物理科学探疑-网友天空-系统观点-王海滨-决定论与自由意志（一）——
决定论与物质的“第三种态”
决定论与自由意志（一）
—— 决定论与物质的“第三种态”
（王海斌 吉林 E-mail: h.b.wang@126.com )
摘要：“拉普拉斯预言机”在某些特定情况下将导致确定性的丧失，这表明“可预测性”与“唯一确定”并不是决定论的两个必要条件；罗素集合与量子论中“幽灵”状态则预示了“第三种态”的存在，那么在决定论中是否也存在类似的“第三种态”呢？——也许我们真的需要再一次“量子论”式的革命，物质的“第三种态”的提出，正是基于量子论而得到的启发。
关键词：决定论 自由意志 罗素集合 “第三种态”
1、引言
自从牛顿发现了万有引力定律并因此完善了他的整个力学体系，决定论便确立了它的巩固地位，拉普拉斯更是把建立在这一物理框架内的决定论推至极端，声称依照牛顿力学及天文学，我们将能够掌握整个宇宙过去与未来的全部历史。
也就是说，按照拉普拉斯等人的观点，如果将整个宇宙所有物体的运动状态（细节）都纳入其中，就将没有什么东西是不确定的了，未来会像过去一样曾现在它眼前（即被唯一确定）。
我们在内省时总是明显的感觉到自己所拥有自由意志，但决定论显然否定自由意志的存在，并且它似乎总是与宿命论捆绑在一起，而与自由意志格格不入。
2、为什么要在决定论范围内讨论自由意志
到目前为止，仍有人怀疑生命现象是否遵循普遍的物理学定律，这在一定程度上也反应出了自由意志的尴尬处境。
我们知道，物理学定律在解释物质世界时是非常有用的，那么它是否同样适用于生命现象呢？
——在细胞的内部又是否存在着什么“新的力”？或者目前仍不为人所知的其他科学定律？要不然又何以解释生命现象所特有的独立性与自主性呢？
显然，这两种可能性都不大，因为，
第一，从物质层面来讲，没有发现哪种粒子是构成生命所特有的。事实上构成生命体的所有物质及物质形式都能够在自然界中找到。更何况这所谓的“新的力”如果不是物质或来自于物质，那又会是什么呢？
第二，来自生物化学的证据也表明，从微观的生物作用机理中得出的结论，也支持生物体实际上就像是一架组织严密的机械一样，有条不紊地运转。我们对于物质世界的认识是如此的透彻，已经达到了一个前所未有的颠峰状态，所以也不大可能存在目前未被人类认识的其他定律。
那又是什么原因使人们不愿接受这一事实？可以看出，这是由于人们不愿意接受生命现象是建立在纯粹的机械论的基础之上。况且，这种机械论又是建立在可预测的严格的决定论根基之上的。这就等于说所谓的人格与选择自由根本上就不存在，而同一个被上了发条的木偶没有任何区别。
是不是非决定论就是我们所需要的？
实验表明，量子世界被认为可能存在着非因果事件，也由此量子世界被认为可能是非决定论的。而它是否对于解释自由意志有帮助呢？
事实证明，由量子论的非因果的自由所引来的问题似乎比我们试图要解决的还要多。非决定论是一种很古怪的东西，它意味着一个事件的发生并没有充分的理由，那么也就很难保证它与你的意志直接相关。另外，某些基于量子论而给出的解释也过于牵强，有些则看起来就是荒谬的，或被认为不过是用一个迷题替换了另一迷题而矣。（这里不多赘述，可参阅其他相关文献）。
由此看来，偶然性或非决定论并非比必然性或决定论具有更多的优越性。至少到今天为止，我们没有看到它对于解释自由意志有什么帮助。
相反，越来越多的学者认为，决定论并不对自由意志构成威胁，原因是，你的行为是用来表达你的意图的，要想准确地反应你自己的意愿，首先应保证它受控于意识。
其次，可预测性也不见得是一种障碍，实际上它可能会对我们更加有利。在某种意义上正是由于可预见性的存在，才使得我们对未来的选择有更足够的把握。我们自己将要作出何种选择的判断，就是来自于这种对于未来的可预见性基础之上的，由此我们才可能知道哪一项选择实际上对于我们更加有利。否则选择本身也便没有了它的现实的意义。
由此，值得我们向往的自由意志不仅不排斥决定论，甚至要求决定论。
3、确定性的丧失
决定论所讲的无非就是两件事：
①未来可被准确预测；
②未来将被唯一确定。
而我们知道，若要化解自由意志与决定论之间的矛盾，途径其实也只有两种：一是说明未来是不可预测的；二是证明未来不是被唯一确定的。这样看来，自由意志与决定论之间的矛盾果真是不可调和了。
