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。

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