1914年6月28日上午，一位名叫加夫里洛·普林西普的波斯尼亚塞族学生站在萨拉热窝拉丁桥附近的莫里茨·席勒熟食店外。上午10:45之后，载着奥匈帝国皇位继承人弗朗茨·斐迪南大公的车队经过了离普林西普几米远的地方，普林西普拔出他的0.38口径手枪并开了枪。一颗子弹击中了皇储的颈部。他被紧急送往军事总督府接受治疗，但在上午11:30被宣布死亡。
这次暗杀事件帮助引发了第一次世界大战。历史学家将历史视为一系列相互关联但高度偶然的事件——由无数且大多看不见的因果链构成。有人认为，如果普林西普的枪卡壳了，大公就会活下来，那么欧洲随后的历史很可能就会大不相同。小说家长期以来一直对这些假设性问题（哲学家称之为“反事实历史”）着迷：如果希特勒没有从艺术学院辍学怎么办？如果德国人在美国人之前研制出原子弹怎么办？如果约翰·列侬从未遇见保罗·麦卡特尼怎么办？如果一颗小行星没有在大约6500万年前消灭恐龙，爬行动物仍然统治地球怎么办？
当然，这些偶然性预设了事情可能有所不同——要么是因为行使自由意志的人可以选择另一种行动方案（普林西普可以选择不扣动扳机），要么是因为随机事件（例如小行星撞击）可能以不同的方式展开。但是这种态度与物理学相容吗？宇宙的自然法则允许自由意志存在吗？
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科学家和哲学家们几个世纪以来一直在争论这个问题，并且常常在两个相互竞争的极端之间左右为难。有些人认为，是的， 你显然有自由意志。（您不是已经在自由选择阅读的故事中读到第四段了吗？）另一些人认为，不， 你不可能有自由意志，因为物理定律说，无论发生什么，都取决于之前立即发生的事情——人类思想中的事件也不例外。最近，一个新的论点出现，解释了为什么量子力学甚至比物理学家可能认为的更具决定性，这再次引发了辩论。
物理学和自由意志可能不相容的观点至少可以追溯到古希腊人，但法国学者和博学家皮埃尔-西蒙·拉普拉斯最有力地表达了这一观点。拉普拉斯想知道，是否发生的一切都严格地由之前发生的事情决定。他的思想实验涉及到一个实体，现在被称为拉普拉斯妖，它可以辨别宇宙中每个粒子的位置和动量。对于这样一个妖魔来说，未来是固定的：宇宙的展开方式只能有一种。宇宙将是决定论的，这意味着未来是由现在唯一确定的，而现在又是过去唯一确定的。如果拉普拉斯是对的，那么偶然性的概念——无论在任何时刻发生了什么，接下来会发生什么都是“悬而未决”的想法——似乎就会消失。
然后在20世纪初，量子力学和相对论的双重变革到来了。量子力学尤其似乎对自由意志和偶然性产生了深刻的影响。该理论认为自然本质上是模糊的：在经典物理学中明确定义的量，例如位置或动量，在量子力学中是不确定的——直到它们被测量。在测量一个系统时（至少在所谓的该理论的哥本哈根解释中），它的波函数（对系统的数学描述）据说会“坍缩”，留下一个独特的结局，例如一个特定的观测位置或动量。该理论只告诉你每次观测的各种结果的概率，但不会告诉你你实际会看到哪个结果。乍一看，这种模糊性似乎可以将物理学从决定论的魔爪中拯救出来。另一方面，尚不清楚量子不确定性如何能够实现自由意志，因为我们通常不认为我们的决策过程是随机的，就像我们不认为它们是完全命中注定的一样。