然而，“可预测性”与“唯一确定”果真就是决定论的两个必要条件吗？或者说，它们一定要同时被满足吗？决定论是否必然导致未来将被唯一确定？
我们假设，有这样一台按照拉普拉斯构想设计精密的预言机器被造了出来——我们称它为“拉普拉斯预言机”，它可以毫无争议地预测出未来将要发生的任何事情，当然也可以让一个人准确地知道未来的某一时刻他将要做什么。比如，对于被试者jack即将面对着的两个选择（必选项）a与b，该预言机通过精确而严谨地计算得出，无论他中间经历过或做过什么，最终他都一定会选择b。
我们估且相信这一预测，并且也认同它的计算是正确无误的。
可是这必须是在保证不把这一预测结果告诉给jack的前提下，如此可以预见，未来将必定会按照先前预言机得出的过程演化，结果也将“毫无争议”。
但是，如果是我们将这一预测结果事先告诉给jack了，结果会发生什么？
很显然，这一预测将变得不再正确，原因是当jack得知这一预测之后将有可能改变自己之前的想法（因此这一新情况也肯定未被上面提到的预言机所包含）。这时，假使他决定，无论这预言机得出的结果是什么，他都将作出与之相反的选择。结果可以想象，只要我们保证告诉给jack的是最终的真实预测，则预言必然失效。
我们就把这一现象称之为决定论下“确定性的丧失”。
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即便是量子行为，在宏观上的表现也依然是决定论的，并由薛定谔方程所完全决定。
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保罗·戴维斯也曾描述过这种情况的发生：
“可以想象，有一位超级科学家能够窥探你的大脑，精确地计算出在将来的某一场合你将做什么。……尽管这位超级科学家或许预测得正确，但他却不能告诉你（在事前）他的预测，否则，他就会搞乱他的计算。例如，假如他跟你说，‘没错，你要拍手’，你的大脑状况必然因而发生变化，变得与他跟你说这话之前不同。之所以会出现这种情况，是因为你获得了来自他的新信息。这时你就不能相信他的预测了，因为他的预测是按照发生变化之前的大脑状况做出的。因而不能有任何预测能够准确地预测你会正确地想见到你未来的行为。于是，……不管你的行为在那位假想里掌握着预测的超级科学家看来是多么地可以准确预测，多么地不可避免，但对于你自己来说在逻辑上却仍是不可预测的。”
据此我们得出结论：
关于决定论的两个命题，即
命题（1）：未来可被准确预测。
命题（2）：未来将被唯一确定。
不可能同时为真。
要么命题（1）是正确的，要么命题（2）是正确的，但不一定在任何情况下命题（1）与（2）都同时正确，命题（1）与命题（2）并非是决定论成立的两个“必要条件”。
在涉及意识行为时，尤其如此。如果未来被看作是唯一确定的，那么它必将不可能在这之前就被精准预测——而这也似乎就成了一句“马后炮”的空话；反之，如果说未来可以被精准预测，那也仅表示说它会是未来可能出现的结果之一，却并不预示着其一定发生（即被唯一确定），这似乎还是一句自相矛盾的话。
事实上，在人类社会的生产生活中有这样一些情况存在，为了防止某些不利于自身利益的事件发生，我们时常会有意识地对于未来进行预测，将其作为一个先知条件，使得我们能够有机会事前就做出某些有针对性的调整。
例如，
经过周密而科学的计算，我们得知某一颗正飞临地球的陨石最终会在未来的某一时刻与地球相撞，且将对地球造成灾难性的后果——尽管我们可以完全不去管它，因为历史本该如此——但为了人类的生存利益考虑，我们最终还是决定用一颗或若干颗核弹对准了它发射出去，使其改变行程，或将其炸成无数个小块，从而保住了地球，也改变了历史 （见图1）。
如图所示，质点m代表小彗星，s0为其原始轨道，且指向地球。为了改变其行程，我们选择在n点对其实施精准爆破，使其偏离原有的s0轨道而朝s1方向飞离。我们对于s0路---------------------------------------------------------------------------
引自《上帝与新物理学》（英）保罗?戴维斯著.徐培译.湖南科学出版社.
