数学家回答：亚原子粒子是否有自由意志？(ZT)

2009-06-19 23:51:13 来自: 荒野地铁(凡墙都是门)

普林斯顿大学的数学家John Conway（他还发明了Game of Life）和Simon Kochen去年公开宣布，如果人类有自由意志，那么基本粒子也有。两位数学家声称这就是宇宙的真理，他们的研究报告(PDF)正式出版在2月份的《美国数学学会公告》上"

公开的论文：
http://www.ams.org/notices/200902/rtx090200226p.pdf

下面的文章也是转贴

2009-06-20 01:04:25 栋栋

强

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2009-06-20 01:05:47 悲剧反省中。 (身高是浮云 = =+)

人没有自由意志。

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2009-06-20 01:08:15 白马狗熊 (DEVIL IN BOTTLE)

人没有自由意志

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2009-06-20 01:10:55 荒野地铁 (凡墙都是门)

两位数学家说，他们证明了，如果我们有自由意志，那么亚原子粒子也有。
http://www.yeeyan.com/articles/view/20618/12612

预先固定的歧路?
“如果原子永不会突然改变方向，从而切断命运的锁链，打破永续的因果链条 -- 那么什么才是这世界上所有众生的自由意志之源？”— 卢克莱修（Titus Lucretius Carus），古罗马哲学家、诗人， 99–55 BC.

人类的自由意志似乎是最难以处理的哲学课题，远非数学证明所能表达。但是，两位著名的普林斯顿数学家 John Conway 和Simon Kochen 宣布，他们已经证明了，如果人类具有哪怕一丝一毫的自由意志，那么原子的行为就一定是不可预测的。

对许多物理学家来说，这项发现不会令他们有丝毫担心，因为量子力学的传统解释已经包含了不可预测性。量子理论认为，我们所能做到的，就是预测粒子出现某种行为方式的可能性。

但对那些传承爱因斯坦传统的物理学家来说，这种解释并不令人满意。“上帝不掷骰子”，爱因斯坦（对量子力学传统诠释）的抱怨非常有名。事实上，量子力学诞生以来，一些物理学家提出了各种对量子力学方程的不同解释，希望摆脱这种非决定性。最著名的替代性解释来自大卫玻姆（David Bohm），他在1950年代提出，亚原子粒子的行为是由不可观测的“隐变量”决定的。

Conway 和 Kochen 认为这种解释不会有结果，因为他们已经证明了非决定性是植根于世界自身的，而非仅仅在量子理论中。针对走玻姆道路或类似思路的物理学家，Conway 和 Kochen 要说的是：要么放弃决定论，要么放弃自由意志，哪怕是最小程度的自由意志。

他们的论点源于40年前 Kochen 和 Ernst Specker的一个证明。亚原子粒子有一个称为“自旋”的性质。自旋可以围绕任何轴，实验表明，自旋数为1的亚原子粒子有一个奇特的性质：任选三个彼此垂直的坐标轴，然后测量这个粒子在三个轴上的自旋情况，那么三个轴中必有一个自旋为0，而其他两个自旋非0。Conway 和 Kochen 把这种性质称为 1-0-1 法则。

自旋属于那种物理学家在测量之前无法预知测量结果的性质。不过，我们可能会设想，粒子沿所有轴的自旋是在测量前就确定了的，这正是一般我们在生活中所做的假设。例如，我们不会认为篱笆是因为我们在看它而变成白色的 -- 我们认为它始终都是白色的。

但是 Kochen 和 Specker 证明了，”篱笆始终是白色的“这样的假设在亚原子粒子的奇异世界里并不成立。他们采用纯数学的方法证明，粒子不可能做到在所有可能的轴上选择自旋结果，并且符合 1-0-1 法则。实际上，存在一个由33个轴构成的集合，可以令这种选择造成矛盾。粒子可以试图在前32个轴上选择自旋结果并符合 1-0-1 法则，但在最后一个轴上，无论是选择 0 还是非 0 自旋，都无法符合该法则。如果选 0 会造成某一组三个互相垂直的轴有两个 0，而选择非 0 的话会有另外一组三个互相垂直的轴中有三个非 0 自旋，无论哪种情况都会破坏 1-0-1 法则。

