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本帖最后由 lifree 于 2020-2-20 22:10 编辑- w. n0 m- r6 ?

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% B8 {) G3 c. i) o; u' e: L8 j; z  a3 v来源：网易科学人

) o4 |( ~- `9 V  \& |/ Y5 t4 I4 ^没人理解意识是什么，或其是如何工作的。同样，也没人理解量子力学。这难道是巧合吗？理论物理学家们用量子力学描述宇宙中最小的物体，美国物理学家理查德·费曼(Richard Feynman)曾就量子力学悖论说过：“我无法确定真正的问题，所以我怀疑是否存在真正的问题，但我不确定是否没有真正的问题。”显然，费曼的说法也可以用于描述同样棘手的意识问题。( P1 P" Q* J. g7 D2 k; X

图：我们的脑子里到底发生了什么？

6 y! Z2 T, I7 x1 L2 y量子力学是我们在原子、亚原子粒子水平下描述世界的最好理论，其最广为人知的神秘之处在于，量子实验的结果可依据我们是否选择衡量粒子的某些属性而有所改变。当这种“观察者效应”被量子理论的先驱们注意到时，他们曾陷入深深的困扰之中。它似乎破坏了所有科学背后的基本假设：如果不考虑到我们，存在着一个客观的世界。如果世界的行为取决于我们看待它的方式，那么“现实”到底还有何意义？( ?, m0 |( c+ T2 s+ s$ i

有些研究人员认为，被迫得出客观性是一种幻觉，这种意识必须在量子理论中发挥积极作用。但对于其他人来说，这似乎毫无意义。爱因斯坦(Albert Einstein)甚至曾经抱怨道，月亮是不存在的，只有当我们观看时它才会出现。如今，有些物理学家对此感到怀疑，是否意识影响到量子力学，后者甚至可能因为前者而出现。这些人认为，量子理论可能需要充分理解我们的大脑如何工作才行。# u$ X! m) F: h0 U. ~

可能是这样的，正如量子物体可同时出现在2个地方，因此量子大脑也可能同时存在2种互相排斥的想法吗？这些思考都是推理而来，可能证明量子物理根本没用。但是如果没有其他解释，这些推论可能表明奇怪的量子理论正迫使我们去思考。

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图：复制双缝实验

8 T1 t) e! }! M如果我们将一个探测器放在缝隙内或缝隙后面，我们就可以发现是否有粒子穿过它。可是在这种情况下，干扰现象也消失了。仅仅通过观察粒子的路径，即使这种观察不应该干扰到粒子运动，结果依然发生了改变。

7 C( `/ Z- o1 J6 d: q7 L! E0 k20世纪20年代，曾与哥本哈根的量子大师尼尔斯·波尔(Niels Bohr)共事过的物理学家帕斯卡尔·乔丹(Pascual Jordan)认为：“观察不仅扰乱了应该被测量的东西，甚至还产生了新的东西……我们强迫量子物理被假设在特定的位置上。换言之，我们自己也产生了可被测量结果。”) i0 c9 I. X1 Y7 [

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图：物理学家、数学家彭罗斯1 f4 U) D* Z+ X9 h

彭罗斯问道，如果我们的大脑中存在分子结构，它们能够改变自己的状态以回应单一量子事件，结果会如何？难道这些结构不能采用叠加态，就像双缝实验中的粒子？这些量子叠加态在神经元中的显示方式会通过电子信号触发通信？彭罗斯表示，或许我们维持互相排斥心理状态的能力并不奇怪，这实际上是真正的量子效应。

* v: G. v  \, o/ {" E毕竟，人脑似乎能够处理的认知过程依然远超过数字计算机的能力。或许，我们甚至可在普通计算机(使用经典的数字逻辑)上执行看似不可能的计算任务。彭罗斯首先在他1989年著作《The Emperor's New Mind》提出，人类认知中的量子效应特性。这个想法被称为Orch-OR,即“精心策划的客观还原”缩写。在彭罗斯看来，“客观还原”意味着，量子干扰和叠加态崩溃都是真实存在的物理过程，就像泡沫破裂那样。

3 a- ^9 I: `7 \4 z. {Orch-OR借鉴了彭罗斯的解释，即重力会对每个物体做出回应，比如桌椅、行星等，尽管它没有显示出量子效应。彭罗斯认为，量子叠加态不可能出现在比原子更大的物体身上，因为它们的重力影响可能迫使两个不兼容的时空共存。

+ L1 Z! Y$ Z1 r1 t6 `4 q$ ]9 c7 K在美国物理学家斯图亚特·哈莫洛夫(Stuart Hameroff)的帮助下，彭罗斯进一步研究这个理论。他在1994年著作《Shadows of the Mind》中写道，参与量子认知过程的可能是名为“微管”的蛋白链。这些东西构成了我们的大部分细胞，包括我们大脑中的神经元。彭罗斯和哈莫洛夫认为，微管震动可能可能适应量子叠加态。但是没有证据表明，这种现象可远程进行。

