幾個世紀以來，人類一直都在冥思苦想，我們是任由命運捉弄的蠢貨嗎？即使到了現(xiàn)在，我們依然在掙扎：宇宙究竟是可預測的，還是隨機發(fā)生的？
「噢，我真是任由命運捉弄的蠢貨?！沽_密歐說?？蓯鄣男□r肉啊，你盡可放寬心，因為我們盡都是如此。
可是，事實果真如此嗎？
羅密歐剛殺死了朱麗葉的哥哥泰伯特（Tybalt）。他意識到自己最好逃離維羅那，不然就要擔負丟掉小命的風險。說上面那句話時，他是在表達一種莎士比亞時代很普遍的觀點：我們都是傀儡，某種更高層次的力量（比如命運）在操縱著我們身上的提線；而「隨機」，這種把決定權交到我們自己手里的玩意兒，在乾坤萬物的設計和運行中，幾乎不起作用。
即使是那些看起來必然涉及到「隨機」的過程，也一定是預先設計好的。比如說骰子，現(xiàn)在是一種游戲用具，但在遙遠的過去，它兼具占卜的功能。古代思想家認為，神祗們早就決定了我們每次投擲骰子的結果；如果你認為骰子的結果是隨機的，那你一定還沒有參透神的意圖。
奇妙的是，現(xiàn)代科學一開始并沒能改變這種觀點。艾薩克·牛頓（Isaac Newton）制定了運動定律和萬有引力定律，用一雙至高無上的手將宇宙萬物聯(lián)系在了一起。在他的世界里，恒星和行星運轉所遵守的定律，與一頭驢拉馬車并沒什么不同。這個機械的宇宙里，一切事物都仿佛上緊了發(fā)條，每個結果都能往前回溯到一個原因。
牛頓的宇宙沒有為「隨機」留下太多空間，但它至少提供了一個工具，讓人們能預測事件的走向。拋出骰子之前，如果你知道一切相關信息（運動路徑、速度、桌面粗糙度等等），那么理論上說，你就能計算出骰子停止轉動時哪一面朝上。雖然這實際上很難做到，但它意味著，隨機并不是物質固有的性質。你猜不出結果，只是因為你缺乏足夠的信息。
牛頓時代過去一個世紀后，這種對宇宙可預測性的信心，讓法國數(shù)學家兼物理學家皮埃爾-西蒙·拉普拉斯（Pierre-Simon de Laplace）斷言，只要了解足夠多的信息，智慧生命就能預測宇宙中將要發(fā)生的所有事情，并且能反演出過去發(fā)生的一切，溯時間之流而上，直到宇宙誕生的那一刻。
這是一個宏大但令人不安的想法。如果所有事情都可預測，那么世間一切事物都是事先決定好的，那么自由意志只是一個幻覺？那么，在本文開頭，羅密歐還真說對了？瓦萊里奧·斯卡讓尼（Valerio Scarani）是新加坡量子技術中心的物理學家，他的專業(yè)正是研究隨機性。他說：「有的人可能會相信，存在著一個單獨的因果鏈，決定了世間萬物。你可以把它稱為上帝、大爆炸或母體背后的機器人。在他們看來，隨機并不存在?！?br style="BOX-SIZING: border-box !important; PADDING-BOTTOM: 0px; MARGIN: 0px; PADDING-LEFT: 0px; PADDING-RIGHT: 0px; MAX-WIDTH: 100%; WORD-WRAP: break-word !important; PADDING-TOP: 0px">
斯卡讓尼說，宇宙中的隨機性與自由意志緊密相連。13世紀的基督教哲學家托馬斯·阿奎那（Thomas Aquinas）堅稱，一個完美的宇宙必須包含隨機性，才能允許人類有一定的自主權。但是這種隨機性是有限的。上帝創(chuàng)造的人類并不具備神的能力，因此一定有一些事情是我們無法控制的。
直到牛頓時代的兩個世紀之后，才開始真正有人嚴肅地挑戰(zhàn)「宇宙決定論」。1859年，英國物理學家詹姆斯·克拉克·麥克斯韋（James Clerk Maxwell）發(fā)現(xiàn)，一些僅在分子層面上影響粒子碰撞的微小因素，竟然能在宏觀上造成迥異的結果。
「混沌理論」就此拉開大幕。其中最讓人津津樂道的，莫過于混沌學家愛德華·洛倫茲（Edward Lorenz）在1972年提出的蝴蝶效應——巴西一只蝴蝶扇動了一下翅膀，竟然引起了德克薩斯州的龍卷風。這個理論仿佛把世界拋回了「不可預測」的深淵。只要系統(tǒng)足夠復雜，一個非常微小的近似值（時鐘、氣壓表、尺子的精度誤差、或者小數(shù)點后若干位一個小小的四舍五入），都有可能對結果造成巨大的影響。這就是為什么天氣總是難以預測的原因。一個過程的最終狀態(tài)極度依賴于初始狀態(tài)，而我們又永遠無法完美的測出初始狀態(tài)。
所以，我們人類尺度上的一些小決定，也有可能造成極其嚴重的后果。羅密歐的困境，可以追溯到那個讓他邂逅朱麗葉的初始狀態(tài)，甚至可以繼續(xù)往回、往回、往回……直到猴子第一次從樹上爬下來的那一刻，我們祖先的腦中閃現(xiàn)出自由意志的第一抹光輝。