但是这个故事还有另一个转折——当物理学家试图将量子力学应用于整个宇宙时（一个被称为量子宇宙学的领域），就会出现这个转折。一些量子宇宙学方法，例如理论物理学家吉姆·哈特尔和斯蒂芬·霍金（以及霍金在《时间简史》中描述的）设想的方法，似乎不仅规定了支配宇宙演化的规则，还规定了宇宙的初始状态。从这种看待事物的方式来看——物理学家罗杰·彭罗斯在他的著作《皇帝新脑》中称之为“强决定论”——宇宙只能有一个历史。没有什么可以与它实际发生和现在的样子不同。从普林西普子弹的轨迹到您现在正在阅读这句话的事实，一切都在时间之初就被预先规定好了。
这是解释量子力学的一种方式——但不是唯一的方式。另一种流行的观点被称为“多世界”观点（或埃弗雷特观点，以物理学家休·埃弗雷特三世的名字命名，他首先详细地写了关于它的文章）。在这种观点中，一切可能发生的事情实际上都发生了——但在不同的宇宙中。因此，多世界论的支持者不会说宇宙只有一个历史，而是会说“多元宇宙”只有一个历史。在这个多元宇宙中，存在分支，或者说宇宙，在这些宇宙中，普林西普扣动了扳机，也存在他没有扣动扳机的宇宙。存在薛定谔著名的猫活着的宇宙，也存在它死去的宇宙。但作为一个整体的宇宙是完全确定的。
加州大学圣地亚哥分校的物理哲学教授陈伊迪·克明认为，我们应该认真对待强决定论的思想及其含义。如果我们接受像哈特尔和霍金提出的那种理论，其中宇宙（或多元宇宙）的动力学和初始条件都被指定，那么只有一种独特的历史是可能的。陈最近在《自然》杂志上认为，从这个角度来看，量子力学甚至比它的经典前身更具决定性。（在一篇相关的预印本中，陈进一步发展了这个想法，描述了他称之为“埃弗雷特·温塔库勒斯”的东西，他写道，这是“量子世界中第一个现实且简单的强决定论理论。”）
但这很棘手：即使我们生活在埃弗雷特多元宇宙中，我们也只看到一个分支——我们的宇宙——并且在这个分支中，我们仍然倾向于想象多种结果是可能的。在他的预印本中，陈承认“如何在多元宇宙背景下思考自由和能动性是一个悬而未决的问题。” 然而，陈说，至少，我们通常理解的决定、选择和偶然性需要重新思考。他认为，在强决定论下，不再有意义谈论反事实。“你可以将反事实理解为指代与物理定律相容的不同物理可能性，”陈说。“但如果我告诉你只有一个单一的可能性，那么就没有反事实。所有反事实都变得毫无意义或微不足道或空洞。” 他说，如果没有反事实，就没有自由。正如他在《自然》杂志的文章中写道，强决定论“使人们更难借助量子理论来捍卫自由意志。”
虽然物理学家继续争论强决定论的思想，但查普曼大学的物理哲学教授艾米丽·阿德拉姆同意陈的观点，即强决定论似乎比传统的决定论更威胁自由意志，尤其因为它与埃弗雷特多元宇宙有关。“在标准的决定论图景中，当然，发生的一切都是由过去决定的——但你的思想是未来事件得以实现的关键因果过程的一部分，”阿德拉姆说。“因此，在某种有意义的层面上，未来的事件——即使它们是预先确定的——也是通过你认同自己的过程来调解的。” 但在埃弗雷特图景中，她说，更难看出决策会在哪里发挥作用。“如果你总是做出每一种可能的决定，那似乎确实严重削弱了你在行使任何有意义的选择的意义，”她说。“因此，从这个意义上说，你确实比标准图景更糟糕，在标准图景中，一个结果发生了，而你在促成它的过程中发挥了作用。”
尽管量子力学（或至少是它的某些版本）可能对自由意志的概念造成困扰，但相对论——现代物理学的另一个支柱——也难逃干系。许多理论家认为，相对论描述了一个过去、现在和未来都同样真实的宇宙：一个像巨大的时空块（有时称为“块状宇宙”）一样静止不动的宇宙。这并不是说时间在这个图景中消失了——而是它不再“流逝”或“流动”。（正如阿尔伯特·爱因斯坦所说，时间的流逝是一种“顽固的持续幻觉。”）从概念上讲，强决定论的量子宇宙和相对论的块状宇宙可能并没有那么大的差距。英格兰利兹大学的科学哲学家阿拉斯泰尔·威尔逊说，量子版本可以被认为是“一种丰富的块状宇宙”。“想象一下，取一个块状宇宙，并在其中添加一个额外的维度——可能性的维度。”
