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沒(méi)人理解意識(shí)是什么，或其是如何工作的。同樣，也沒(méi)人理解量子力學(xué)。這難道是巧合嗎？理論物理學(xué)家們用量子力學(xué)描述宇宙中最小的物體，美國(guó)物理學(xué)家理查德·費(fèi)曼（Richard Feynman）曾就量子力學(xué)悖論說(shuō)過(guò)：“我無(wú)法確定真正的問(wèn)題，所以我懷疑是否存在真正的問(wèn)題，但我不確定是否沒(méi)有真正的問(wèn)題。”顯然，費(fèi)曼的說(shuō)法也可以用于描述同樣棘手的意識(shí)問(wèn)題。

有些科學(xué)家認(rèn)為，我們已經(jīng)理解了何為意識(shí)，或者它只是幻覺(jué)。但其他科學(xué)家覺(jué)得，我們根本不知道意識(shí)從何而來(lái)。意識(shí)帶來(lái)的各種困惑甚至促使許多研究人員嘗試?yán)昧孔游锢韺W(xué)來(lái)解釋它。這種說(shuō)法總是受到懷疑，但并不令人感到驚訝：用一個(gè)神秘事物去解釋另一個(gè)聽起來(lái)似乎不夠明智，但這樣的想法絕不荒謬，而且也并不主觀武斷。

首先，令物理學(xué)家們感到極為不安的是，思維似乎正與早期量子理論聯(lián)系起來(lái)。此外，量子計(jì)算機(jī)被預(yù)言能夠完成普通計(jì)算機(jī)無(wú)法勝任的工作，這也提醒我們，我們的大腦依然能夠完成許多人工智能無(wú)法做到的事情。“量子意識(shí)”被普遍嘲弄為神秘學(xué)，但它不會(huì)消失。

圖：我們的腦子里到底發(fā)生了什么？

量子力學(xué)是我們?cè)谠印喸恿Ｗ铀较旅枋鍪澜绲淖詈美碚摚渥顝V為人知的神秘之處在于，量子實(shí)驗(yàn)的結(jié)果可依據(jù)我們是否選擇衡量粒子的某些屬性而有所改變。當(dāng)這種“觀察者效應(yīng)”被量子理論的先驅(qū)們注意到時(shí)，他們?cè)萑肷钌畹睦_之中。它似乎破壞了所有科學(xué)背后的基本假設(shè)：如果不考慮到我們，存在著一個(gè)客觀的世界。如果世界的行為取決于我們看待它的方式，那么“現(xiàn)實(shí)”到底還有何意義？

有些研究人員認(rèn)為，被迫得出客觀性是一種幻覺(jué)，這種意識(shí)必須在量子理論中發(fā)揮積極作用。但對(duì)于其他人來(lái)說(shuō)，這似乎毫無(wú)意義。愛因斯坦（Albert Einstein）甚至曾經(jīng)抱怨道，月亮是不存在的，只有當(dāng)我們觀看時(shí)它才會(huì)出現(xiàn)。如今，有些物理學(xué)家對(duì)此感到懷疑，是否意識(shí)影響到量子力學(xué)，后者甚至可能因?yàn)榍罢叨霈F(xiàn)。這些人認(rèn)為，量子理論可能需要充分理解我們的大腦如何工作才行。

可能是這樣的，正如量子物體可同時(shí)出現(xiàn)在2個(gè)地方，因此量子大腦也可能同時(shí)存在2種互相排斥的想法嗎？這些思考都是推理而來(lái)，可能證明量子物理根本沒(méi)用。但是如果沒(méi)有其他解釋，這些推論可能表明奇怪的量子理論正迫使我們?nèi)ニ伎肌?/p>

圖：著名的雙縫實(shí)驗(yàn)

在量子力學(xué)中，最著名的思維干涉量子力學(xué)現(xiàn)象就是“雙縫實(shí)驗(yàn)”。想象下一束光照射在屏幕上，這塊屏幕上有2個(gè)緊密間隔的平行縫隙。部分光線穿過(guò)縫隙，照射在另一個(gè)屏幕上。光可被想象為一種波，當(dāng)波能從兩道縫隙中出來(lái)時(shí)，它們會(huì)互相干擾。如果它們的波峰重合，則會(huì)互相加強(qiáng)，如果波峰與波谷重合，則會(huì)互相抵消。這種波的干擾被稱為衍射，它可在第二塊屏幕上產(chǎn)生一系列明暗交替的條紋，顯示光波加強(qiáng)或消失。