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图：磷能维持量子态吗？6 {9 Z8 L" t3 f+ c' |4 k

在2015年发布的研究中，美国加州大学圣芭芭拉分校物理学家马修·费舍尔(Matthew Fisher)认为，大脑可能包含足够支持更强大量子叠加状态的分子。具体来说，他认为磷原子核可能就有这种能力。在活细胞中，磷细胞几乎无处不在。它们经常以磷酸离子的形式存在，1个磷酸原子可与4个氧原子相结合。+ |+ a* j/ D4 }; \( b

这些离子是细胞内能量的基本单位，细胞的许多能量储存在名为ATP的分子中，它包括3个磷酸基团和1个有机分子。当磷酸分子被切断后，能量就会释放出来供细胞使用。细胞有独特的分子机制，可以将磷酸离子组成基团，然后再分开。费舍尔提出一个方案，将2个磷酸离子放入被称为“纠缠态”的特殊叠加态中。

4 f' E+ ~9 ^& `# k9 s/ Y磷原子核拥有被称为“自旋(spin)”的量子特性，这让它们看起来就像能够指定特定方向的小磁铁。在“纠缠态”，一个磷原子核的自旋取决于其他磷原子核。换句话说，“纠缠态”实际上就是包含多个量子粒子的叠加态。费舍尔表示，这些原子核自旋的量子力学行为可能在时间尺度上抵制人类脱散现象。他同意泰格马克的量子震动观点，就像彭罗斯与哈莫洛夫等人提出的假设，它受到周围环境的强烈影响，几乎立即就会脱散。但是核自旋与周围环境的交互作用并不强。

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图：碳酸锂胶囊

' Z; D6 q; b$ W1 H8 }1 a当费舍尔开始思考精神疾病时，产生了上述想法。他说：“在三四年前，当我开始探索锂离子在治疗精神疾病时如何发挥巨大效应时，我开始进入大脑的生物化学领域。” 锂类药物被广泛用于治疗躁郁症，它们发挥效用，但没人知道其真实原理。费舍尔说：“我并未寻找量子解释。”但他偶然发现一篇文章，宣称锂类药物在老鼠行为会产生不同影响，主要取决于锂或其同位素被使用的形式。+ B* `' l% [" Z: z3 P& f

从表面上看，这是令人非常费解的。从化学层面上说，不同的同位素表现几乎相同，因此如果锂类药物像常规药物那样，其同位素也应该拥有类似效果。但是费舍尔意识到，锂同位素不同的原子核存在不同的自旋行为。这种量子特性可能影响到锂类药物的治疗效果。举例来说，如果锂替代波斯纳分子中的钙，锂自旋可能感觉和影响磷原子，进而干扰到它们的纠缠态。+ g% w+ ?% @2 h0 q7 r& U' ]5 j

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图：对于科学家们来说，意识依然是个难解之谜! L6 E9 I0 Y6 x

尽管如此，他依然谨慎地将有关“量子意识”的早期想法联系起来，他认为这充其量存在高度偶然性。物理学家发现他们在自己发现的理论中所处的位置并不舒服。大多数人希望意识和大脑可以远离量子理论，反之亦然。毕竟，我们甚至还不知道意识为何物，更不用说用理论来描述它了。

( P8 E0 s# }( U* @+ o/ N7 C" O现在，有许多新时代的“山寨产业”致力于“量子意识”概念，宣称量子力学为心灵传输和心灵感应等现象提供了合理解释。为此，物理学家们常常羞于在一句话中同时提及量子与意识。但是撇开这些，这个观点已经有很长历史。自从“观察者效应”和“思维优先”早期融入到量子理论中后，很难再被分离出去。多位研究人员认为，我们永远无法做到这一点。

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图：我们的意识如何工作？# W+ b; ?$ I8 {+ T

肯特表示：“有关意识与物理关系的每个思考都会陷入深深的麻烦之中。”这促使他认为：“如果我们认为意识可以改变量子概率，我们就可以在理解意识进化问题方面取得进展。”换言之，思维可对测量结果产生真实影响。?0 A0 [7 o( c$ ?3 [, g

9 s& S" Z* M* y然而，这个观点没有精确描述“何为真实”。但它可能影响我们目前对量子力学每个可能现状的观察，从某种程度上说，量子理论本身也是不可预测的。肯特表示，我们可以通过实验寻找这种影响，他甚至大胆预测找到这种效应的几率。他说：“我认为意识导致量子理论发生偏转的概率为15%，在未来50年内通过实验发现这种现象的几率在3%左右。”

* V  O6 ~% p/ B- a" V' w( l如果肯特的预测成真，这将改变我们有关物理和思维的看法，它似乎是个值得探索的机遇。

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