主题：【原创】粒子有意识么？--- 自由意识定理介绍（上） -- 我爱莫扎特

不少河友批评小弟吃饭太慢，其实倒不是小弟想和萨军门比吃饭喝水，而是实在有点后悔。那天看到文章太过激动，回家就给河友们报告了一通，可回头仔细看了几遍原文，愣是看不明白！不管如何，且硬着头皮把坑填上。咱瞎写，各位就凑合着随便看看。权当是扔出去的肉，要是真能勾来两三条物理学大狼，还请指出小弟文中的硬伤，也给大家布布道，把这个定理的来龙去脉再仔细讲讲。

像这种意识啊，精神啊，量子力学啊之类的题目，最是惹民科喜爱。平时兄弟如果看到新闻报道说什么数学家证明自由意识云云，多半直接略过。不过这件事儿倒有点靠谱。这篇论文两年前发表在权威物理学杂志上，到今天好像也没圈内人找出硬伤。而且，这两名作者的名头不小，非欺世盗名之辈。

John H. Conway和Simon Kochen都是宇宙著名的王子屯大学（Princeton University）的数学系教授。Kochen的专业方向之一是量子物理。兄弟对他不太熟悉，不过他曾获得多项数学大奖，还曾经做过系主任，显然不是普通级别的教授。

相比之下，Conway更出名，wiki上就有他的介绍。在当今高度专业化的数学科学里，Conway可算是个通才。看他的研究方向，几何，拓扑，代数，数论等等无所不包。我知道他是因为他的一本书《Winning Ways》（《稳操胜券》）在几年前被翻译成中文，由上海教育出版社出版。该书上下两册，近150万字，里面记录了大量有趣的智力游戏和背后深刻的数学。这部深入浅出的巨著卖的很好，尤其是下册，国内不少地方都脱销了。

Conway的数学工作还与中国人有交集。他在念书时就独立解决了一个经典难题：五次方的华林（Waring）问题。确切的说，他证明了任何一个正整数都可以写成37个整数的五次方的和。不过很遗憾，他生的晚了些，咱们的国宝陈景润先生比他早几年证明了这个定理。

书归正传，这个定理到底说了啥呢？其实他们并没有讨论人的意识这种形而上的哲学问题。各位再看看我定的题目---“粒子有自由意识么？”这就更玄了，人有没有自由意识还吵着呢，居然说粒子有没有自由意识，太玄乎了吧！

先明确一下“自由意识”的含义。在他们的论文中，这个词指的是“非决定论”。如果一个粒子在下一时刻的表现不是“决定性的”，也就是说，即使你知道这个粒子之前所有的运动轨迹，状态函数，你也没办法计算出它下一刻在哪里冒出来，咱们就称它有“自由意识”，其实就是神出鬼没的意思。

自由意识定理（Free Will Theorem）是说，如果我们假设人有自由意识，那么粒子也必须具有自由意识。

更精确一些。两位作者设计了一个简单的理想实验。实验中的观察者（人）对某个粒子进行测量。如果观察者可以自由选择某个测量的量的话，则粒子被测量出的量一定不是由历史状态决定的，也就是粒子表现出“自由意识”。

通俗的说，他们并没有回答人有没有意识的问题，但把人的自由意识与基本粒子联系在一起。根据他们的理论，如果基本粒子们是被方程所决定的，如同牛顿力学或者隐变量理论所说的那样，那么人也不可避免的“被决定”。或者说，“机械的”粒子拼不出一个“有灵魂”的人来。

自由意识定理无疑给了隐变量理论重重的一击。

这个定理的推理并不太复杂。为了得到上述结论，他们引入了三条公理。只要承认这三条公理，定理就必须成立。

三条公理分别名为TWIN，SPIN，FIN。TWIN和SPIN与量子力学有些关系，FIN则与广义相对论有关。

TWIN描述的是前文提过的“量子纠缠”或者EPR佯谬的现象，即把两个粒子放在很远的地方，他们仍旧会互相影响。

SPIN则是前文提到的Kochen-Specker理论的一个现象，大致是说一个基本粒子的自旋数必须满足某种简单的关系。

FIN看上去好理解一些。它是说：信息传递的速度一定有一个上限。（不一定是光速）这条公理与“因果律”密切相关。河友益者三友兄的回文里已经提到了这点。

老实讲，这三条公理已经超出小弟的知识范围，在下不敢妄加评论，建议物理大牛直接看前面给的论文链接，或者wiki词条，千万别受小弟误导。

Free Will Theorem (wiki)

