真实？ ——世界著名物理学家论辩量子意识
什么是真实的？在他的书《通往真理之路》的最后一章，罗杰·彭罗斯提出了这样一个问题:“我认为到目前为止还没有找到真正的‘通往真理之路’。尽管人类在2500年，尤其是近几个世纪取得了非凡的成就。然而，一些基本的新见解是必要的...有些人认为道路本身可能是海市蜃楼，这是真正客观的，并不取决于人们如何观察它的“物理现实”。这个概念本身就是一个白日梦。”
◇来自:量子科学
2010年，美国科学家设计了一种可见的量子机器，使一个微小的半导体“量子鼓”处于振动和非振动的叠加状态，进一步缩小了量子力学和我们现实感之间的距离。该研究成果被评为2010年《科学》杂志十大科学突破。
根据量子力学的基本方程，电子等微观粒子并不同时具有精确的动量和精确的位置。这个不确定性原理限制了人们对微观事物的理解。由于观察者对观察对象的干扰，主体和客体世界必须被视为一个不可分割的整体。客观世界中没有独立存在的事物，只有与特定的观察方法相结合，任何事物才能具有特定的意义。
有什么是真正独立于观察者的吗？
乔普拉:你认为有什么真实的东西是独立于观察者的吗？
阿尔福德:是的。我不同意那种认为桌上的水壶取决于你或我的观察的顽固观点。
乔普拉:我认为水壶的形状、颜色和质地取决于神经系统。不同的神经系统对这些信息有不同的感知。蜜蜂不会经历(同一个)水壶，蝙蝠会经历超声波的回声，蜥蜴的眼睛可以在两个不同的轴上旋转。我很难想象这只水壶对蜥蜴来说是什么样子。因此，水壶本身作为水壶存在吗？
阿尔福德:是的。
乔普拉:物质是幻觉，只有意识是现实。
这是今年1月29日在曼哈顿菲洛斯特多学科研究中心举行的一场名为“真实自然”的辩论的一部分。彭罗斯的质疑为这场辩论提供了一个主题——物理和数学能完全描述事实吗？科学家、艺术家和学者坐在一起讨论主观感知的世界，目的是在科学和人文两个完全不同的世界之间架起一座桥梁。
讨论由内分泌学家、乔普拉基金会创始人迪帕克·乔普拉主持。与会者包括马克·阿尔福德，他是圣路易斯华盛顿大学艺术与科学学院的物理学教授，也是研究夸克的理论物理学家；斯图尔特·哈默洛夫，亚利桑那大学医学院麻醉学和心理学教授，意识研究中心主任；英国皇家学会的物理学家罗杰·彭罗斯和其他人。
意识是如何产生的？
哈米罗夫支持这样一种观点，即知觉和意识来自大脑中量子纠缠电子的玻色-爱因斯坦凝聚波函数的崩溃。例如，这种崩溃每秒钟发生40次，而一些受过专门训练的人每秒钟达到80次。感知的速度更快，感知的世界会变慢。
阿尔福德在2006年发表在《物理学基础》上的一篇论文中说，物理学“只涵盖了我们经验世界的有限方面”。然而，他质疑“量子意识”的观点，称量子纠缠“通常非常脆弱”，而且“难以组织”。物理学家认为，即使是少量的粒子也不可能长时间纠缠在一起。他说，对于量子微妙，“这些非常脆弱的过程是人类大脑功能的关键特征”，但这“不适用于环境”。他支持严格限制物理学和形而上学之间的联系。他说:“意识更有可能从其他地方升起。根据更传统的科学说法，你不需要到这里。根据最奇怪的现代物理学，你不需要去任何地方。”
作为神秘主义者之一，乔普拉表达了“熟悉科学极限”的希望。是阿尔福德强调了这些限制。乔普拉想进一步推动阿尔福德的实用主义。他认为科学只能以一种温和的方式被理解，但它不一定是通往“终极现实”的大门的钥匙。
