人類(lèi)有自由意志嗎？自由意志是幻覺(jué)嗎？量子物理學(xué)是否限制了人類(lèi)自由意志的范圍？這個(gè)長(zhǎng)期爭(zhēng)論的問(wèn)題源于不同物理學(xué)家對(duì)量子理論數(shù)學(xué)的解釋方式。如今，一項(xiàng)由西班牙塞維利亞大學(xué)團(tuán)隊(duì)和香港大學(xué)團(tuán)隊(duì)開(kāi)展的量子實(shí)驗(yàn)希望能夠找出上述問(wèn)題的答案，這也意味著量子實(shí)驗(yàn)可能無(wú)法解決關(guān)于自由意志的爭(zhēng)論，但是它正在開(kāi)始改變我們對(duì)于自由意志的理解。

圖 | 相關(guān)論文（來(lái)源：Nature Communications）

研究中，他們通過(guò)設(shè)計(jì)量子實(shí)驗(yàn)來(lái)測(cè)試人類(lèi)所作出的選擇是否真的獨(dú)立于外力，借此挑戰(zhàn)了量子糾纏中測(cè)量獨(dú)立性的假設(shè)。其所開(kāi)展的量子實(shí)驗(yàn)旨在測(cè)試所謂的“測(cè)量獨(dú)立性假設(shè)”，該假設(shè)提出隱變量不會(huì)影響實(shí)驗(yàn)者選擇的設(shè)置，從而能夠證明或反駁自由意志的存在。

需要說(shuō)明的是，隱變量——是量子力學(xué)中一類(lèi)假想的、未被直接觀測(cè)到的物理量，其核心思想是量子系統(tǒng)的“隨機(jī)性”可能源于人類(lèi)尚未認(rèn)知的深層確定性機(jī)制。

據(jù)了解，本次研究基于由北愛(ài)爾蘭物理學(xué)家約翰·貝爾（John Bell）于 1964 年提出的貝爾定理，該定理用于證明糾纏粒子是否表現(xiàn)出經(jīng)典物理學(xué)無(wú)法解釋的相關(guān)性。本次研究中，研究人員基于貝爾定理開(kāi)發(fā)了新的實(shí)驗(yàn)，并通過(guò)探索假象實(shí)驗(yàn)者可能僅擁有部分自由意志的場(chǎng)景來(lái)擴(kuò)展貝爾定理，這意味著假象實(shí)驗(yàn)者的選擇并非完全獨(dú)立，而是仍包含一定程度的自主性。

量子物理學(xué)最奇怪的特性之一是“非局域性”。如果量子粒子糾纏在一起，它們可以在極遠(yuǎn)距離內(nèi)出乎意料地保持協(xié)調(diào)行為。對(duì)于這種協(xié)調(diào)背后的機(jī)制人們尚不清楚，但關(guān)于它們的爭(zhēng)論可以追溯到幾十年前，其中涉及到了放棄自由意志等想法。

（來(lái)源：Nature Communications）

如前所述，北愛(ài)爾蘭物理學(xué)家約翰·貝爾（John Bell）于 1964 年提出了貝爾定理，這是研究非局域性的一個(gè)關(guān)鍵時(shí)刻。貝爾為兩位假想實(shí)驗(yàn)者 Alice 和 Bob 開(kāi)發(fā)了一種方法，從而可以研究糾纏粒子并確定他們的相關(guān)程度，并且即使在很長(zhǎng)距離之內(nèi)仍能開(kāi)展這一研究。而將兩位假想實(shí)驗(yàn)者的數(shù)據(jù)代入貝爾不等式方程之后，就能揭示這些粒子是否以一種僅存在于量子物理中的非局域方式產(chǎn)生關(guān)聯(lián)。

