第二节 量子意识

正如达尔文所说，探索生命起源，要探索物质起源。物质世界与生命世界，本质都是各种量子组成的结构集合体。量子世界与宏观物质世界、生命世界存在着不同，似乎量子是生命与物质的中间体，因为结构不同而组成不同的世界。我们有必要从量子世界理解生命的演化。

在双缝实验中，电子会因为有人用观察设备试图观看电子路径而改变方向，在时间延迟实验里，光会因为人遮挡住其路径而选择另一条道路，似乎量子拥有自己的意识。在很多量子实验中，量子系统能够形成协调性，而且很多物质拥有自己的记忆特征，并能够天然地进行自我组装，尤其有机分子，因为结构不同形成不同的分子表达结构，表现出不同的特征。

量子力学建立以后，对于量子力学的物理解释和哲学意义这个问题，一直存在着严重的分歧和激烈的争论。许多著名物理学家、哲学家、实验物理学家、数学家等都卷入了这场争论。争论之深刻、广泛，在科学史上是罕见的。在1927年和1930年这两届物理学盛会的索维尔会议中，关于量子力学的辩论，爱因斯坦两次都被以玻尔为首的哥本哈根派打败。爱因斯坦强调量子世界深层的因果关系，量子现象背后必然存在原因。而哥本哈根派强调量子世界的几率，波粒二象性，不确定性，不能同是测量量子的两个状态，而很多科学证据也证明了哥派是对的。

现代物理学证据证明，量子力学并非不确定。比如2010年，美国科学家设计出一种肉眼可见的量子机械，让一个极小的半导体“量子鼓”同时处在振动和不振动的叠加态中，进一步缩小了量子力学和我们现实感之间的距离。该研究成果获评《科学》杂志2010年十大科学突破之首。1996年，物理学家将电子空穴和自旋子分开，自旋和轨道这两种性质伴随着每一个电子。电子衰变为两个不同部分各自携带电子的部分属性：一个是自旋子，具有电子的旋转属性；另一个是轨道子，具有电子绕核运动的属性。

电子可以分裂及“量子鼓”的两个状态测量说明爱因斯坦的疑问并非完全错误，而爱因斯坦研究大统一理论，也是准备用新理论代替统一量子力学与相对论。至少爱因斯坦本人认为相对论并非完美，正如他认为的量子力学不完美一样。在宇宙的深层里面，微观量子世界与宏观相对论时空世界，必然产生联系。当然新理论还要囊括占据宇宙23%的暗物质与73%的暗能量。

爱因斯坦与玻尔的哲学辩论，为物理学的思考及发展奠定了很大的思想空间，虽然留下无数谜团，也正说明了人类对真实世界的认识的局限性。

20世纪50年代，物理学家大卫·玻姆发表了他的第一本书《量子理论》，成为该领域的一部经典教科书，他成功构建了一个隐函数体系。粒子拥有确定的位置和动量，周围弥漫着直到宇宙尽头的“量子势”，以维护爱因斯坦的“上帝不掷骰子”观点。观测仪器会和量子势之间发生作用，从而使粒子改变它的行为模式。

玻姆认为，量子理论和相对论之间的矛盾，暗示了在自然宇宙中存在一种更基本的层面。无论是量子理论还是相对论，都指向这一更深层的理论。而这种更基本的层面，代表了一种不可分割的整体和一种隐含的秩序，在此之上才产生了我们对这个经验宇宙的解释秩序。

玻姆的隐含秩序不仅适用于物质也适用于意识，它能解释物质和意识二者之间的关系。隐含秩序代表更基本的真实，精神和物质被看作是这一更基本真实在我们的解释秩序中的一种投射。

玻姆用听音乐的经验来讨论意识的性质。他认为，对运动和变化的感受构成了人们的音乐经验。刚刚过去的和当下的感受在大脑中同时呈现，刚过去的成为对当下的解释，这是一种转化，而不是一种记忆。玻姆认为，这正是意识从隐含秩序中的浮现。