這聽起來讓人摸不著頭腦。好吧。實際上，對這個問題，我們方才觸碰到皮毛而已。
因為，當我們企圖用確定的「因果關系」來認識世界時，越往深處挖掘，就越發(fā)現(xiàn)完全不是那么回事兒！20世紀初期，量子理論得到了長足的發(fā)展，并成為了人類認識現(xiàn)實世界的一個工具。在它看來，世界上根本沒有板上釘釘?shù)氖虑?。劍橋大學的數(shù)學家艾德里安·肯特（Adrian Kent）說：「我們認為，量子實驗表明大自然從根本上就是隨機的?！?/p>
向一面半透明鍍銀鏡發(fā)射一個光子，它有可能穿過鏡子，也有可能被反射。在事情發(fā)生前，根據量子規(guī)則，我們根本無法做出精確的預測。一個電子面前有一堵墻，墻上有兩條狹縫，它會隨機選擇左縫或右縫通過。再來看看放射性元素的衰變吧，如果你想等一個原子釋放出一顆粒子，你可能只需要等上1微秒，或者100年。這種論調對古典的決定論者來說，實在太傷感了。更可氣的是，它甚至能解釋我們?yōu)槭裁创嬖?。量子真空中空無一物，卻能隨機并自發(fā)地生出萬物 -正負粒子對或正負能量 。這種 隨機的 能量漲落也許正是宇宙開端的最佳解釋。
要理解這些解釋，是一件更加棘手的事。我們不知道這些量子規(guī)則從何而來，我們只知道它們背后所遵循的根植于不確定性的數(shù)學原理，與觀測結果高度相符。這一切始于薛定諤方程，它描述了粒子的性質與時間的關系。比如說，一個電子的位置，取決于分布于空間中的一個概率波函數(shù)的「振幅」，通過一系列的數(shù)學計算，你能得到這個電子出現(xiàn)在某個位置的概率。
你不能確定該電子在某一時刻會出現(xiàn)在哪里，你只能知道它出現(xiàn)在這里的概率。但是，在相同的系統(tǒng)條件下一次又一次重復這個實驗，你會發(fā)現(xiàn)，這個概率分布符合薛定諤方程的預測。牛頓經典物理學中那些能重復得出相同結論的實驗，其本質正是根植于這些不確定的過程的概率分布。
各種機會和可能性包圍著我們。 (Image: Michael Zumstein/Agence VU/Camera Press)
由此可以得出許多有趣的結論。比如說，你想穿墻而過，量子理論說這是可能的。你身體內的每一個原子都是隨機的，和通過半透明銀鏡的光子一樣，每個原子都有可能出現(xiàn)在墻的另一側。不過，這種可能性相當?shù)?，更別提你體內所有原子同時出現(xiàn)在墻的另一側了，這種概率簡直低得沒底了。把你的腦袋撞出一個包，是所有可能中概率最大的事。如果你真想去試一下，那么我只想說：「歡迎來到現(xiàn)實世界！」
兩次閃電會擊中同一個地方嗎？(Image: Steve Marcus/Reuters)
愛因斯坦對這種觀念不以為然。他抱怨說，這就像上帝擲骰子一樣。他猜測，我們一定忽略了一些能得出確切答案的關鍵信息。
隱秘的事實
這一實驗背后的原理是什么呢？貝爾實驗的細節(jié)非常復雜和微秒，但是其背后原理的理解卻大相徑庭，很像是兩組科學家基于不同的理論在競爭同一個實驗。A組科學家假定，量子關聯(lián)是因為它們之間有著隱蔽的信息交換，并基于此進行測量。而B組科學家則認為，量子關聯(lián)來自于隨機性。
B組每次都勝出。因此，神秘的量子糾纏，起源于根本上的隨機性。
事實真的如此嗎？物理學家們今天仍在研究，量子測量方法是否存在什么漏洞，從而影響了實驗結果并造出隨機的假象——比如說，我們不能100%確定一個光子的狀態(tài)，我們甚至不清楚我們是否真的擁有自由意志來選擇測量方法?？咸卣f：「我認為，現(xiàn)在說我們已經堵上了貝爾的所有漏洞，還為時過早?！?/p>
有可能，未來的某一天，我們將能理解變幻莫測的量子理論。這可能需要做出一些艱難的妥協(xié)，放棄一些珍視的原則，比如愛因斯坦的相對論。又或許，有人會發(fā)明出更強大的理論，用更高級的確定性來解釋量子理論的隨機性。肯特說：「這個假想的理論將是一個全新的理論，它將取代量子理論，而不是它的另一個版本。」
英國帝國理工學院的物理學家特里·魯?shù)婪颍═erry Rudolph）同意肯特的觀點。量子理論是目前我們對大自然的終極理論，在它看來，宇宙是隨機的，但它卻沒法保證自己的絕對正確。魯?shù)婪蛘f：「我們也許永遠無法證實這一點。」
如果是這樣，隨機性也可能只是一個幻覺。與之相似，自由意志也將遭遇同樣困境。斯卡讓尼說：「也許，量子物理只是一個大陰謀的一部分。」
任由命運捉弄的蠢蛋？也許，我們手中還沒有自由決定的權利。
（來源：機器之心）
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