不过兄弟不懂，不代表专家们不懂。TWIN和SPIN描述的现象在多年前都获得了实验支持，当然可以直接拿来做公理用。FIN看着靠谱，但好像还没得到确切的实验支持。这篇论文在2006年发表后，受到的质疑有不少冲着FIN来的。为此，两位作者对定理做了改进，提出另一个公理MIN代替了FIN，不再假设信息传播速度有上限。由于MIN的要求更低，定理的结论也更加强了一些。

总之，在承认三条公理的前提下，他们证明了“自由意志定理”。值得注意的是，虽然其中两条公理与量子力学有关，另一条与广义相对论（或者说“因果律”）有关。但这个定理“地位超然”，独立于这两大理论。

事实上，TWIN和SPIN只是用到了两个实验观察到的事实。定理的证明并不需要这两大物理理论。该定理用到的假设不多，证明也不算复杂，堪称简单而不平凡。即使有一天量子力学或广义相对论被其他理论代替，也并不能说他们的定理失效。

两位作者在论文中提出了对量子力学的看法。在他们看来，量子力学提出的“不确定性”概念确实真实反映了世界的复杂性，但量子力学用到的概率论表述还不够充分展示真正的复杂性。他们相信，定理中的“自由意识”表现出一种不被概率束缚的真正“自由”。

或许自由意志定理正是一个新时代的号角，更新更伟大的物理理论已经在前方不远处等着我们了。

• 【原创】粒子有意识么？--- 自由意识定理介绍（上）

EPR佯谬是指,处于纠缠态的一对粒子,相互间的影响是即时的,而无视空间距离.而不是说两个粒子会相互影响.

这违反了光速最快的相对论.

很不幸的是,EPR佯谬是客观存在的.

具体的实验是,一对正负电子碰到一起,形成一对光子,其自旋相反,但是我们不知道其自旋.根据量子原理,在我们观察之前,粒子就如同薛定鄂的猫一样,处于非死非活的第三态,当我们观察其中一个粒子时,粒子由第三态变成第一态正旋(或第二态反旋),于此同时,另一个粒子此时也许在数十万光年之外,它的状态也由第三态变成第二态反旋.

量子力学总是涉及到很多观察与客观实在之间的哲学关系.如果没有观察到月亮,月亮就是不存在的.听上去很主观主义.

这是相对论无法适用的少数几个例子之一.Big bang的起点,宇宙的加速膨胀(暗能量),是另两个无法适用的例子.

还有一个实验,证明时间在微观尺度上,可能是以量子型态存在的,即将来发生的事决定了过去发生的事,在量子尺度上是可逆的.

我相信这些实验证明了高维空间的存在.

耶和华说,不要以偶像崇拜我.如果耶和华是真实存在的话,那么它多半是一个高维生物,所以无法用三维的偶像来表述其存在.

因果律是建立在单向的时间轴之上的,如果时间可以逆流,因果律就不成立.人类几千年的文明发展,尚未发展出一个逻辑能够适用逆流的时间的.

这个时间实验是这样的.(抱歉我忘了这个实验的名字了,内容也可能记错了,有错请指正)

1)我们从点A射出一束光,经B这个半透镜分为两束,再经C/D两个镜子反射,在E点汇合.E点是一个全透镜,一般来说,两束光会分别投到F/G屏上.

2)当我们调整光束,使得A点出来的是纯光,而B镜使得走C/D的两束光会相干.在E点时,因为相干,于是只有G屏有光斑,而F屏没有光斑.

3)现在我们再调整光束,使得光子被一个一个地射出来.奇怪的事发生了,依旧是G屏有光斑,而F屏没有光斑.

提问:为什么单个光子,也会发生相干?

有两种解释.

一是,光路的摆设决定了光子在B镜时的运动方向.即,虽然光子还没跑到E点,但是等它跑到E点时,E点决定了这个光子是走ABDEG这条线的.也就是量子尺度上的时光倒流.

二是,光子在半路上不是以一条线的形式在走路,而是以一个场的形式在走路,也就是一个光子,但是同时走了C/D两条路.这和前面那个纠缠态粒子间的联系有些类似,即我们的空间可能存在一个高维的超光速的联系.

想象一下,这个实验的尺度如果是以光年计.光子在一年后的遭遇,决定了它一年前的路径选择;或者一个光子同时在两条相隔以光年计的路径上以场的形式飞行.

这个实验和EPR的实验其实几十年前就已经做出来了.但是理论界一直没能给出合适的理论.也许要再过三百年,才能再出一个爱因斯坦牛顿那样的人物.

这就是《三体》里智子的理论基础吧，本身已经很“科幻”了

PS，没想到在这里也见到了乞儿，这是你的专业么？

特别感谢介绍那本《Winning Ways》。工作枯燥的时候一直想找这么一本书来放松和锻炼大脑，现在已经借到手了

当年奥赛时偶数理化都有省里的名次的.