尽管如此，关于空间和时间基本性质的理论仍需持保留态度。物理学家对宇宙138亿年历史的大部分都有相当好的掌握。然而，当我们倒带时，我们发现随着我们越来越接近宇宙大爆炸，我们对空间和时间的理解变得越来越薄弱。在宇宙的最初时刻，相对论和量子力学都无法单独准确地描述正在发生的事情，并且没有公认的量子引力统一理论来取代它们。匹兹堡大学的物理学家兼哲学家大卫·华莱士说：“在这个领域，空间和时间本身的概念开始在基本层面上以我们不理解的方式瓦解。“如果时间的概念瓦解了，那么说明事物如何随时间变化的定律与说明事物在初始时间如何的初始条件之间的鲜明区别也开始瓦解。” 尽管哈特尔-霍金提案引起了人们极大的兴趣，但华莱士警告说，它仍然是“推测性的”。尽管华莱士是一位坚定的埃弗雷特派（著名的科学家大卫·多伊奇、马克斯·泰格马克和肖恩·卡罗尔也是如此），但埃弗雷特多元宇宙仍然存在争议。
对自由意志的怀疑并非新鲜事。早在量子力学和相对论出现之前，人们就想知道，在一个物质仅仅在力的作用下像宇宙台球游戏中球一样移动的宇宙中，如果存在自由，那会是什么样的自由。生物学家和神经学家罗伯特·萨波尔斯基是最新一位自由意志怀疑论者，他的最新著作名为决定论：一个没有自由意志的生命科学。萨波尔斯基认为，你之所以成为现在的你，是因为在你自己的生活历史以及你出生之前很久就发生的一切。在花费数十年时间试图了解科学可能为个人自由留下哪些回旋余地之后，他得出结论：“我们根本没有自由意志，”他在书中写道。
调和可能具有决定论的物理学和看似自由的个人选择的首选“解决方案”——引号很重要，因为并非所有人都赞同——是一种被称为相容论的立场。相容论者认为，无论基本粒子和力在亚原子层面可能做什么，人类的自由仍然可以存在，因为我们生活在宏观世界中，那里的规则非常不同。是的，我们是由原子（或者如果您愿意，也可以说是波动的量子场）构成的，但是尝试通过分析我们的原子（或我们的量子场）来描述人类行为的任何特征将是荒谬的。尽管绝大多数哲学家认同相容论（民意调查显示这一数字约为60%），但其他人则认为这是一种逃避。例如，伊曼努尔·康德驳斥相容论为“可悲的诡计”。最近，神经科学家山姆·哈里斯在他的著作《自由意志》中写道，“从道德和科学的角度来看，[相容论]似乎是故意迟钝。”
对于相容论者来说，这归结为视角问题。威尔逊举了天文学家亚瑟·爱丁顿的例子，他一个世纪前写道，一张桌子在微观层面检查时会失去其桌子般的特性。“他发现桌子中粒子之间有很多空隙，”威尔逊说。“这是否意味着它不是固体？还是意味着固体性不是我们想象的那样？” 他建议以同样的方式看待埃弗雷特多元宇宙。从一个角度来看，我们可能会说概率的概念已经消失了——或者我们可以说“存在概率——它们只是不是我们想象的那样。”
对于坚定的相容论者来说，自由意志的问题并不取决于物理学对原子、力、量子场或任何其他适用于微观层面的东西的说法，强决定论并不比常规决定论更令人不安。正如阿德拉姆所说：“在一个描述层面上，人是他们决定的来源，而在另一个不同的物理描述层面上，遥远的过去和物理定律是他们决定的来源。我认为，如果你将这两个描述层面分开，就像你应该做的那样，那么你就不会真正遇到自由意志的问题。”