玻姆把对运动、变化、流动以及相关类似的经验，如听音乐，作为一种隐含秩序的体现。他称支持这一观点的证据来自简·皮亚盖特对婴儿的研究。这些研究显示，儿童必须学习时间和空间，因为这是解释秩序的部分，而他也有一个“硬件”来理解运动，这是隐含秩序的部分。他认为语法形成了大脑中的“硬件”。但玻姆从未提出任何具体的大脑机制，将他的隐含秩序和意识联系起来。

目前有几种不同的量子意识理论。代表人物除了大卫·玻姆之外，还有古斯塔夫·波洛伊德、大卫·查尔默斯、罗杰·彭罗斯与斯图亚特·哈梅罗夫等人。

2011年1月29日，在曼哈顿菲罗克忒忒斯多学科研究中心举行的一场题为“真实的性质”辩论会。这场辩论会的主题是——物理学和数学能完整描述真实吗？其中涉及到量子与生命的关系，将科学家、艺术家和学者们集中到一起，以圆桌会议的形式进行科学探讨，致力于在科学与人文两个截然不同的世界之间架起沟通的桥梁。

古斯塔夫·波洛伊德（GustavBernroider）认为玻姆的“隐含—解释”理论构架说明了神经过程和意识之间的关系。2005年，波洛伊德发表论文详细论述了这一过程的物理基础。文章的主要观点是，量子相干是由和神经过程有关的一种足够长的离子通道支撑。他提出，这种通道能和周围的液体、蛋白质以及同一细胞膜中的其他通道产生纠缠。离子通道控制着整个神经轴突膜的电势差，在大脑的信息处理过程中起着核心作用。

澳大利亚国立大学大卫·查尔默斯（David Chalmers）提出了多种量子力学方式来解释意识，他认为：问题在于我们如何解释，最有可能的解释是，在意识状态不可能被叠加的条件下，意识状态和系统的整体量子状态有关。大脑作为意识的物理系统，在非叠加的量子状态中，该系统的物理状态和精神现象之间相互关联。

美国物理学家亨利·斯塔普（Henry Stapp）1993年出版了著作《精神、物质和量子力学》，他的解释更为客观，结合了自行坍塌理论等。斯塔普认为，意识对大脑神经兴奋进行最高水平的控制。量子大脑事件发生在整个大脑，是从大范围的大脑兴奋中进行选择。神经兴奋被看做一种编码，每一个意识经历都是来自这一编码的选择。据此理论，大脑是个以记忆为输入数据的自行编程的计算机，记忆本身是来自过往经验的编码。

量子大脑动力学（Quantum brain dynamics）最早起源于20世纪60年代，其代表人物是物理学家Hiroomi Umezawa和赫伯特·弗洛里希与马利·吉布（Mari Jibu）等人。根据量子大脑动力学理论，占大脑70%的水分子有两个电极，构成了量子场，称为皮层场。皮层场中的量子被称为皮层子。皮层场和生物分子产生的量子相干波相互作用，在神经元和神经网络中传播。

弗洛里希最早提出了神经网络中会产生量子相干波，他认为，由于生物系统中生化过程波动的扰乱，尚不清楚是什么次序支持。量子大脑动力学认为皮层场不仅互相作用，而且会扩展到对整个神经网络的控制。量子大脑动力学的支持者认为，意识并非由某种确定的途径产生。一方面，吉布和雅苏认为，在神经网络中，皮层场和生物分子波的能量量子之间的相互作用产生了意识。另一方面，维泰罗认为，量子大脑动力学中的量子状态产生了两极，一极是主观的外部世界的表现，另一极是自我，这一自我向外部世界表现开放。根据该理论，意识既不是自我，也不是外部世界表现，而是处于开放的二者之间。

一些量子意识的证据表明：许多实验力图证明神经过程与量子状态有关。2003年到2009年之间，埃里克·康特等人做了一系列实验，来证明人类在感知和认知模糊数字的过程中，其精神状态中存在量子相干效应，并取得了证据，为分析认知主体的时间动力学提供了理论支持。