由于它自身可以被视为一个独立的系统，并且远离我们的地球，因此其运行轨迹也是完全确定的。如图1所示，其历史线被设定为S0，若不去干预它的话，它必然是朝着S0发展的，这本是它的宿命。而当我们设法改变了它的行程时，其历史线就变为S1。因此说，S0与S1事实上都将是未来可能出现的结果之一。
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径信息的获取是直接导致我们采取上述行动的原因。k1则用来表示这种反馈关系。
可预测性是个有用的东西，借助于可预见性我们可以在事情发生之前，通过对结果的预测有目的性地设计未来，使得我们实际上对于未来具有了一种掌控能力及手段。
——这正是意识行为与机械系统的区别。
如果将机械系统中，由A导致B的因果关联比作一种线性过程的话，那么意识行为通常是一种非线性的过程。以下我们来做一组对比：
（1）首先看一下机械系统中事件的因果关系：
在机械系统中（由于没有反馈的存在）事物演化的顺序是，由A导致B，再由B导致C……；当中的每一项都是确定的和唯一的。B是A的未来时，C是B的未来时；反之，A是B的过去时，B是C的过去时，C不能影响B，也不能影响A。
（2）在有意识参与的情况则有所不同了，由于意识在决策时往往是借鉴了对于结果的预测或预判，使得结果可能重新成为原因，这样在意识事件中就多了一种反馈关系：
或表示成，
k(x)是反馈因子，由k1与A的共同作用将导致新的事件B′，或者由k2与B的作用导致新的C" ……。即由于反馈因子的存在，在意识行为中，未来的事件B可以间接地影响或反作用于当前正在发生的事件A，同样的道理，未来事件C也可能对当前事件B（或当前事件 A）有影响。也就是说，在反馈因素的作用下，在事件A与B，B与C或A与C之间可以存在双向影响的过程。
事实上我们也在以这种方式在许多方面改变着未来，并且在主观上我们掌握着选择的主动权。例如，天气预报可以预报未来3—7天甚至一个月后的天气，使得我们可提前预防某些灾难的发生，或者防止某些恶劣天气对于人类的生产、生活造成不利的影响。有时，为了生产和生活的需要，还可以实施局部的人工增雨；医生凭借着高超的医术将一个个危重病患者从死亡线上拉回来；人类为了空间探测的需要而发射的航天器，其整个历史轨迹都完全在我们的掌握之中，并且能够在必要时对其实施有效地控制，这些都是对于未来的预测及有效把握的前提下才能完成的工作。
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为什么一定要注明“当前事件”呢？只为强调会对正在发生的事件有影响，如果事件A
或B已经成为过去时了，那么这影响就不会存在了（即未来的事件不可能影响或作用于已发生的历史事件，那将是反因果的）——切记应保证它不能违反事件的因果顺序，否则得出的结论就是错误的。
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由此我们看到，事实上是“可预测性+反馈”共同导致了确定性的丧失。它们成为驳斥宿命论的最有力盾器，也因此决定论并不能直接与宿命论划等号。
※可预测性与决定论的关系：事实上我们一直都在混淆可预测性与决定论之间的关系，可预测性与决定论并不是一回事（或者说二者并不完全等同），可预测性是指，按照经典力学定律我们可以由初始条件导出它的演化过程；而决定论是指当某一系统的初始条件全部给定的情况下，且无一漏网，则它的演化过程将被唯一确定。虽然这两种概念的描述看似有点雷同，但它们的侧重点却是不一样的，一个是强调力学定律在事物因果链上的作用；一个则强调当初始条件全部已知的情况下，结果与条件将是一一对应的。正如我们前面讨论过的，可预测性的存在并不表示其结果将被唯一确定，这取决于我们是否将预测的结果也作为初始条件之一加以考量。