在200多年前，這個(gè)實(shí)驗(yàn)被理解為波動(dòng)行為的重要特征，當(dāng)時(shí)量子理論還未出現(xiàn)。雙縫實(shí)驗(yàn)也可以用于測(cè)試量子粒子（比如電子），即組成原子的微小帶電粒子。與正常直覺(jué)相反的是，這些粒子的行為可以很像波。這意味著，它們?cè)诖┻^(guò)兩道縫隙時(shí)也會(huì)產(chǎn)生衍射現(xiàn)象，出現(xiàn)干涉圖像。

現(xiàn)在，假設(shè)量子粒子分別穿過(guò)裂縫，它們到達(dá)屏幕也有先后順序。顯然沒(méi)有任何粒子干擾它們的路線，然而隨著時(shí)間推移建立起的粒子影響圖案，依然顯示出干擾帶。無(wú)獨(dú)有偶，每個(gè)粒子同時(shí)穿過(guò)2道縫隙時(shí)，其本身也會(huì)對(duì)自己造成干擾。這種粒子同時(shí)穿過(guò)“兩條路徑”的現(xiàn)象被稱為疊加態(tài)，它絕對(duì)是非常奇怪的現(xiàn)象。 

圖：復(fù)制雙縫實(shí)驗(yàn)

如果我們將一個(gè)探測(cè)器放在縫隙內(nèi)或縫隙后面，我們就可以發(fā)現(xiàn)是否有粒子穿過(guò)它。可是在這種情況下，干擾現(xiàn)象也消失了。僅僅通過(guò)觀察粒子的路徑，即使這種觀察不應(yīng)該干擾到粒子運(yùn)動(dòng)，結(jié)果依然發(fā)生了改變。

20世紀(jì)20年代，曾與哥本哈根的量子大師尼爾斯·波爾（Niels Bohr）共事過(guò)的物理學(xué)家帕斯卡爾·喬丹（Pascual Jordan）認(rèn)為：“觀察不僅擾亂了應(yīng)該被測(cè)量的東西，甚至還產(chǎn)生了新的東西……我們強(qiáng)迫量子物理被假設(shè)在特定的位置上。換言之，我們自己也產(chǎn)生了可被測(cè)量結(jié)果。”

圖：粒子可以呈現(xiàn)雙重狀態(tài)

如果事實(shí)如此，客觀現(xiàn)實(shí)似乎不再重要，事情變得更加奇怪。如果粒子的行為性質(zhì)取決于我們是否在觀看它而發(fā)生改變，我們可以嘗試欺騙它來(lái)引誘其現(xiàn)身。為此，我們可以測(cè)量粒子穿過(guò)雙縫時(shí)到底走了哪條路徑，但是只有其穿過(guò)后我們才知道。那時(shí)，它應(yīng)該已經(jīng)決定是否從一道或兩道縫隙中穿過(guò)。

20世紀(jì)70年代，美國(guó)物理學(xué)家約翰·慧勒（John Wheeler）曾為此做過(guò)實(shí)驗(yàn)，這個(gè)“延遲選擇”實(shí)驗(yàn)在隨后10年中不斷有人嘗試。當(dāng)量子粒子應(yīng)該已經(jīng)選擇好走一條路徑還是兩條路徑后，研究人員利用更先進(jìn)的技術(shù)測(cè)試它的路徑。事實(shí)證明，就像波爾預(yù)測(cè)的那樣，我們是否延遲測(cè)量沒(méi)有任何分別。只要我們?cè)诠庾拥竭_(dá)探測(cè)器前的路徑進(jìn)行測(cè)量，干擾現(xiàn)象就會(huì)消失。

