人类的思维方式如同量子粒子

量子理论一度似乎是纯粹理性棺材上的最后一颗钉子。现在看来它像是救星

美国的选举季似乎不是赞扬人类理性的好时机。候选人做出永远无法兑现的承诺,但选民却不知何故接受了;周全的论据毫无影响力,而煽动性言论却占据上风。从启蒙运动的理想,对理性的信仰,到共和国的建立,真是令人沮丧。情况甚至比你想象的还要糟糕。有些事情你认为应该可以通过理性来解决,只要你努力。如果你真的成功地过上了理性的生活——从不不仔细权衡每位候选人的记录就投票,从不不查阅《消费者报告》就购买电器,从不乞题,从不树稻草人,从不陷入任何其他凡人容易犯的陷阱——你仍然会发现自己做着毫无意义的事情,不是因为你失败了,而是因为理性本身就是一把缺了几颗牙齿的锯条。

在整个20世纪,科学家和数学家不得不接受有些事情将永远超出理性的掌握。在1930年代,库尔特·哥德尔著名地证明,即使在理性的数学宇宙中,对于每一个被深入思考击倒的悖论,新的悖论也会涌现。经济学家和政治理论家发现,组织社会的理性规则也存在类似的局限性,科学史学家则揭穿了科学争端纯粹由事实解决的信念。理性的最终限制来自量子物理学,它认为有些事情就是会发生,你永远无法知道为什么。

然而,在过去的十年中,事态发生了奇怪的转变。似乎限制人类知识的量子物理学理论,也证明了解放了我们。它扩展了我们对物理世界以及我们自身的认识。通过丰富理性思维的规则,它使我们摆脱了理性将我们引入的死胡同。在量子物理学提供的更广泛框架内看待,人类行为可能不像晚间新闻所显示的那样不理性。


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理性的分量

很少有人像孔多塞侯爵那样生活和呼吸着启蒙运动的梦想,他是18世纪后期最杰出的数学家之一。受到牛顿物理学成功的鼓舞——几个简单的规则解释了苹果的坠落和行星的轨道——他试图创建一个与牛顿物理学相匹配的社会科学。他认为,理性可以使世界变得更美好。他和启蒙运动的其他思想家倡导进步的政治议程:废除奴隶制、妇女平等权利、普及公共教育。作为托马斯·杰斐逊、本杰明·富兰克林和托马斯·潘恩的朋友,孔多塞成为法国大革命的早期领导人。“当太阳只照耀在自由人的星球上,只知道理性是他们的主人……学会如何认识并用理性的力量扼杀迷信和暴政的最初迹象,如果它们胆敢再次出现,那个时刻将会到来,”他在1794年写道。

然后是衰落。革命走向黑暗。孔多塞被捕,第二天死在狱中,被埋葬在一个后来的公共墓地中,该墓地后来失踪了。启蒙运动让位于浪漫主义。对于许多思想领袖来说,革命的过度行为使整个进步议程失去了信誉。

仿佛是为了加剧悲剧,孔多塞开始质疑启蒙运动关于人民意志的观点。他表明,民主投票制度会导致悖论:人们的选择可能会以相互矛盾和无法解决的方式叠加起来。意大利都灵大学的数学家和政治评论家皮尔乔治·奥迪弗雷迪给出了一个例子:在1976年美国总统大选中,杰拉尔德·福特在与罗纳德·里根的激烈竞争后获得了共和党提名,吉米·卡特在普选中击败了福特,但民意调查表明里根本可以击败卡特(正如他在1980年所做的那样)。选民的偏好是非传递性的:偏好卡特胜过福特,偏好福特胜过里根,并不意味着偏好卡特胜过里根。卡特获胜仅仅是因为初选先进行。“谁当选仅仅取决于你进行两次选举的顺序,而不是选民,”奥迪弗雷迪说。在委员会和立法机构中,主席可以利用这种顺序依赖性或非交换性来引导投票朝他们的方向发展。

1950年,时任哥伦比亚大学研究生的肯尼斯·阿罗表明,只有一种确保避免悖论的方法:独裁统治。当一位选民拥有决定性权力时,选举顺序不再重要。这一令人警醒的发现帮助阿罗赢得了1972年诺贝尔经济学奖。“这是哥德尔定理的类似物,”奥迪弗雷迪说。“它证明了我们对民主的普遍观念存在局限性。”哥德尔本人甚至可能更早地提出了阿罗定理的一个版本;类似的想法出现在他为上帝存在而提出的论证中。