高一暑假在杭大化学系培训时,用高锰酸钾和四氯化碳制溴化碳,还是什么实验,加热高锰酸钾时,对面实验台发生爆炸,他的衣裤烧出一片黑,大腿皮肤一大片烧伤,偶这边的笔记本也沾到了,就象滴了浓硫酸一般.从此决心放弃化学这个方向.

放弃数学是因为当时出了套希尔伯特23问题的科普书,看得我头大如斗......偶在这边曾经有个室友是数学系的phd,偏微分方程的方向,他说他需要的就是一张床(他睡了一年地板),然后就静静地躺在床上想问题,据说option的BS定价模型就是象他这样躺在床上想出来....

BS模型里的那个S,就是拿了炸药奖跑去做LTCM的那个大牛,最后被俄国拒付国债给弄破产的.

放弃物理是因为奥赛时发现偶的动手设计实验的能力不足,最后差了2名没去成北京.

不过偶从小就是小好奇,所以一直有看科普方面的书.美国这边<科学美国人>不错,popular science都是些新产品新工艺,对科普方面差了点.

偶算陈天桥半个师弟,不同系.

说到<三体>,听说出<三体2>了,今晚就靠它打发时间了.

看完后欢迎讨论

PS1,数理化奥赛与读不读理科PhD没有必然联系

PS2,西西河果然还是文科生占较大优势

牛能看明白

现有框架下对这几个实验的解释没有任何问题。当然有部分人认为是有争论的。

相对论是适用的

你的理解有误，量子力学不违背因果关系。

经常发贴的人中，文科生占大多数；而潜水大军正好相反。因为理科生，尤其是PhD中的理科生，一般没有固定时间专门上网写文章。

PS，是不是歪楼了……

这个斥力,意味着负数的引力,意味着负数的质量.好吧我承认在相对论的数学上可能是成立的.不过我的大脑比较弱智,无法想象负数的质量是怎样的存在.引力是一种质量的空间性质,一种幻觉的力,反物质的质量也是正数,负数质量那不得虚数空间了?

因果律是逻辑学的一部分,而逻辑学是几千年人类认识这个世界的过程中形成的学问.量子力学出现才不过百年.根据偶的理解,是因果律因为量子力学而得到了发展.

如果没有被观察到,那么就不存在.那么是观察导致了存在,还是存在导致了被观察到?放大到宏观,薛定鄂的猫死了,是因为本来就死了,还是因为我们观察了一下,它才死的?月亮挂在天上,是因为我们观察了一下,还是它本来就挂在天上所以才被我们看到?

如果因为后发生E事,导致了先发生D事,那么E是D的原因,还是D是E的原因?

好吧,通常我们说,常识在微观尺度上不适用.常识,不就是建立在逻辑的基础上的么?还是说某人看到一只黑山羊,就一定要说,此时此刻,从某个角度看去,山羊是黑色的,而不能归纳推广及其它?

我已经转晕了

• 是这样的

我的愚见是物理学家已经基本不太讨论这类问题了。主要原因是量子力学是违背直觉的，但是是自洽的。如果你觉得epr样谬是个样谬，这是因为量子力学违背你的直觉，如果你经常接著，你可能觉得它很正常。

当然，很多人有不同看法，t hooft就是一个，不过他也没有能够提出实用的其它看法。

所以，一般大家采取鸵鸟政策。

整个物理学基础现在的处境非常奇妙，已经非常难以修改，你可以非常容易的改牛顿力学，得到仍然与原理论差不多的低速部分和不同的高速部分。但是标准模型改一点，整个结果都是变化巨大。

然而，标准模型注定是不全的，因为引力不是幻觉。

月色溶溶不是有一个学科学的笔记系列么?花了老多的时间去读量子力学.

偶在理科方面,相当于大二的缀学生水平,有机无机分析,FortranPascalC,所以不要歧视文科生的理科水平,也不要歧视理科生的文科水平.当然那些进了大学后拼命打网游的除外.

刘欣慈的作品,每次看完都有说不出的味道.他的作品当然算不上硬科幻,可以说bug一堆,只抓住一条科学规律放大成主线,而置其它科学规律于无视.不过被放大的那条,就很有味道,情节构思不错,不象StarTrek只是借了硬科幻的背景在讲人文主题.

偶在这边两刀一本,把基地系列买全了,可惜木有时间看,搬家时全送人了.

不需要负数质量。相对论的引力和压力也有关系。

量子力学是说一只羊既不是黑的也不是白的。没啥因果矛盾的。当然我承认它的观测导致波函数坍塌是非常恶心，但是你如果承认，也没啥因果矛盾啊。

非黑即白是幻觉。事物可以是不黑不白的。根据量子力学，是你看到他使它变白的。