數(shù)十年來(lái)學(xué)界開(kāi)展的一系列實(shí)驗(yàn)，包括曾讓相關(guān)學(xué)者獲得 2022 年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的實(shí)驗(yàn)都一致表明：貝爾不等式會(huì)被違背，而粒子確實(shí)保持著非定域性的量子特性。為了追問(wèn)背后的原因，本次研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)展了實(shí)驗(yàn)。

研究中，他們聚焦于貝爾定理框架中隱含的三個(gè)假設(shè)：測(cè)量獨(dú)立性（MI，measurement independence）、參數(shù)獨(dú)立性（PI，parameter independence）和結(jié)果獨(dú)立性（OI，outcome independence）。它們都能確保 Alice 的實(shí)驗(yàn)和 Bob 的實(shí)驗(yàn)之間沒(méi)有任何未知的相關(guān)性或協(xié)調(diào)嘗試。例如：若是他們的測(cè)量設(shè)備被秘密連接或以某種方式相互通信，這將違反參數(shù)獨(dú)立性假設(shè)；若是所有測(cè)量結(jié)果都以某種方式預(yù)先確定，這將違反結(jié)果獨(dú)立性假設(shè)。

然而，測(cè)量獨(dú)立性假設(shè)尤為重要，因?yàn)樗c“每位實(shí)驗(yàn)者在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中擁有自由意志”這一概念相關(guān)聯(lián)。如果存在某種隱藏定律，使得每當(dāng) Bob 以某種方式行動(dòng)時(shí)，Alice 也會(huì)以特定方式行動(dòng)，那么數(shù)據(jù)中的關(guān)聯(lián)性可能歸因于這一定律，而非局域關(guān)聯(lián)。這樣一來(lái)，非局域性的奇異性就得以規(guī)避，但代價(jià)是 Alice 和 Bob 在實(shí)驗(yàn)中無(wú)法真正自由地選擇如何使用他們的測(cè)量設(shè)備。

此前，一些實(shí)驗(yàn)已經(jīng)聚焦于人類(lèi)選擇在貝爾測(cè)試中的作用。例如，在此前一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中，Alice 與 Bob 的測(cè)量設(shè)置并非由某一個(gè)人決定，而是由 10 萬(wàn)名玩在線視頻游戲的人類(lèi)集體行為所確定。

而在本次研究之中，研究人員決定更進(jìn)一步，他們考慮是否可以放寬一些獨(dú)立性假設(shè)。例如，Alice 和 Bob 是否只有“部分”自由意志？換句話說(shuō)，在某些情況下，Alice 和 Bob 的行為是否可以被預(yù)先確定？這種情況類(lèi)似于在大多數(shù)日子里你可以自由選擇早餐吃什么，但是偶爾物理定律會(huì)干預(yù)并強(qiáng)迫你吃麥片。這聽(tīng)起來(lái)很奇怪，但本次研究人員已經(jīng)提出了幾個(gè)類(lèi)似于貝爾不等式的新方程。

這可能會(huì)對(duì)量子理論的一些極端解釋產(chǎn)生影響，其中就包括“超決定論”，該理論聲稱(chēng)盡管表面現(xiàn)象相反，但仍有隱藏的物理定律支配著所發(fā)生的一切，包括貝爾不等式的違反。在超決定論觀點(diǎn)中，貝爾的實(shí)驗(yàn)方案并未診斷出非局域性，而是反映了這樣一個(gè)事實(shí)，即物理世界的許多方面都是預(yù)先決定的。這一觀點(diǎn)自然會(huì)引發(fā)這樣一種可能性，即物理定律可能與無(wú)限自由意志相矛盾。

這意味著人類(lèi)要么必須面對(duì)世界是不確定的，要么必須面對(duì)世界是確定的并且必須解釋貝爾定理。目前來(lái)看，本次研究必須在確定性世界中解釋貝爾定理。

