量子多世界诠释(MWI)彻底否定了自由意志吗?

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贾明子的回答

@张越之 的回答基本上完美地把我想说的都说完了。但是还是有一点点没有说完的,也是我和他的观点不太相同的地方。这种不同之处可能体现在我更愿意从物理理论出发胡思乱想一些“哲学”的问题,而他可能更加谨慎,希望把讨论局限在物理的范畴。

这个不同点在于:我认为,MWI和自由意志还是有关系的。这个关系就是,MWI让自由意志和决定论之间出现了一个相容的空间。

谈论“自由意志”,当然要谈论“意志”。而谈论意志,就必然会涉及到MWI的延伸 —— 多意识理论(many minds interpretation, MMI)。

1、偏好基问题

张越之的回答里有一句很精彩的话:

多世界诠释的原名量子力学的相对态表述是非常准确的,其精神我可以概况为这样一句反问“难道本征态就是‘实在的’吗?”

这句话翻译成术语,就是所谓的“偏好基问题”。

比如说,薛定谔先生观察了一下他的猫猫(他很爱他的猫,如果看到猫活,他会笑,反正则会哭)。按照薛定谔方程的演化方式,它会变成这样一种纠缠态:

量子多世界诠释(MWI)彻底否定了自由意志吗?

从冯诺依曼观察链看,这就意味着最终会产生两种可能性:

  1. 猫死了,薛定谔哭了
  2. 猫活着,薛定谔笑了

然而,我们对上面的量子态做一个简单的基底旋转:

量子多世界诠释(MWI)彻底否定了自由意志吗?

很明显,上述的量子态就成了这个样子:

量子多世界诠释(MWI)彻底否定了自由意志吗?

请注意,这里量子态并没有发生任何变化,只是我们用不同的基底把它重新写了一遍而已。

那么,同样我们按照冯诺依曼观察链条来解读,它就会意味着这样两种可能性:

  1. 猫处于{死+活}的叠加态,薛定谔处于{哭+笑}的叠加态
  2. 猫处于{死-活}的叠加态,薛定谔处于{哭-笑}的叠加态

这是哥本哈根诠释的一个无法自圆其说的漏洞:同样的一个量子态,仅仅是因为表述方式的不同,就会给我们两个截然不同的观察结果。所以哥本哈根诠释只能简单粗暴地宣称,量子力学中存在着一种基底是“实在”的,它才是“正当”的表述方式。其他的基底都是“虚幻”的,它们不能用来表述量子态,或者至少说,它们不能用来表述产生观察结果的量子态。

而这种“实在的”基底,也就是“偏好基”,在哥本哈根那里是有特殊地位的,也就是“经典态”。这就是哥本哈根诠释中量子-经典不相容的根本原因

现代的退相干理论用“环境选择(Einselection)”的方式“解决”了这个问题。简言之,就是退相干理论正视了量子纠缠的不可分割性。系统和环境由于存在着纠缠,而我们又只关注系统,因此我们观察到的结果,就必须舍弃量子信息,从而退化成了经典信息。而能够从环境的纠缠中保留下来的那些信息,就是“偏好基”,也就是经典态。

详情请参考我以前的回答:

量子退相干到底是什么意思?量子力学中的观察者源头是什么?

退相干理论非常漂亮,它基于纯幺正演化,就几乎推演出了经典态是如何从量子态中得到的。然而,我这里用了一个“几乎”,也就是说它其实并没有从根本上解决这个问题。

比如说,既然纠缠系统不可分,我们为何会有“系统-环境”的划分?

真正试图从根子上解决这个问题的,恰恰就是多意识理论(MMI)。

2、多意识理论是如何处理偏好基问题的?

对上面我们的诘问,MMI理论的一个核心观点就是:没错,纠缠系统不可分,整个宇宙就是一个整体,不存在“系统-环境”之分。

MMI的另一个核心就是,任何意识态都来自物理态 —— 而秉承多世界理论的内核,一切物理态都是量子态。

然而,从意识的角度,虽然宇宙是一个不可分割的整体,但是“主客”仍然是需要区别的。一个意识之所以成为意识,它必然会有着一个自我认知,也即是说,它必然会在“物我”之间找到一个界限。

然而,观察者的意识状态取决于且仅取决于其自身大脑的物理状态。

这是一个非常符合我们直觉的假设,因为我们难以想象我们意识的直接来源是远方的一颗树、一块石头,我们的认知只能来自我们的大脑。否则的话,何来的物我之分呢。我们不妨把这个起一个霸气的名字,“认知定域性原理”(cognitive locatlity principle)

但是这是一个非常不平凡的假设,因为这种假设认定了我们的认知是定域的:我们的意识取决于我们自身的物理状态。然而在量子力学中,由于相互作用无处不在,我们的物理状态总是处于和外界的纠缠当中。也就是说,我们自身的物理状态很难说是定域的。这就产生了一个矛盾