Kochen 和 Specker 的结论是，这意味着粒子无法在被测量之前定义每个方向的自旋。如果粒子的自旋是事先定义的，物理学家们就可以偶尔观测到 1-0-1 法则被违反的现象，但这从未发生过。因此，它必须在实际测量时“决定”自旋。Conway将这种情况与游戏“20个问题”相比较，如果你公平地玩这个游戏，你需要事先决定一个物体并诚实回答每个问题，希望你的对手猜不出你的选择。但一个聪明的玩家有可能使诈，在游戏中途改变物体，在这种情况下，他的答案并非事先决定的。Kochen 和 Specker的证明表明粒子就像是个使诈的玩家，理由是，不可能有单一的物体同时满足所有的“问题”（在这里是那33个轴）。

但还有另一个可能的解释。或许粒子的自旋是完全的决定性的 - 但依赖于某种与宇宙状态有关的东西。这就好比某个“20个问题”的玩家，决定好如果对手的第一个问题是“这是不是个...的物体？”就选“驴子”，如果是其他的问题类型就选“马”作为自己的物体。比如，如果对手问，““这是不是个有大耳朵的物体？”，他会回答“是”，而如果对手问的是“这个物体有大耳朵吗？”，他会回答“不”。在这种情况下，虽然他的心目中并没有某个单一的物体，他的答案仍然是预先决定的。

Conway 和 Kochen 说他们已经证明，即使在以上的这种解释下，粒子的反应也不可能是预先决定的。Conway说：“我们确实可以证明，不存在任何算法，以任何一种方式，让粒子可以给出在测量之前就确定的唯一的答案。对于我们能设法证明这一点，我仍然感到吃惊。”

他们构造了一个思想实验证明这一点。构造两个自旋为 1 的粒子，令它们相互缠绕，使得两个粒子在每个可能的轴上都有相同的自旋，并且即使把两个粒子分开遥远的距离，它们仍保持这样的缠绕状态，这种构造是可行的。用这种方式构造两个粒子，将其中一个送到火星上的物理学家 Alice 那里，另个留给地球上的物理学家 Bob。这样，根据相对论，物理学家之间以及粒子之间都无法传递信息。Alice 和 Bob 分别沿某些他们自由选定的轴测量他们的粒子，如果 Alice 和 Bob 碰巧选择了相同的轴，他们可以得到相同的答案。

现在，想象这些粒子就像是“20个问题”的玩家，它们的物体有时是驴子有时是马，根据一个固定的规则在回答时决定是哪一种动物。不管这个规则是什么，它对两个缠绕着的粒子是一样的，使它们产生在各个方向相同的自旋。这仿佛是克隆了“20个问题”的玩家，两个玩家必定对同一种动物给出相同的答案。

但 Conway 和 Kochen 表明了如果粒子之间没有通信，以上情形是不可能的。他们使用 Kochen-Specker 用过的归谬方法证明，如果自旋数 1 的粒子的行为是预先决定的，也即不可以“改变选好的动物”，那么它就无法给出完全遵守 1-0-1 法则的答案。因此如果 Alice 和 Bob 精心选择测量轴，他们就能够迫使两个粒子要么回答不一致，要么违反 1-0-1 法则 -- 这些都与实验证据不符。

Kochen 和 Conway 说，避免的矛盾的最好方法，就是接受在测量前粒子的自旋并不存在。但还有一种解套的方法：那就是在任何一刻 Alice 和 Bob 对测量方向的选择不是自由选择，那么大自然就可以设法令他们不会选择那些会暴露出违反 1-0-1 法则的轴。Kochen 和 Conway 无法完全排除这种可能性，但是 Kochen 说：“任何一个普通人都会说，‘这太荒唐了’。自然的感觉当然是，不管我们做什么，我们都是在按照自己的自由意志去做的。就算不完全是这样，至少我们可以肯定，我们可以选择在实验中按哪个按钮。”