阿尔福德指出，量子力学早在20世纪就诞生了，可能有一天会被抛弃，就像19世纪末提出的以太概念一样。“如果你过于依赖当前的科学范式，它可能会在100年后被取代。你可以用“量子力学”来启发你的思维，并以多种方式使用它。但我不认为你真的想把它作为一个基本原则。”
菲罗克忒忒斯的伤害
这场辩论在菲罗克忒特斯的多学科想象研究中心举行，聚集了科学家、艺术家和学者，以圆桌会议的形式进行科学讨论。它致力于在科学和人文两个完全不同的世界之间搭建沟通的桥梁，并通过整体和跨学科的方法理解创新和想象的过程。
菲罗克忒忒斯在特洛伊战争中扮演了一个角色。他的脚被蛇咬了。伤口感染了他，散发出难闻的气味。他的同伴们把他困在了利姆诺斯岛上，以躲避难闻的气味。幸运的是，他仍然保留着赫拉克勒斯父亲留下的弓箭。当时，希腊人从预言中得知，如果没有赫拉克勒斯的弓箭，他们不可能赢得特洛伊战争，因此他们*返回利姆诺斯岛，并要求菲洛斯特斯重返战场。
以“受伤的人和弓箭”形象出现的菲罗克忒忒斯，在科学探索中没有体现出原始神话的寓意。文学评论家埃德蒙·威尔逊把创伤比作精神创伤，把弓箭比作当他审视艺术如何从痛苦中崛起时，从洞察真相中获得的恢复力量。
真相是什么？在数学框架中，真理可能永远不会得到完整的最终描述。科学探险者就像受伤的菲洛斯特人。在自然界中，是否存在不依赖于主观观察的客观现实？在当前的物理和数学范式中对心理过程和意识的探索能充分解释事实吗？尚未被发现的未来物理学或数学有这种能力吗？
当人们把目光转向认知的主体时，他们发现量子力学，解释客观世界的理论，与主观意识的运作如此接近。量子意识理论认为经典力学不能完全解释意识。意识是量子力学的一种现象，比如量子纠缠和叠加。大脑中有大量的纠缠电子，意识是由这些电子的波函数的周期性崩溃产生的。这一假说在解释大脑功能方面起着重要作用，并构成解释意识现象的基础。
目前有几种不同的量子意识理论。代表人物包括大卫·博姆、古斯塔夫·波洛德、大卫·查尔莫斯、罗杰·彭罗斯和斯图尔特·哈默洛夫。
01
David Bohm
20世纪50年代，大卫·博姆出版了他的第一本书《量子理论》，这本书成为了这一领域的经典教科书。他成功地构建了一个隐藏的功能系统。粒子有明确的位置和动量，并被“量子势”包围直到宇宙的尽头，以维持爱因斯坦的“上帝不掷骰子”。观测仪器将与量子势相互作用，使粒子改变其行为模式。
博姆认为，量子理论和相对论之间的矛盾意味着自然宇宙中更基本的层面。量子理论和相对论都指向这个更深层次的理论。这个更基本的层次代表了一个不可分割的整体和一个隐含的秩序，在这个秩序上我们对这个经验宇宙的解释已经形成。
波姆的隐含秩序不仅适用于物质，也适用于意识。它可以解释物质和意识之间的关系。隐含的秩序代表更基本的真理，精神和物质被视为我们解释秩序中更基本真理的投影。
博姆通过听音乐来讨论意识的本质。他认为人们的音乐体验是由他们对运动和变化的感觉形成的。过去和现在的感觉同时出现在大脑中。过去变成了对现在的解释，这是一种转变，而不是记忆。博姆认为这是意识从隐藏的秩序中出现。
博姆认为运动、变化、流动性和相关的类似体验，如听音乐，是一种隐含秩序的体现。他说支持这一观点的证据来自简·皮亚杰对婴儿的研究。这些研究表明，儿童必须学习时间和空间，因为这是解释秩序的一部分，而且他也有理解运动的“硬件”，这是隐含秩序的一部分。他认为语法构成了大脑中的“硬件”。但是博姆从未提出任何特定的大脑机制，将他的内隐秩序与意识联系起来。
02
古斯塔夫·伯努利耶