這就像大自然不僅知道我們是否在觀看，還知道我們想要看什么。無(wú)論何時(shí)，在這些實(shí)驗(yàn)中，我們發(fā)現(xiàn)量子粒子的路徑，其路徑云可能最終會(huì)“崩潰”為單一明確的狀態(tài)。此外，我們的延遲選擇實(shí)驗(yàn)意味著，純粹的注意行為可以引發(fā)“崩潰”，而非測(cè)量引發(fā)的任何物理干擾。但是這意味著，當(dāng)測(cè)量結(jié)果沖擊我們的意識(shí)時(shí)，真正的崩潰才會(huì)發(fā)生嗎？

20世紀(jì)30年代，匈牙利物理學(xué)家尤金·魏格納（Eugene Wigner）承認(rèn)了這種可能性。他說(shuō)：“物體的量子描述通過(guò)印象進(jìn)入我的意識(shí)并產(chǎn)生影響，唯我論可能與當(dāng)前的量子力學(xué)在邏輯上一致。”慧勒甚至認(rèn)為，生物的存在已經(jīng)改變了此前許多可能的量子過(guò)去，并成為具體歷史。從這個(gè)角度來(lái)看，慧勒認(rèn)為我們從一來(lái)是就是宇宙演化的參與者。用他的話說(shuō)，我們活在“共享宇宙”中。

如今，物理學(xué)家們不同意解釋這些量子實(shí)驗(yàn)的最好方法，某種程度上，此刻你對(duì)他們的評(píng)價(jià)取決于你的狀態(tài)。但是無(wú)論如何，這些都讓人不可避免地認(rèn)為，意識(shí)與量子力學(xué)存在某種聯(lián)系。從20世紀(jì)80年代開始，英國(guó)物理學(xué)家羅格·彭羅斯（Roger Penrose）就曾暗示，這種聯(lián)系可能在另一個(gè)方向有效。無(wú)論意識(shí)是否影響量子力學(xué)，或許量子力學(xué)都涉及到意識(shí)。

圖：物理學(xué)家、數(shù)學(xué)家彭羅斯

彭羅斯問(wèn)道，如果我們的大腦中存在分子結(jié)構(gòu)，它們能夠改變自己的狀態(tài)以回應(yīng)單一量子事件，結(jié)果會(huì)如何？難道這些結(jié)構(gòu)不能采用疊加態(tài)，就像雙縫實(shí)驗(yàn)中的粒子？這些量子疊加態(tài)在神經(jīng)元中的顯示方式會(huì)通過(guò)電子信號(hào)觸發(fā)通信？彭羅斯表示，或許我們維持互相排斥心理狀態(tài)的能力并不奇怪，這實(shí)際上是真正的量子效應(yīng)。

畢竟，人腦似乎能夠處理的認(rèn)知過(guò)程依然遠(yuǎn)超過(guò)數(shù)字計(jì)算機(jī)的能力。或許，我們甚至可在普通計(jì)算機(jī)（使用經(jīng)典的數(shù)字邏輯）上執(zhí)行看似不可能的計(jì)算任務(wù)。彭羅斯首先在他1989年著作《The Emperor's New Mind》提出，人類認(rèn)知中的量子效應(yīng)特性。這個(gè)想法被稱為Orch-OR,即“精心策劃的客觀還原”縮寫。在彭羅斯看來(lái)，“客觀還原”意味著，量子干擾和疊加態(tài)崩潰都是真實(shí)存在的物理過(guò)程，就像泡沫破裂那樣。

Orch-OR借鑒了彭羅斯的解釋，即重力會(huì)對(duì)每個(gè)物體做出回應(yīng)，比如桌椅、行星等，盡管它沒(méi)有顯示出量子效應(yīng)。彭羅斯認(rèn)為，量子疊加態(tài)不可能出現(xiàn)在比原子更大的物體身上，因?yàn)樗鼈兊闹亓τ绊懣赡芷仁箖蓚€(gè)不兼容的時(shí)空共存。

在美國(guó)物理學(xué)家斯圖亞特·哈莫洛夫（Stuart Hameroff）的幫助下，彭羅斯進(jìn)一步研究這個(gè)理論。他在1994年著作《Shadows of the Mind》中寫道，參與量子認(rèn)知過(guò)程的可能是名為“微管”的蛋白鏈。這些東西構(gòu)成了我們的大部分細(xì)胞，包括我們大腦中的神經(jīng)元。彭羅斯和哈莫洛夫認(rèn)為，微管震動(dòng)可能可能適應(yīng)量子疊加態(tài)。但是沒(méi)有證據(jù)表明，這種現(xiàn)象可遠(yuǎn)程進(jìn)行。

