羅爾一樣，我傾向於哲學家所說的相容論：我看不出決定論和自由意志之間有任何矛盾，因為它們在兩個不同的現實層面運作。決定論描述了物理學的基本定律。自由意志描述了有意識生物的行為。它是一種湧現的屬性。單個粒子不是自由的。它們也不是熱的、溼的或活著的。這些特性來自粒子的集體行為。
換句話說，在我們能夠談論你之前，我們不能談論你是否有自由意志。粒子的行為可能完全由宇宙的初始條件預先註定，但這與你的決定無關。你仍然需要做出它們。
你的本質是無數事件鏈的匯合，這些事件鏈可以追溯到時間的黎明。你的每一個決定都取決於你曾經學到和經歷的一切，它們在你的頭腦中第一次也是唯一一次在宇宙歷史上匯聚在一起。你做出的決定隱含在這些影響中，但它們以前從未全部交叉過。因此，你的決定是一個獨特的創造性行為。
這就是為什麼即使在量子糾纏實驗中對自由意志的哪怕是最輕微的違反也是不可思議的。“自由意志”在這樣的實驗中僅僅意味著你選擇測量的東西與粒子的行為是如此遙遠的表親，以至於兩者直到現在都沒有相互作用過。
在這裡我們進入了阿倫森在他的演講中提出的第二個要點，即這是一個多麼有創造性的行為。即使產生自由選擇的影響以前從未相互作用過，它們也可以追溯到宇宙的初始狀態。關於該狀態是什麼總有一些不確定性；各種各樣的可能性都會導致我們今天看到的宇宙。但是你做出的決定解決了其中的一些不確定性。它充當了對無數影響的衡量標準。
然而，在一個確定性的宇宙中，沒有理由說初始狀態導致了該決定；說該決定導致了初始狀態也是同樣有效的。畢竟，物理學是可逆的。決定論的含義是，一個時間的狀態暗示所有其他時間的狀態。它不會優先於一種狀態而優待另一種狀態。因此，你的決定，在非常真實的意義上，創造了宇宙的初始條件。
這種反向因果關係，或回溯因果關係，是阿倫森演講中“瘋狂”的方面。但它一點都不瘋狂。這是一個愛因斯坦的狹義相對論使其成為現實可能性的概念。相對論使大多數物理學家相信，我們生活在一個“塊宇宙”中，其中過去、現在和未來都是同樣真實的。在這種情況下，沒有理由認為過去會影響未來，反之亦然。儘管他們的理論大喊著回溯因果關係，但物理學家們尚未完全理解其含義。例如，它可能會解釋量子力學的許多謎團。
在隨後的電子郵件中，阿倫森告訴我，哲學家卡爾·霍弗在2002年的一篇論文中也探討了自由意志與宇宙初始狀態之間的聯絡。阿倫森所做的是應用量子力學的見解。如果你不能完美地克隆量子態，你就不能完美地克隆自己，如果你不能完美地克隆自己，你就永遠不能在計算機上完全模擬自己。你做出的每一個決定都是你自己的，而且是你自己獨有的。它是早期宇宙中一些遙遠的粒子集合的獨特記錄。阿倫森寫道：“量子力學在這裡基本上讓你做的是，確保在每個決定中解決的初始微觀狀態的方面是‘新鮮’的方面，沒有被其他人測量或記錄過。”
如果說有什麼的話，那就讓這能讓父母對他們任性的幼兒感到釋然。卡羅爾曾經寫道，你每次打破雞蛋時，你都在進行觀測宇宙學。一個玩“不”遊戲的幼兒更進一步。每次幼兒說不，他或她都在進行宇宙工程，幫助塑造宇宙的初始狀態。
量子藝術品由garlandcannon提供。幻燈片由斯科特·阿倫森提供。