弗洛伊德认为博姆的“蕴涵解释”理论框架说明了神经过程和意识之间的关系。2005年，弗洛伊德发表了一篇论文，详细阐述了这一过程的物理基础。这篇文章的要点是，量子相干性是由与神经过程相关的足够长的离子通道支持的。他认为这个通道可能与周围的液体、蛋白质和同一细胞膜上的其他通道纠缠在一起。离子通道控制着整个神经轴突膜的电位差，在大脑的信息处理中起着核心作用。
他研究了封闭状态下的钾离子通道，并绘制了原子光谱。离子通道有一个过滤区域，允许钾离子进入，同时阻挡其他离子。研究表明，过滤区是由五组四个氧原子组成的结构，是周围氨基酸分子中羧基的一部分，就像附着的口袋，称为结合口袋。两个钾离子被截留在关闭离子通道的选择性过滤器中。每个离子与另外两组氧原子或小泡形成静电连接。
弗洛伊德的研究揭示了一种可能在离子通道中产生量子相干的新的生理结构。以此为出发点，他和他的合作者进一步提出，钾离子在离子通道中的行为与逻辑状态有关，钾离子和附件中的氧原子是两个量子纠缠子系统，相当于一个量子计算映射。从通道释放的离子编码氧原子的状态。不同的离子通道也相互纠缠。
03
大卫·查尔莫斯
澳大利亚国立大学大脑意识研究中心主任哲学家大卫·查尔莫斯提出了多种量子力学方法来解释意识。他认为坍缩的动力机制为交互作用理论家提供了一个解释的开放空间。
查尔莫斯说:“问题是我们如何解释它。我们想知道的不仅仅是联系，我们想解释——大脑是如何产生意识的，为什么会产生意识？这是个谜。”
“最可能的解释是，在意识状态不能叠加的情况下，意识状态与系统的整体量子状态有关。作为意识的物理系统，大脑处于不重叠的量子状态，其物理状态和心理现象是相互联系的。根据薛定谔方程，当观察叠加的外部系统时，会导致外部观察系统与大脑之间的相互作用，导致大脑状态的叠加和意识状态通过心理物理相关的叠加。但是，意识的叠加不能发生，所以意识必须选择某种状态，这导致某种大脑状态和某种状态被选作观察对象。”
04
罗杰·彭罗斯和斯图亚特·米罗夫
理论物理学家罗杰·彭罗斯和麻醉师斯图亚特·米罗夫共同建立了有争议的“和谐客观还原模型(Orch-OR模型)”。彭罗斯和哈尔·米罗夫分别创立了各自的理论。彭罗斯从数学和哥德尔定理开始，哈尔·米罗夫从癌症研究和麻醉学开始。后来，他们共同建立了逆戟鲸模型。
哥德尔定理是这个理论的核心。1931年，哥德尔证明，如果一个形式理论能够容纳自然数的五个公理，并且不存在矛盾，那么它一定是不完整的。此外，任何兼容的数学形式理论，只要其足够强大，足以定义自然数的概念，就可以在其中构建在系统中无法验证或证伪的命题。
彭罗斯从哥德尔定理发展了他的理论，并相信人脑有能力超越公理和形式系统。在他关于意识的第一本书《皇帝的新大脑》中，他指出大脑有一些不依赖于计算规则的额外功能。这是非计算过程，不受计算规则的驱动。但是算法是大多数物理学的基本属性，计算机必须由算法驱动。对于非计算过程，量子波在某一位置的崩溃决定了位置的随机选择。波函数坍缩的随机性不受算法的限制。
人脑和计算机的根本区别可能是由量子力学的不确定性和复杂非线性系统的混沌引起的。人脑包含一个不确定的自然形成的神经网络系统，它具有计算机所没有的“直觉”。正是这个系统的“模糊”处理能力和极高的效率。传统的图灵机是一个确定性的串行处理系统。虽然它可以模拟这种“模糊”处理，但它的效率太低。然而，正在研究的量子计算机和计算机神经网络系统有真正的希望解决这些问题，实现人脑的能力。