（來(lái)源：Nature Communications）

研究人員在論文中寫(xiě)道：在量子理論發(fā)展的早期，對(duì)于是否存在更深層次的理論能夠作為量子理論基礎(chǔ)的這一問(wèn)題，被視為是“一個(gè)僅憑物理論證無(wú)法得出定論的哲學(xué)問(wèn)題”。貝爾定理使得通過(guò)實(shí)驗(yàn)排除一些更深層次的理論成為可能，這些理論便是前文的隱變量理論。

但是，通過(guò)貝爾測(cè)試研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，一些隱變量理論無(wú)法解釋他們所觀察到的現(xiàn)象，而現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)?zāi)壳盁o(wú)法也明確究竟是哪些前提假設(shè)不成立。

因此，可能的解釋包括具有不同程度測(cè)量依賴(lài)性的隱變量理論、不同強(qiáng)度的瞬時(shí)“超距作用”以及這些因素的組合。其中，測(cè)量依賴(lài)性可能源于自由選擇的局限性或逆向因果關(guān)系。

業(yè)內(nèi)觀點(diǎn)普遍認(rèn)為，要解決這一問(wèn)題“無(wú)法僅基于純粹的物理依據(jù)，而是需要借助形而上學(xué)的判斷行為”。本次研究之中，研究團(tuán)隊(duì)對(duì)這一觀點(diǎn)表示質(zhì)疑，并提出以下兩個(gè)結(jié)果。

第一個(gè)結(jié)果是：存在某些量子關(guān)聯(lián)無(wú)法使用任何遵循結(jié)果獨(dú)立性，但具有部分測(cè)量依賴(lài)性或部分參數(shù)依賴(lài)性（PD，parameter dependence）的隱變量理論來(lái)模擬。

第二個(gè)結(jié)果是：當(dāng)隱變量理論滿(mǎn)足測(cè)量獨(dú)立性和參數(shù)獨(dú)立性，但僅具有部分結(jié)果依賴(lài)性（OD，outcome dependence）時(shí)，仍然無(wú)法模擬某些特定的量子關(guān)聯(lián)現(xiàn)象。

研究人員在論文中表示，此次所呈現(xiàn)的結(jié)果對(duì)量子信息處理、通信和計(jì)算的基礎(chǔ)和應(yīng)用都有一定影響。眼下，他們現(xiàn)在正在開(kāi)發(fā)新的實(shí)驗(yàn)，旨在將他們的新方程從理論帶入自由意志的真正測(cè)試。

美國(guó)加州大學(xué)圣地亞哥分校助理教授 Eddy Chen 告訴媒體，任何將量子力學(xué)與自由意志聯(lián)系起來(lái)的嘗試都在很大程度上取決于自由意志的定義，即使是哲學(xué)家和物理學(xué)家也經(jīng)常對(duì)此意見(jiàn)不一。即使是那些研究了多年的人也很難定義它，而看似清晰的定義仍然存在爭(zhēng)議。一個(gè)人或許能接受，但其他人可能不會(huì)。因此，量子力學(xué)能否證明或反駁自由意志取決于人們對(duì)于自由意志的定義。雖然科學(xué)可以為哲學(xué)問(wèn)題提供信息，但在涉及價(jià)值觀、終極原因或現(xiàn)實(shí)本身的問(wèn)題上，科學(xué)往往是保持中立的。關(guān)于自由意志等哲學(xué)概念的爭(zhēng)論，依賴(lài)于推理而不是實(shí)證檢驗(yàn)。科學(xué)可以用明確的定義來(lái)解決問(wèn)題，但是更模糊的概念也更難通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)解決。本次研究并不是說(shuō)人類(lèi)缺乏自由意志，而是再一次地側(cè)面說(shuō)明，要想定義自由意志并非易事。

參考資料：

Vieira, C., Ramanathan, R. & Cabello, A. Test of the physical significance of Bell non-locality.Nat Commun16, 4390 (2025).https://doi.org/10.1038/s41467-025-59247-7

https://decrypt.co/322556/free-will-illusion-quantum-experiments

排版：劉雅坤