圖：細(xì)胞內(nèi)的微管

微管量子疊加態(tài)的想法得到2013年試驗(yàn)的支持，但事實(shí)上這些研究都沒(méi)有提到量子效應(yīng)。此外，大多數(shù)研究人員認(rèn)為Orch-OR假想已經(jīng)在2000年發(fā)表的一項(xiàng)研究中被排除。當(dāng)時(shí)物理學(xué)家馬克斯·泰格馬克（Max Tegmark）宣稱，參加神經(jīng)信號(hào)的分子量子疊加態(tài)可能無(wú)法存在足夠長(zhǎng)的時(shí)間，更無(wú)法支持這樣的信號(hào)被發(fā)送到目的地。

類似疊加態(tài)這種量子效應(yīng)很容易在被稱為“脫散過(guò)程”而被毀。這個(gè)過(guò)程是量子物體與周圍環(huán)境相呼作用下產(chǎn)生的，導(dǎo)致“量子泄露”。在溫暖和潮濕的環(huán)境中，比如活細(xì)胞體內(nèi)，“脫散”進(jìn)行得非常快。神經(jīng)信號(hào)屬于電脈沖，是帶電原子穿過(guò)神經(jīng)細(xì)胞壁引起的。如果這些原子中的某個(gè)處于疊加態(tài)，并與神經(jīng)元相撞，泰格馬克證實(shí)疊加態(tài)應(yīng)該在不到十億分之一秒內(nèi)發(fā)生衰變。而對(duì)于神經(jīng)元來(lái)說(shuō)，發(fā)出信號(hào)至少需要一萬(wàn)萬(wàn)億倍時(shí)間。因此，人們對(duì)大腦中的量子效應(yīng)想法都持很大的懷疑態(tài)度。

然而，彭羅斯并不為這些爭(zhēng)論和觀點(diǎn)所動(dòng)。盡管泰格馬克預(yù)測(cè)細(xì)胞中的超快脫散行為，但其他研究人員已經(jīng)在生物體內(nèi)發(fā)現(xiàn)量子效應(yīng)的證據(jù)。有些人認(rèn)為，候鳥利用量子力學(xué)進(jìn)行磁性導(dǎo)航，綠色植物在光合作用中利用陽(yáng)光制造糖。此外，大腦采用量子技巧的說(shuō)法并未顯示出消失跡象，只是現(xiàn)在有了完全不同的說(shuō)法。

圖：磷能維持量子態(tài)嗎？

在2015年發(fā)布的研究中，美國(guó)加州大學(xué)圣芭芭拉分校物理學(xué)家馬修·費(fèi)舍爾（Matthew Fisher）認(rèn)為，大腦可能包含足夠支持更強(qiáng)大量子疊加狀態(tài)的分子。具體來(lái)說(shuō)，他認(rèn)為磷原子核可能就有這種能力。在活細(xì)胞中，磷細(xì)胞幾乎無(wú)處不在。它們經(jīng)常以磷酸離子的形式存在，1個(gè)磷酸原子可與4個(gè)氧原子相結(jié)合。

這些離子是細(xì)胞內(nèi)能量的基本單位，細(xì)胞的許多能量?jī)?chǔ)存在名為ATP的分子中，它包括3個(gè)磷酸基團(tuán)和1個(gè)有機(jī)分子。當(dāng)磷酸分子被切斷后，能量就會(huì)釋放出來(lái)供細(xì)胞使用。細(xì)胞有獨(dú)特的分子機(jī)制，可以將磷酸離子組成基團(tuán)，然后再分開。費(fèi)舍爾提出一個(gè)方案，將2個(gè)磷酸離子放入被稱為“糾纏態(tài)”的特殊疊加態(tài)中。