目前，彭罗斯提出了一个波函数坍缩理论，它适用于不与环境相互作用但可能自行坍缩的量子系统。他认为每个量子都有自己叠加的时空曲率，当它的距离超过普朗克长度(10-35米)时，时空曲率就会崩溃，这被称为客观缩减。
彭罗斯认为，客观归约既不是随机的，也不是大多数物理学所依赖的算法过程，而是非计算性的，并且受到时空几何的基本水平的影响，计算和意识就是在这种基础上产生的。
1989年，当彭罗斯写他的第一本关于意识的书《皇帝的新大脑》时，他仍然没有详细描述量子过程如何在大脑中工作。后来，哈哈·米罗夫读了彭罗斯的书，提出了微管结构作为大脑量子过程的支持。他们在上世纪90年代初共同建立了Orch-OR理论。
支持神经元的细胞骨架蛋白主要由一种微管组成，微管由微管蛋白二聚体亚单位组成。它的功能包括运输分子、连接神经突触的神经递质、控制细胞生长等。每个微管蛋白二聚体都有一些疏水囊泡，彼此相距约8纳米，并含有离域π电子。微管蛋白也有一个较小的非极性结构域，含有π电子富集的吲哚环，间隔约2纳米。哈米罗夫认为这些电子之间的距离足够近，可以形成量子纠缠。
哈默洛夫进一步提出，这些电子可以形成玻色-爱因斯坦凝聚体，一个神经元中的凝聚体可以通过神经元之间的缝隙连接延伸到其他神经元，从而在延伸的大脑区域形成宏观量子特征。当这个扩展的凝聚波函数崩溃时，一个非计算性的影响就形成了，这与深深嵌入时空几何的数学理解和终极意识体验有关。
然而，这种浓缩状态的活动导致大脑中的伽马波同步，传统神经科学认为这与意识和缝隙连接的功能有关。
另一位神经科学家丹科·乔治敦接受了彭罗斯的大部分观点，但不同意哈·梅洛夫的解释。他认为微管表面的量子相干过程通过突触前骨架蛋白延伸到突触，不仅可以影响突触放电，还可以从突触间隙传递到其他神经元。
05
亨利·斯塔普
美国物理学家亨利·斯塔普在1993年出版了他的书《精神、物质和量子力学》。他的解释更为客观，结合了自坍缩理论和波函数的确定性演化。不确定性崩溃被认为是本体论中两种真实而又截然不同的现象。大脑中的崩溃事件，即大脑意识的观察或测量，甚至更为重要。他认为崩溃是一个心理过程，是大脑状态的自然进化。他的解释是哲学和二元论的结合。
崩溃从各种可能性中选择某种存在，这实际上是一个选择的过程，而不是随机的骰子。他的解释需要时间。根据块宇宙论，未来取决于当前的决策，不是很久以前就存在了，而是一个有主观参与的进化的宇宙，就像怀亚特的形而上学一样。
斯塔普认为意识控制着大脑神经兴奋的最高水平。量子脑事件发生在整个大脑中，并且选自广泛的大脑兴奋。神经兴奋被视为一种代码，每一次有意识的体验都来自于对这种代码的选择。根据这一理论，大脑是一台以记忆为输入数据的自我编程的计算机，而记忆本身是过去经验的代码。
这个过程导致有意识选择的可能性。有意识的行为是选择一个*代码，然后控制神经兴奋电流。根据stapp的说法，这个过程是大脑活动的最高层次，包括信息收集、计划和执行监控。根据这一理论，意识事件可以掌握整个活动方式，并且由于意识的完整性，它们可以为“统一问题”提供解决方案。
斯塔普的大脑意识是一个内部决策系统，不能代表外部系统。对于自然界的其他部分，外部表现增加了根据定律准确预测未来事件的知识。他的理论证据需要找到能够提供*编码的神经元，以及将记忆转移到额外*编码的过程。