（参考资料：《物理学和数学能完整描述真实吗》2011年5月01日 科技日报常丽君）

万物始于量子魂

2007年5月德国《P.M.》杂志对德国物理学家Hans-Peter Duerr教授进行了专访，Hans-Peter Duerr提出了量子魂的概念。Duerr教授认为：量子物理告诉我们，真实世界是一个庞大的精神体。它也向我们展示了，世界和未来是敞开的，充满了各种可能性。这一认知给予我们无尽的乐观与鼓励。我们生存于其中的世界，比我们想象的要大得多。量子物理对自然的描绘更确切，因为量子世界遵循多元逻辑，不是非此即彼，而是亦此亦彼，量子是一个中间体。我们必须习惯的，就是这个不可捉摸，不置可否。量子物理中的场不仅仅是非物性的，它还沿入、更深层更宽广的空间，那与我们日常熟悉的三维空间已毫不相关了。一个纯粹的信息场，——好像一种量子码，和物质或能量已无关。这个信息场不仅仅在我体内，它充斥着整个宇宙。宇宙是完整一体的，因为量子码没有疆界。只有这个“一”，具有不可分性。

这与大物理学家惠勒生前提出过的论断很相似。惠勒认为：“万物源于比特”。他认为，物理世界的所有单元，从最根本、最基础的意义上来说，具有非物质的来源和解释。也就是说，我们所说的实在归根结底产生于“是-否问题”的提出及其所激起的仪器反应的记录。简而言之，所有的物质性事物，究其根源，都是“理论上的信息”。

南京大学生张辰宇教授及其团队在2011年9月20《细胞研究》（Cell research）的一篇论文中发现：植物的微小核糖核（microRNA）可以通过日常食物摄取的方式进入人体血液和组织器官，进而发挥生物学作用。该研究证明植物微小核糖核酸可能是食物中的“第七种营养成分”（其他六种分别是水、蛋白质、脂肪酸、碳水化合物、维他命和稀有元素）。张辰宇认为，“微小RNA十分特殊，从某种意义上来说，我们吃的不仅仅是食物，还有信息。”这个发现，让“吃什么补什么”、“一方水土养一方人”这些“老话”似乎有了理论依据，对于中国人来说，还为在传统的中草药中发现一类全新的活性分子提供了依据。

即使是最简单的细菌也比任何的化学制品复杂的多，很多科学家试图从大量的实验里模拟生命诞生的过程，但是都失败了。这是因为在化学实验室条件下，化学语言和生物学语言并不一致。

美国宇航局天体生物学家萨拉·沃克（Sara Walker）试图把信息论应用于生物系统，他认为：“生物学信息的最重要特征并不是它的复杂性，而是它分层级性的组织方式。在所有的物理系统中信息都是从底部向上流动，从某种意义上说，系统的部件决定了整个系统的特性。比如预测天气，先要搜集各个地区的温度和气压，然后计算出天气系统作为一个整体的移动方向和变化趋势。在有机体内，底部朝上的信息流和顶部朝下的信息流传递方式可能相互混合，一个细胞是否反映了一个基因特性取决于环境对整个细胞造成的机械压力或者电场。”

科学家一直试图通过电子计算机模拟出一个有意识的、自我补充能量与复制的生命体，但是目前为止还没有发现成功的案例。科学家希望将生物信息导入物理学和化学之中，使物质作为生物信息的中介来最终解释生命的起源。

在作者另一本物理书《宇宙的第三种猜想》里，作者提出圆转聚合的宇宙模型与九层宇宙学说，认为宇宙是一个自我旋转运动的，无数多的力弦粒子经过多层聚合，构成一个多层的宇宙。这其中包括物质及生命都在宏大宇宙中一个物质在不同层次里，但是层级不同会有不同的表现，一个量子既拥有自己的属性，也拥有其所在分子、基因、生物体及天体物质中所承担的属性。对于粒子物质的表现，更体现在其不同的结构里，比如碳因为结构不同可以表现为柔软的石墨，也可以是世界最坚硬的金刚石。但是在生命系统里，碳是重要的元素。