正是这个矛盾,导致了在我们意识中量子态的消失。简言之,就是这种认知的定域性使得我们不得不将宇宙这个整体划分成“我”和“我的环境”。我的自我意识,不外乎是“我”对自身的大脑状态做了一个“局部观察”。从数学上讲,就是必须要对整体宇宙的密度矩阵做一个求偏迹的运算,把大脑的信息“提取”出来。这就是退相干的介入时刻 —— 如前所述,我们的意识态自然退化为若干个经典态的叠加。

简言之,MMI的结论就是,宇宙是个整体,我们的大脑和整个宇宙纠缠在一起不可分割。然而我们的意识由于其定域性,却只能从若干个特定的“视角”来观察这个宇宙。只有这些“偏好基”才能形成所谓的意识,而其他的基底,因为仅仅是一种描述方式,也都存在,并且是任意的,但是它们不能形成意识,因此从认识论的角度也就毫无意义。

用大众喜闻乐见的“玄学”语言来讲,就是“整个宇宙从来就不分裂,然而我们的意识却在不停分裂,每个分裂的意识认知了一个不同的世界”。意识的“分裂”其实就是大脑和外界纠缠的不断扩散过程。

3、决定论的多意识理论是如何与自由意志相容的?

在Everrett的多世界理论开山之作中,他用一种近乎“奇幻”的方式探讨了这一问题:假设存在一种具有高级意识的阿米巴虫,这种阿米巴虫能够不断分裂,且每次分裂产生的后代都保留着上一代的记忆。随着阿米巴虫的不断分裂,我们得到了越来越多的阿米巴虫,它们构成了一个历史“树”而非历史“线”。从历史的角度来看,每个阿米巴虫都认为自己拥有一条唯一的历史线,而不知晓其他同类的存在。从未来的角度来看,阿米巴虫的每一个可能版本都必将出现在每一个未来中,呈现出分支的、多重的状态。

量子多世界诠释(MWI)彻底否定了自由意志吗?

那么,“分裂”后的“我”,哪一个“我”才是真的“我”呢?无数个“我”在每个“世界”中存在,每个“我”都有不同的自我意识。从拉普拉斯的“鸟瞰”视角来看,可以看到无数多个“我”,但从我们深陷其中的“井蛙”视角来看,只有一个才是真的、现在的“我”。其余的版本,不过是与我共用同一个大脑的其他人罢了。

只有当我们明确知道自己在未来将是哪个版本时,我们才能知道自己的未来会怎样。

然而,这却不是一个具有物理意义的问题。

假设拉普拉斯之妖在某一时刻对宇宙的波函数进行了精确计算,从而得知了下一个瞬间宇宙波函数的具体形态。因此,它可以计算出“我”的意识将有多少种可能的经典叠加。这意味着,拉普拉斯之妖必然会知道了,在未来我的意识会“分裂”成一系列的意识分支。在拉普拉斯之妖看来,整个宇宙已经清楚了,存在着若干个“我”,每个“我”都与一个“世界”纠缠着。

至于哪一个“我”才是真正的“我”这样的问题,在拉普拉斯之妖看来毫无意义,因为这不会给它提供任何新的信息。在拉普拉斯之妖的视角中,它知道每一个“我”的状态,并且知道每一个“我”对自己认知的状态:每个“我”都认为自己是“我”,这就已经是全部的信息了。

同样地,如果我们也拥有拉普拉斯之妖的视角,对下一刻宇宙的演化了如指掌,那么对“我”而言,“我将进入哪一个分支这个问题,无论得到何种答案,也都是一个信息量为零的答案:它对我们对宇宙的物理认知毫无用处。因为每个分支中的每一个“我”的状态我们都已经知道了。

因此,从这个角度来看,“我”将进入哪一个分支,与宇宙的物理状态无关, 否则它总归会给我提供一些信息量。这样一来,如果真的是“我进入了哪一个分支”决定了我的未来的话,那么这个决定了我未来的因素必定不是物理状态。

在经典的自由意志问题中,我们会这样问:

“这个世界中,我将要做出何种决定,我做出某种决定的概率有多大?”

在多世界理论中,这个问题就变成了:

“在所有可能的未来中,我做出了所有可能的决定,然而哪一个‘我’才是‘我’?”

“在做出了近乎无穷多种决定的无穷多个意识分支中,我将如何定义自己?

这变成了一个关于自我意识如何认定自己身份的问题。

一个自己对自己的定义,从逻辑上就无法完备,它难逃罗素悖论的怪圈。 自我定义在逻辑上注定是不完美的,因而我们眼中的世界注定是概率性的。

然而,多意识理论是纯粹的决定论理论:给定一个初始条件,我们可以确定无疑地计算出宇宙波函数未来的演化过程:我们的大脑在未来会有多少个意识分支,以及每个意识分支面临的世界将如何演化,这些都是可以计算的。但我们无法计算的是,“我自己”将出现在哪一个分支上,面对哪一种未来。我们选择的分支,是从我们如何定义自己的过程中出现的。从这个角度来看,我们拥有极大的自由意志:在一个决定论的世界历史树中,我们对自己的定义决定了我们的未来。

宇宙仍然是一个由物理定律严格决定的宇宙,但是“我”却和谐地从中涌现出来,成为一个自由意志的原始主体。这充满了量子力学的怪诞感,却为我们提供了一种全新的视角。

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