按说，数学证明可以解决所有的不明确之处，但 Kochen 和 Conway 还未能让许多听过他们工作的物理学家感到信服。Rutgers 大学的玻姆派物理学家 Sheldon Goldstein 说：“我不觉得信服”。他相信论证中没有什么新东西，并且满足于这样的观念：自由意志仅仅有效地存在，而非理论上存在。自从Kochen 和 Conway四年前首次发表他们的成果以来，Goldstein和他的合作者花了很多时间与两位数学家讨论有关问题。在接受了批评后，两位数学家于2008年7月21日在 Arxiv.org 上发表了新的证明，试图加强结果。然而，他们仍未能达成相互理解。Goldstein 说：“没能做到相互沟通令人沮丧。我们知道政治上会这样，但你不会想到我们这里也会发生这种事。”

但是霍夫特（Gerard ’t Hooft）说两位数学家的结论是正确的 -- 但他宁愿选择决定论而不是自由意志。霍夫特是荷兰Utrecht大学的物理学家，曾获1999年的诺贝尔物理学奖。霍夫特说：“作为一位坚定的决定论者我会说，是的，实验者打算测量什么是打自有时间的时候就已经决定了的，他所称为光子的东西的所有性质也是如此。如果你信仰决定论，你就必须毫无保留地相信这一点，没有退路。Kochen 和 Conway 已经用一种漂亮的方式证明了，对伪决定论半心半意的信仰是无法持续的。”

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译者后记：

去年，本文发表不久，就已加到了我的翻译选题中，但当时没看内容。放了半年多，Solidot 已经选了两次，才注意到是 Conway 的证明，于是决定读一下。

证明没有去读，没信心能看懂，就算能看懂，我也相信关键不在证明本身，而在于对结果的“解释”。很明显，Kochen 和 Specker 当年的证明不过是贝尔定理的翻版，我想不清楚的是Kochen 和 Conway 的这项新成果差别在何处。我觉得，如本文中所说，如果一位真正的物理学家不觉得信服，那肯定是有些问题。但另一方面，’t Hooft 这样的大牛说结论是对的，那就应该是对的吧。困惑中......

因为没有完全想明白，所以犹豫着没翻译，而且译言中已经有另外的翻译介绍这项成果了。但想想角度不同，还是翻译出来吧。不知道这是不是我的自由意志所做出的决定。:-)

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2009-06-20 21:08:41 bacchus

什么叫自由意志

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2009-06-20 21:45:59 小III (神功……)

EPR实验已经做过无数次了，结果都很统一，纠缠粒子间的信息联结也早就不是什么值得大惊小怪的事情了，不管他们确切做了什么，总归是没有违反量子论定律吧？没有发现什么新现象吧？那至多只是提供了一种量子论的新解释，应该没有什么突破性意义

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2009-06-20 22:11:48 foo

这个应该转去物理组

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2009-06-20 23:10:44 苏C (原来你是奢侈品)

人没有自由意志

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2009-06-20 23:43:42 小孩爱霍金 (冬天的雨)

一切和合事物皆无常
一切情绪皆苦
一切事物皆无自性

人有自由意志......

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2009-06-21 00:39:43 blade (针尖上跳舞)

这算不算是数学家在抢物理学家的饭碗。。。

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2009-06-24 08:52:56 媽了個屄的 (做好準備這一回，起跑後決不撤退)

Conway's the game of life,我喜歡玩！

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2009-06-24 20:36:09 leafhopper (请勿邀请我参加种种活动)

老实说，中间一大段的说明看不大懂

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2009-06-24 20:37:12 leafhopper (请勿邀请我参加种种活动)

他们构造了一个思想实验证明这一点。构造两个自旋为 1 的粒子，令它们相互缠绕，使得两个粒子在每个可能的轴上都有相同的自旋，并且即使把两个粒子分开遥远的距离，它们仍保持这样的缠绕状态，这种构造是可行的。