如果民主国家通常避免孔多塞的悖论,那是因为选民位于意识形态光谱上,使他们的观点具有一定的连贯性和相互一致性[参见帕尔塔·达斯古普塔和埃里克·马斯金的《最公平的投票》;《大众科学》,2004年3月]。具有讽刺意味的是,尽管西方文化推崇独立、非意识形态的思考,但这种思考实际上可能导致投票系统停滞不前。奥迪弗雷迪说,在政治动荡的时期,光谱变得混乱,民主变得不仅有点失灵,而是完全失灵。

在阿罗证明他的定理的同一年,数学家梅里尔·弗拉德和梅尔文·德雷舍发现了个人和集体决策之间的另一个冲突:囚徒困境。警察抓获了两名小偷,并向每人提供奖励以告发对方。如果两人都保持沉默,两人都将逍遥法外;如果两人都告发,两人都将受到严厉惩罚。鉴于这些告发的动机,两人都告发了——但随后两人都输了[参见下两页的方框]。这种困境是自由放任经济学局限性的模型。它揭穿了新古典经济学的智慧,即个人出于自身理性的自利行为共同产生了最佳结果。

相关的失望是哈佛大学经济学家阿马蒂亚·森在1970年阐明的“自由主义悖论”。正如阿罗对民主和弗拉德对市场经济学提出质疑一样,森在个人权利的概念上开了一个洞。最基本的权利是,个人应该对仅影响他或她的决定拥有否决权。森最初的例子是审查制度:阅读或不阅读一本书的决定只影响该人,因此应由他或她控制。多数人统治一直与个人权利处于紧张关系中:多数人可以将自己的意志强加于少数人。更奇怪的是,即使是一致规则也侵犯了权利——换句话说,个人的权利可能会受到个人隐含支持的决定的威胁。

在一个并非假设的森的例子的变体中,考虑两位选民,蓝色和红色,对一项政府福利计划做出判断。蓝色希望他们两人都获得福利;如果做不到这一点,他希望红色获得福利,因为红色是两者中更需要帮助的人。红色宁愿他们都不获得福利;如果做不到这一点,他应该成为获得福利的人——为了使蓝色免受公共援助的腐败影响。由于他们陷入僵局,他们不得不接受他们的第二选择。因此,该计划强加给了红色,而拒绝了蓝色,因此他们都无法控制仅影响他们的决定。所有这些悖论都表明,我们社会中的一些争端持续不断,不是因为人们不一致或不合理,而是因为旨在调和不同观点的理性决策机制反而会加剧冲突。

悖论的消失

在1950年代和1960年代,数学家探索了各种摆脱囚徒困境的方法。一种方法是使用条件策略。每个嫌疑人可以告诉审讯者,而不是在保持沉默或告发之间做出选择,例如,“如果我的同伙保持沉默,那么我也会保持沉默。”通过正确的一组if-then语句,个人可以避免牢狱之灾。至关重要的是,任何一方都不会通过改变策略而获利,因此对自身利益的理性计算会引导他们进行合作[参见阿纳托尔·拉波波特的《逃离悖论》;《大众科学》,1967年7月]。对个人最有利的对群体最有利。然而,该方案确实存在一个致命缺陷:合作伙伴必须同意坚持条件策略,并且不要在最后一刻改变主意并告发。他们需要一种万无一失的方法来约束彼此。

量子物理学提供了一种方法。1998年,当时都在德国波茨坦大学的物理学家延斯·艾泽特和马丁·威尔肯斯,以及当时在德国汉诺威大学的马切伊·莱文斯坦提出,一对纠缠粒子可以充当具有约束力的合同[参见格雷厄姆·P·柯林斯的《薛定谔的游戏》;《大众科学》,2000年1月]。通过这些粒子,合作伙伴可以在不知道预先做出哪些决定的情况下协调他们的决定——他们本可以利用这些信息来违反合同。2001年,中国科学技术大学杜江峰及其同事在实验室中演示了该方案。他们纠缠了两个氢核,并向它们发射无线电脉冲以执行游戏的各个阶段。