如果用一个公式简单的表示上述这种关系，则可记作：a+x=>x，a+x表示现在（或条件），其中a代表初始条件的集合（不包含条件x）；x是个变量，表示未来事件（即结果）；=>表示依照物理学定律的演化（即可预测性），a+x与后一个x（即结果x）之间是一种决定论的关系。即在有反馈存在的情况下，结果x实际上又被充当了条件的一部分，从而导致了未来的不确定性。
4、罗素集合与量子事件
罗素集合有很多的表述形式，我们将选取其中的一种：
例如，有这样一本目录书TypeⅠ，其中收录了所有目录本身未列入目录的书，与之相应的，我们把目录本身也列入目录的书称为TypeⅡ，试问这本目录书（指TypeⅠ）是否应列入它自身？
在上述集合中，TypeⅠ实际上处于一种“两可”或“两难”的境地，如果我们认为它应被列入TypeⅠ，那么它就同时满足TypeⅡ的定义而违反了TypeⅠ的定义；如果我们认为它不应列入TypeⅠ，那么它同样不满足TypeⅡ的定义而又符合TypeⅠ的定义，结果是自相矛盾。
由于我们总是习惯于使用“排中律”进行思考，这已经成为了一种思维定式。“排中律”使我们简单的把事物看成是“非此即彼”或“非彼即此”的，却忽略了那些“亦此亦彼”或“非此非彼”的中间事物的存在。
即我们总是把事物简单的划分为两种状态，并且这两种状态是互不相容的，每件事物只能居于其中的一种状态，而又必须选择其中的一种（二选一）。
在处理决定论的问题时，也是如此。一般认为，在决定论状态下事物或事件均只有以下两种状态，即存在与不存在、发生或不发生，并且依然是“非此即彼”的关系。
然而，我们发现在处理某些量子事件时，情况有了些变化，在量子世界我们通常允许一种介于上述两种状态之间的“第三种态”——即“幽灵”状态存在。
大量的实验也表明，对于某些量子事件，我们的确不能确定其一定发生或者不发生，而是处在一种多种状态的叠加态。
“薛定谔猫”实验即是将这种微观效应放大至宏观尺度上的一个经典的理想实验，该实验指出，受量子事件影响的“薛定谔猫”在被观察之前就处于一种“死”与“活”的叠加态中。
5、物质的“第三种态”
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以上两段评论参照百度百科并引用自孟凯韬先生的《哲理数学》。
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如果“拉普拉斯预言机”被设计成了一台可以呈现画面的超级电视机，并且允许被试者jack一直就待在这台“电视机”旁，实时地观察自己在未来某时间段的活动图像（如图2所示），而他（jack）最终能否从这台“超级电视机”里准确地看到自己未来的某些行为呢？
与“薛定谔猫”的实验相反，在他没有看到这“未来的图景”时，一切都是确定的。而如果他从预言机里看到了什么，这必将会引发此刻他的新的心理变化。并且由于“蝴蝶效应 ”的存在，他的某些微小的心理波动都可能影响到这最终呈现出来的“未来的图景”。导致“未来的图景”实际上也将处于一种混乱的不确定状态，从而根本无法让当事人从里面看到确定的图像，甚至什么也看不到。
——在这种情形下，我们认为这未来事件实际上就处在类似于量子事件的“第三种态”。即在事情还没有真正发生前，我们不能轻易断言他的哪些行为是一定发生或者不发生的。不到事件发生的最后一刻，谁都不能保证他的哪一个行为会最终成为实在。
再回到罗素集合的例子中，