上面这段：1. 什么是缠绕 2. 什么是每个可能的轴

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2009-06-29 23:53:49 犬儒客

缠绕就是纠缠，很早很早以前叫缠绕，
这个问题让我想起了针尖上站几个天使的问题

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2009-06-30 00:16:54 Atman想小光 (tango down)

让我想起了特斯拉！！！！
特斯拉也认为宇宙一切都具有意识和人是一样的

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2009-07-13 19:10:03 冰岩下的火焰

即使连说“人没有自由意志”的自由意志都有了，就更不用说还有其它的自由意志了吧

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2009-07-13 19:18:50 Moon

推荐，J.R.Searle《自由与神经生物学》一文，对自由意志的意见比较有意思:)

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2009-07-28 12:53:20 豆瓣罐头

1、什么叫自由意志，我不知道。
2、那两个数学家是搞逻辑学的吗？

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2009-07-28 12:55:33 米牛牛 (下雨别忘收衣胡啊！！)

支持！:):)

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2009-08-05 21:49:41 舌控JeFF (舌交只应天上有, 人间可得几回吻)

这个问题困扰我很久了, 非常高兴有权威的人士发表这方面的报告. 虽然没多大实质意义, 无法理解他们的证明方式. 但我深刻认为, 自由意志与决定论这方面的话题, 不可能由理论来推导, 例如我相信量子力学相信存在的混沌纯粹随机的状态, 但我又相信决定论可能是真的. 因为你很难说宇宙是怎样虚实过渡的.

2009-07-28 12:53:20 豆瓣罐头 1、什么叫自由意志，我不知道。
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简单的说, 自由意志就是你究竟有没有可能自由决定一个事情, 或者说你有没有可能作出一个纯属随机的选择. ——不过挺明显的, 只要心智正常的人, 做事情肯定有一个前提原因的, 纯随机的决定似乎是不存在的, 我倒是对疯子有没有纯随机的举动表示怀疑.

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2009-08-08 04:29:36 濪 (如果有可能那么肯定能)

没有绝对的自由意志，因为不可能脱离前提条件，如果有绝对自由意志，就是有绝对脱离环境的独立例子，这是阿玛蒂亚森自由的悖论。

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2009-08-08 04:31:51 濪 (如果有可能那么肯定能)

有脱离所有环境条件的粒子吗？如果每个粒子都是一个向空间，就可能。
但是怎么证明每个向空间是独立存在而不受相互干扰影响？

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2009-08-08 04:34:37 濪 (如果有可能那么肯定能)

所以，这只可能发生在数学研究的虚拟空间中证明N维独立空间的存在性，但是我们总是用这种虚拟方法解决实际问题，所以就出现了概率和误差。

我认为这是研究数学最伟大之处！哈哈

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2009-08-08 06:00:01 牛牛

其实他们的意思是，人类的一切行为，包括所谓意识，都是构成人体及其环境的亚原子粒子运动的必然结果。在这个里面中没有随机的，可以两可的成分存在，所以如果说人有自由意志，那么这个自有意志就来自于亚原子粒子的自有意志。

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2009-08-08 07:28:55 濪 (如果有可能那么肯定能)

ls
我不明白你说的“人类的一切行为，包括所谓意识，都是构成人体及其环境的亚原子粒子运动的必然结果”是什么意思。

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2009-08-08 09:06:43 牛牛

就是说人类的一切行为，包括意识，都在本质上是亚原子粒子集体运动的结果，如果知道亚原子粒子运动的全部细节，在理论上就可以得到人类一切行为的一切细节。就好比如果知道所有分子的运动，在理论上就知道了宏观物体是怎么运动的，其中的物理性质是如何的。

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2009-08-08 12:47:10 濪 (如果有可能那么肯定能)

喔，那就是complex theory的研究对象？

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2009-08-08 13:31:06 C (我曾立志做一个好(玩的)人)