磷原子核擁有被稱為“自旋（spin）”的量子特性，這讓它們看起來(lái)就像能夠指定特定方向的小磁鐵。在“糾纏態(tài)”，一個(gè)磷原子核的自旋取決于其他磷原子核。換句話說(shuō)，“糾纏態(tài)”實(shí)際上就是包含多個(gè)量子粒子的疊加態(tài)。費(fèi)舍爾表示，這些原子核自旋的量子力學(xué)行為可能在時(shí)間尺度上抵制人類脫散現(xiàn)象。他同意泰格馬克的量子震動(dòng)觀點(diǎn)，就像彭羅斯與哈莫洛夫等人提出的假設(shè)，它受到周圍環(huán)境的強(qiáng)烈影響，幾乎立即就會(huì)脫散。但是核自旋與周圍環(huán)境的交互作用并不強(qiáng)。

圖：量子粒子的自旋也不盡相同

同樣，在磷原子核自旋中，量子行為必須預(yù)防脫散現(xiàn)象。費(fèi)舍爾說(shuō)，這種情況很有可能發(fā)生，特別是磷原子被納入更大的物體中，比如波斯納分子。它由6個(gè)磷酸離子組成簇，并與9個(gè)鈣離子相結(jié)合。有些證據(jù)顯示，它們可以存在于活細(xì)胞中，盡管目前尚未定論。

費(fèi)舍爾認(rèn)為，在波斯納分子中，磷的旋轉(zhuǎn)可以抵抗脫散1天左右，即使在活細(xì)胞內(nèi)。這意味著，它們可以影響大腦的工作。這個(gè)想法源自波斯納分子可能被神經(jīng)元吞噬。通過(guò)分離和釋放鈣離子，波斯納分子可觸發(fā)一個(gè)信號(hào)，并向另一個(gè)神經(jīng)元發(fā)送。由于波斯納分子的糾纏，2個(gè)類似信號(hào)可能也會(huì)糾纏起來(lái)，你可能會(huì)說(shuō)，這是“思想”的量子疊加。費(fèi)舍爾認(rèn)為：“如果大腦中真的存在核自旋的量子過(guò)程，這將是極為常見的現(xiàn)象，幾乎時(shí)刻都在發(fā)生。”

  圖：碳酸鋰膠囊

當(dāng)費(fèi)舍爾開始思考精神疾病時(shí)，產(chǎn)生了上述想法。他說(shuō)：“在三四年前，當(dāng)我開始探索鋰離子在治療精神疾病時(shí)如何發(fā)揮巨大效應(yīng)時(shí)，我開始進(jìn)入大腦的生物化學(xué)領(lǐng)域。” 鋰類藥物被廣泛用于治療躁郁癥，它們發(fā)揮效用，但沒(méi)人知道其真實(shí)原理。費(fèi)舍爾說(shuō)：“我并未尋找量子解釋。”但他偶然發(fā)現(xiàn)一篇文章，宣稱鋰類藥物在老鼠行為會(huì)產(chǎn)生不同影響，主要取決于鋰或其同位素被使用的形式。

從表面上看，這是令人非常費(fèi)解的。從化學(xué)層面上說(shuō)，不同的同位素表現(xiàn)幾乎相同，因此如果鋰類藥物像常規(guī)藥物那樣，其同位素也應(yīng)該擁有類似效果。但是費(fèi)舍爾意識(shí)到，鋰同位素不同的原子核存在不同的自旋行為。這種量子特性可能影響到鋰類藥物的治療效果。舉例來(lái)說(shuō)，如果鋰替代波斯納分子中的鈣，鋰自旋可能感覺(jué)和影響磷原子，進(jìn)而干擾到它們的糾纏態(tài)。

圖：神經(jīng)細(xì)胞與突觸相連

如果這種假設(shè)是正確的，它有望幫助解釋鋰類藥物為何能夠治療躁郁癥。在這個(gè)時(shí)候，費(fèi)舍爾的提議似乎更像個(gè)有趣的提議。但是有多種方法可以測(cè)試其合理性，從波斯納分子中磷自旋的觀點(diǎn)開始，它們是否能夠長(zhǎng)期保持量子相干性。這就是費(fèi)舍爾接下來(lái)要做的。