意大利数学物理学家加夫里埃尔·塞格雷提出,类似的技巧可以防止投票僵局,而无需安装独裁者。他说,他对这个主题产生兴趣是在2008年夏天,当时他在报纸《新闻报》上读到对他的同胞奥迪弗雷迪的采访。奥迪弗雷迪引用阿罗定理,断言代议制民主已经过时。“我不同意这个事实,我开始思考克服阿罗定理的方法,”塞格雷说。

塞格雷认为,量子物理学丰富了投票的可能性。像薛定谔的猫一样,公民可以有两种想法,既投赞成票又投反对票——所谓的叠加态。当聚合时,选票可以累加或相互否定。它们可以相互纠缠,代表公民之间以协调方式投票的一种契约,就像量子囚徒困境中的具有约束力的合同一样。在这种情况下,与阿罗考虑的经典情况不同,人民的意志可以完全一致。

不幸的是,塞格雷的证明非常抽象,并且为此文咨询的几位投票理论专家怀疑它是否正确,更不用说它是否可以被写入21世纪的宪法。然而,牛津大学和新加坡量子技术中心的物理学家阿图尔·埃克特说,塞格雷可能有所发现。由于量子物理学是概率性的,量子投票系统可以在没有绝对独裁者的情况下避免不一致——只有一个统治者,他的话语权平均而言占主导地位,并且可以不时被否决。“我们将有一个独裁者,但一个弱得多的独裁者,”埃克特说。

对纯粹(经典)理性的批判

量子物理学并没有消除最初的悖论,也没有提供实用的决策系统,除非公职人员愿意让人们携带纠缠粒子进入投票站或警察审讯室。这些发现的真正意义在于,量子物理学为人类行为提供了一个模型,在这个模型中,表面上的非理性完全有道理。

在现实生活中,人们合作的频率远高于他们纯粹由对其自身利益的理性评估驱动时的情况。当心理学家要求志愿者玩囚徒困境时,尽管有强烈的告发动机,玩家有时仍会保持沉默。如果爱丽丝相信鲍勃会告发,她肯定会告发。如果她相信鲍勃会保持沉默,她可能仍然会告发,但可能会保持沉默。“可能”通常只有20%的时间,但它为这个卑鄙的游戏闪耀了一丝希望。

然而,真正奇怪的是,如果她不确定鲍勃会做什么,爱丽丝有可能保持沉默。没有纯粹理性的生物会这样做。根据经典逻辑,如果她认为鲍勃有50%的几率保持沉默,她应该取她的两种倾向的平均值,并有10%的时间保持沉默。然而,在心理学测试中,志愿者在这种情况下有40%的时间保持沉默。

在量子逻辑中,零和20的平均值确实可以是40。如果爱丽丝必须在脑海中权衡这两种可能性,她的倾向——如果鲍勃告发,肯定会告发;如果他保持沉默,可能会告发——部分相互抵消,因此她选择了另一个选择并保持沉默。“这两个单独的好理由相互干扰,因此降低了这个人叛变的可能性,”伦敦城市大学的心理学家伊曼纽尔·波索斯说。

2009年,波索斯和印第安纳大学布卢明顿分校的心理学家杰罗姆·布塞迈耶设计了一个量子模型,该模型重现了心理学实验的结果。其起作用的根本原因是大多数人没有固定的偏好。我们的感受是矛盾的,并且取决于我们周围人的想法。“我们是非常依赖情境的生物,”布塞迈耶说。“因此,没有态度在那里等待被衡量。”量子叠加捕捉了这些复杂的情感。这并不意味着我们的大脑实际上是量子计算机,正如一些物理学家所推测的那样。相反,量子物理学是人类思想流动性的一种有用的隐喻。

在某种程度上,这门新兴的量子认知学科将量子物理学带回了它的根源。在20世纪初,尼尔斯·玻尔和其他该理论的创造者借鉴了心理学的思想,例如威廉·詹姆斯的工作。量子理论在一个理性主义时期成熟,自启蒙运动以来,理性主义在知识分子的时尚中兴衰不定,对理性主义几乎没有吸引力。第一次世界大战不利于对人类自我完善能力的乐观态度,一种限制人类知识的理论对玻尔和他的同事很有吸引力。然而,思想史是循环往复的。通过重燃对人类知识和行为的乐观态度,也许今天的量子物理学将有助于激发新的启蒙运动,并重振我们空洞的政治。

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