预言机同罗素集合的例子在本质上是类似的，表面上看都是一种自相矛盾的现象。并且我们通常会把这类自相矛盾的命题，称作悖论。
悖论（paradox）一词来自希腊语“para+dokein”意思是“多想一想”。包括一切与人的直觉与经验相矛盾的命题。其本身具有多种含义：
比如，某些论断看起来好像肯定错了，但实际上却是对的（佯谬）；某些论断看起来好像肯定是对的，但实际上却错了（似是而非的结论）；另外，还有一些推理看起来好像无懈可击，可是却导致逻辑上自相矛盾（自指）。
罗素集合的提出在当时的数学界与逻辑学界引起了极大的震动。它不仅浅显易懂，而且所涉及的只是集合论中最基本的东西。德国著名的逻辑学家弗雷格在他的关于集合的《算数的基本法则》将要完稿付印时，收到了罗素关于这一悖论的信。结果发现他的一系列研究成果却被这一条悖论搅得一团糟。最后他只能在自己的著作的末尾写道：“一个科学家所碰到的最倒霉的事，莫过于是在他的工作即将完成时却发现所干的工作的基础崩溃了。”
尽管罗素集合导致了第三次数学危机，并使科学界因此修改了某些数学规则。但罗素集合并不像看上去那样如此糟糕，假如我们换一种方式去理解和认识它，得到的可能是不一样的结论——
首先按照typeⅠ集合本身的定义它理应归属于它自身，但当typeⅠ被放入集合里面，其性质即已发生改变，变得不再符合该集合的要求了。所以当再次被从集合中“踢出去”，而当它被“踢出去”之后，其又重新满足了该集合的条件…，如此说来，反复地推演前一过程，则罗素集合实际上变成了一个非稳定集合，而集合本身是不存在任何错误的。
罗素集合本质上属于自指，而自指本身不应被归于悖论。它的自相矛盾主要表现在：即如果承认这个命题成立，就可推出它的否定命题成立；反之，如果承认这个命题的否定命题成立，又可推出这个命题成立。如果承认它是真的，经过一系列正确的推理，却又得出它是
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“蝴蝶效应”一词最早来自于混沌理论，大概意思是南美洲的一只蝴蝶偶尔扇动翅膀可能引起德克萨斯州的一场暴风雨。指微观上一个小小的扰动可能会被逐步放大成宏观上的一次重大事件或变革。
并且混沌理论本身即已指出，由于蝴蝶效应的存在，因而对于未来的精确预测，即便是在传统的决定论范畴内也是不可能实现的（其实量子论也证明了误差是普遍存在的，我们永远无法绝对地消除误差。所以一切预测［包括理想化的预测］都只能是接近真实，而不可能是绝对真实。本段言论仅供参考）。
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假的，如果承认它是假的，经过一系列正确的推理，却又得出它是真的。
类似于罗素集合的现象在日常生活中也普便存在，某些甚至还得到很好的应用，下面只介绍三个简单的例子，电磁继电器，液化汽瓶自动减压阀以及警示闪光灯（光控灯）等。
⑴图3是电磁继电器的原理图，从图中可以看到，电流从正极出发，流经电磁铁芯，再经衔铁片与触点相连的导线流向负极，这本身是一个定义完好的过程，但这显然导致了一种矛盾。
铁芯被磁化以后会产生磁性，从而吸引衔铁，但是由于衔铁片自身也充当了一部分电路，故结果是导线断路，电流中断，断了电以后磁性消失，衔铁在弹簧片的带动下又恢复原位。通电之后上述的两个过程会被不断地被重复，结果是产生往复不断地振动。最早的机械电铃就是利用此一原理。另外，继电保护器的原理也与此类似，只不过衔铁上安的是具有一定冗余的被动弹簧，其被吸住后并不会自己弹回来，需要手动复位。