圖：對(duì)于科學(xué)家們來(lái)說(shuō)，意識(shí)依然是個(gè)難解之謎

盡管如此，他依然謹(jǐn)慎地將有關(guān)“量子意識(shí)”的早期想法聯(lián)系起來(lái)，他認(rèn)為這充其量存在高度偶然性。物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)他們?cè)谧约喊l(fā)現(xiàn)的理論中所處的位置并不舒服。大多數(shù)人希望意識(shí)和大腦可以遠(yuǎn)離量子理論，反之亦然。畢竟，我們甚至還不知道意識(shí)為何物，更不用說(shuō)用理論來(lái)描述它了。

現(xiàn)在，有許多新時(shí)代的“山寨產(chǎn)業(yè)”致力于“量子意識(shí)”概念，宣稱量子力學(xué)為心靈傳輸和心靈感應(yīng)等現(xiàn)象提供了合理解釋。為此，物理學(xué)家們常常羞于在一句話中同時(shí)提及量子與意識(shí)。但是撇開這些，這個(gè)觀點(diǎn)已經(jīng)有很長(zhǎng)歷史。自從“觀察者效應(yīng)”和“思維優(yōu)先”早期融入到量子理論中后，很難再被分離出去。多位研究人員認(rèn)為，我們永遠(yuǎn)無(wú)法做到這一點(diǎn)。

圖：我們還不理解意識(shí)如何工作

2016年，世界上最著名的“量子哲學(xué)家”之一、英國(guó)劍橋大學(xué)的艾德里安·肯特（Adrian Kent）推測(cè)，意識(shí)可能以細(xì)微而可探測(cè)的方式改變量子體系的行為。肯特對(duì)這個(gè)想法十分謹(jǐn)慎，他承認(rèn)：“原則上，還沒(méi)有令人信服的理由讓我們相信，量子理論是試圖構(gòu)想出意識(shí)理論的正確理論，或量子理論的問(wèn)題肯定與意識(shí)問(wèn)題有必然關(guān)系。”

但肯特表示，很難看到基于純粹的前量子物理學(xué)的意識(shí)描述可以解釋其似乎擁有的所有功能。一個(gè)特別令人感到困惑的問(wèn)題是，我們的意識(shí)思維如何體驗(yàn)獨(dú)特的感覺(jué)，比如紅色或熏肉的味道。除了有視力障礙的人，我們都知道何為紅色，但我們沒(méi)有辦法傳達(dá)這種感覺(jué)，也沒(méi)有物理學(xué)能告訴我們它應(yīng)該是什么樣子。

這種感覺(jué)被稱為“感受性”。我們認(rèn)為它們是外部世界的同一屬性，但事實(shí)上它們是我們意識(shí)的產(chǎn)物，很難解釋。的確，哲學(xué)家大衛(wèi)·查爾莫斯（David Chalmers）曾于1995年感嘆，意識(shí)是個(gè)“難題”。

圖：我們的意識(shí)如何工作？

肯特表示：“有關(guān)意識(shí)與物理關(guān)系的每個(gè)思考都會(huì)陷入深深的麻煩之中。”這促使他認(rèn)為：“如果我們認(rèn)為意識(shí)可以改變量子概率，我們就可以在理解意識(shí)進(jìn)化問(wèn)題方面取得進(jìn)展。”換言之，思維可對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生真實(shí)影響。

然而，這個(gè)觀點(diǎn)沒(méi)有精確描述“何為真實(shí)”。但它可能影響我們目前對(duì)量子力學(xué)每個(gè)可能現(xiàn)狀的觀察，從某種程度上說(shuō)，量子理論本身也是不可預(yù)測(cè)的。肯特表示，我們可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)尋找這種影響，他甚至大膽預(yù)測(cè)找到這種效應(yīng)的幾率。他說(shuō)：“我認(rèn)為意識(shí)導(dǎo)致量子理論發(fā)生偏轉(zhuǎn)的概率為15%，在未來(lái)50年內(nèi)通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)這種現(xiàn)象的幾率在3%左右。”

如果肯特的預(yù)測(cè)成真，這將改變我們有關(guān)物理和思維的看法，它似乎是個(gè)值得探索的機(jī)遇。