牛牛同学，那接下来是不是可以验证这个世界是自由意志的？所以是有命运的纯在的？所以是唯心的？

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2009-08-16 23:24:52 Patty

是不是可以推广到，整个宇宙是有自由意志的？
是不是可以说，生物和非生物的界限变得模糊了？

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2009-08-17 09:59:27 冰岩下的火焰

有自由意志又怎样，没有又怎样，有意义吗？对解释世界有什么帮助吗？

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2009-08-17 10:38:10 小III (神功……)

2009-08-08 09:06:43 牛牛

就是说人类的一切行为，包括意识，都在本质上是亚原子粒子集体运动的结果，如果知道亚原子粒子运动的全部细节，在理论上就可以得到人类一切行为的一切细节。就好比如果知道所有分子的运动，在理论上就知道了宏观物体是怎么运动的，其中的物理性质是如何的。

不存在粒子运动的“全部”细节，只存在波函数演化的全部细节（也可以理解成理论上粒子运动的“全部”细节的“一半”），但是黑洞又是吞噬信息的，所以能不能恢复出这一半细节又要看能不能从黑洞中恢复出吞噬的信息，根据霍金看来是有可能的，但就算恢复出这“一半”细节，你也不能得到人类行为的一切精确无误的细节，因为，按照爱因斯坦的话来说，这中间过程要“丢骰子”

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2009-11-07 12:36:10 驴头狼逑多！ (hagia sophia also in my soul)

哦，free will啊，那agency的问题怎么解决？实施理性的主体又是什么？是基本粒子？是的话，基本粒子的“自由意志”和意识的自由意志是不是可以在一个层面上讨论？也就是说这两个义项是不是一件事？从全知视点探知的决定论，推不推的出来，不可能完全剥除主体性的人性论？物的存在或许以机械观处理，人的存在本质却为两可。
抛开量子论的事情不谈，其实这种“硬决定论”的论证找不出逻辑错误来，他说以此证明决定论，谁也找不出什么话说，况且决定论以前也有过很硬性的逻辑推证，但是“粒子也有自由意志”这种就是批了数学外衣的修辞，何况真正的关键问题是自由意志这个词绝不仅仅只用在纯粹玄学甚至一般哲学的意义上。

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2009-11-07 13:26:54 sabretooth (omphaloskepsis)

Choice is an illusion created between those with power and those without.

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2009-11-07 13:33:26 vieplivee (苇浦丽薇.最近很是怠工)

Simon Kochen不知道。不过John Conway是个圈内著名的牛人，涉猎很广。

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2009-11-07 18:17:47 驴头狼逑多！ (hagia sophia also in my soul)

对广大看不懂数学物理的人民群众来说，这事儿完全就是欧拉跟狄德罗证明上帝存在的故事一般无二啊。

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2009-11-12 23:43:36 Molly (让思维肆意，让梦想张扬...)

中间一大段很蒙。。。。谁出来解释下啊~

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2009-11-13 10:33:29 巴门尼德 (人类进入拯救地球时代)

mark下先
靠，一切最后都会走到玄学上……

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2009-12-18 22:24:52 只是个人

这两个家伙的“自由意志”还用的是笛卡尔的概念，所以这文章有点无聊了。自由，霍布斯给的定义我看行。意志，意识到XX之后的志向/想法/方向。
你们自己看着办吧。

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2009-12-19 00:09:28 night_stalker (born in blood)

就算人没有自由意志，理论上行为可预测，但实际上行为还是不可完全预测的（人身上这么多粒子状态，就算你数据取得很详尽，也算不过来，至少 50 年内都没有这么强大的计算机），有没有真的没啥关系 …… （至少 50 年内没啥关系 ……）

就算人有自由意志，理论上不能完全预测，但实际上很多行为还是可预测的（像在豆瓣上看到 mm 照片会围观），有没有真的没啥关系 …… （至少 50 年内人类性情不大变的情况下没啥关系 ……）

综上所述，真的没啥关系。QED

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2009-12-19 12:27:38 悦儿

mark

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