⑵减压阀原理图，如图4所示。高压气体从右侧的管道进入，并在图中所标示的进气口位置进入内室。在气体注入前，橡胶拍应该是开启状态，而当高压气体充满整个内室，出气口又呈关闭状态或只有少量出气而内室气压又大于大气压时 ，弹簧片与密封垫就会向上弯曲，从而带动橡胶拍向下运动封住进气口，这样就堵住了来气或者只有少量气体缓慢释放。而当压力小于外部大气压时，弹簧片又恢复原位，橡胶拍开启，高压气体又得以进来。减压阀通过这样一个看似矛盾的过程来达到减压的目的。
⑶警示闪光灯。我们这里所说的是一种简易的警示灯，其原理与日常在小区住宅楼道里见的声光控节能灯类似，只是没有了声控和定时等功能，结构比较简单，不可否认某些警示灯是直接由电子电路控制，结构比这复杂。它们多被用在道路施工工地或无人看护的铁道口、危险路口，以及高速公路危险路段等作为警示之用，一般为黄色。
其工作方式是白天不亮晚上亮，而且是一闪一闪的。这个很好理解，因为白天有光，自然不亮。而呈现出一闪一闪的状态是因为，光控件就安放在靠近光源的地方，灯亮时光控件被激发切断电源，灯灭。光源消失后，灯再次开启。
通过以上三个例子不难发现，凡是具有类似于罗素集合结构的装置，都呈现出震荡往复式的运动，或者说它们都将处在一种不稳定状态，一旦工作起来就循环往复，无休无止。
A是非A（A集合是由非A集合中的元素构成）
实际上，假如有两个集合
B与非B
如果A是B，
那么A是（非B），也就是非（B），
A就是非B，
A又是非非B，
因此，就会无限地循环下去，
相当于
1-1+1-1......
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实际承受的是大气压加弹簧片的压力，密封胶垫的阻力忽略不计。
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倒底是0，还是1。
与量子事件的不确定性类似，在决定论状态下未来也依然存在不确定性，尤其是在有意识参与的情况下，如前所述。但这并非是说量子因素与意识行为之间有什么直接的瓜葛，它们只是在不同领域的不同表现形式，罗素集合等则是它们在数学上的一种表现形式。
既然决定论也允许不确定性存在，自由意志当然就可以在决定论下得到很好的解释，而不必再求助于外力（指超自然力）了。以往量子事件通常被认为是非决定论的，这使得量子理论经常游离于经典力学之外。而事实上量子行为在统计学上仍然呈现出某些规律性和秩序性的特征，并由统计学及概率论所决定。所以量子行为也理应被重新纳入到决定论或经典力学中来，而没有必要再引入“非决定论”或“非因果（反因果）”等概念了，即从宏观角度上讲，一切皆是决定论的。
6、结论
综上所述，“可预测性”与“唯一确定”并非是决定论存在的两个必要条件。决定论也不代表着某一件事件就一定发生或者不发生，它同样允许物质以“第三种态”（即“幽灵”状态）存在。
由于“第三种态”明显地区别于其他两种确定状态，因此我们也可以简单地将所处在决定论中的事件划分为确定状态与不确定状态两类，其中确定状态包括一定发生（存在）及一定不发生（不存在）等两类事件；不确定状态则专门指，有些事件即不能证明其一定发生（或存在），也不能证明其一定不发生（或不存在）。
本章参考文献：
1. 百度百科。
2.《理解自由意志》徐向东著 北京大学出版社。
3.《上帝与新物理学》罗杰?彭罗斯著 徐培译 湖南科学出版社。
3.
本文及另几篇文章均有部分内容是参考或源于网上公开资料的，如百度百科等，其后将不再一一注明。
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有关罗素悖论的知识，部分参照或节取自百度百科。
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