另一个问题是，仅仅通过鼓励股票市场融资来降低企业的融资成本是否可行？只有部分问题可以解决。在美国这样一个直接融资比例很高的国家，降低贷款利率同样重要，尤其是对消费信贷、住房贷款、中小企业贷款等。再看中国，直接融资的比例远低于间接融资。去年，上市公司通过股票市场融资0.8万亿元，仅占社会融资总额的5%，国内生产总值的1.3%，而信贷市场*国社会融资总额的70%。因此，仅靠鼓励股权市场融资很难降低企业的融资成本，实现稳定增长的目标。此外，在6月份股市崩盘后，IPO停止，股市融资冻结，经济指标全面下滑，加快信贷市场的放松就更为紧迫。
量子脑动力学
量子脑动力学起源于20世纪60年代，其代表是物理学家梅泽宏和赫伯特·弗洛里格。近几十年来，这一观点得到了进一步发展。主要支持者包括马里·季布、库尼奥·亚苏、朱塞佩·维蒂耶洛和其他人。根据量子大脑动力学理论，大脑中70%的水分子有两个电极，形成一个量子场，称为皮层场。皮质场中的量子叫做皮质光子。皮质场与生物分子产生的量子相干波相互作用，并在神经元和神经网络中传播。
弗洛林第一个提出量子相干波可以在神经网络中产生。他认为，由于生物系统中生化过程波动的干扰，尚不清楚什么秩序支持它。他认为量子顺序可以通过神经细胞膜上的电位差来观察。他的研究认为，在热浴中有一个电荷振荡，许多量子会凝聚成相同的状态，即玻色-爱因斯坦凝聚。
这种凝聚态在两极之间形成了长距离的连接。此外，生物分子被认为是沿着肌动蛋白纤维(细胞骨架蛋白的一部分)排列的，并且在肌动蛋白上用量子相干波产生双极振荡。目前，有一些实验证据证明具有高电偶极矩的生物分子具有周期性振荡。
维特洛认为生物组织中的化学反应序列链在没有任何量子序列的情况下会崩溃，这就是量子脑动力学理论中的量子场论。他还提供了来自生理结构的证据来支持他的观点，包括研究辐射效应对细胞生长的影响、外部刺激反应、非线性通道、膜蛋白中的相关核运动、生物系统中的光学相干性、相干激发的孤子和能量转换等。
量子脑动力学认为皮层场不仅相互作用，而且延伸到控制整个神经网络。它认为生物分子波沿着细胞膜区域和神经树突细胞中的肌动蛋白纤维传播，并且该波从储存在细胞膜中的三磷酸腺苷(腺苷三磷酸)分子获得能量，控制离子通道，进而控制信号流向神经突触。维特洛认为量子大脑动力学不需要量子振荡持续到去相干。
量子脑动力学认为皮层场不仅相互作用，而且延伸到控制整个神经网络。它认为生物分子波沿着细胞膜区域和神经树突细胞中的肌动蛋白纤维传播，并且该波从储存在细胞膜中的三磷酸腺苷(腺苷三磷酸)分子获得能量，控制离子通道，进而控制信号流向神经突触。维特洛认为量子大脑动力学不需要量子振荡持续到去相干。
量子意识的一些证据
许多实验试图证明神经过程与量子态有关。从2003年到2009年，Eric Canter等人进行了一系列实验来证明人类在感知和认知模糊数的过程中，心理状态存在量子相干效应，并获得了证据，为分析认知主体的时间动力学提供了理论支持。
最近的研究表明，在光合蛋白质中存在一种实用的量子相干性。恩格尔在2007年发表了该领域的权威论文，克里尼等人在2010年证明了蛋白质中的这种相干能量存在于室温下。这些系统的去相干时间与大脑蛋白质的时间一致。
加州大学伯克利分校的物理学家认为，他们已经在生物系统中发现了量子相干性的证据:绿色植物已经在光合作用中展示了量子计算能力，以便捕捉太阳能。
2010年，牛津大学在《物理评论快报》上发表了一篇论文，称欧洲知更鸟能够敏锐地感知主磁场的微小变化，这证明“生物系统中的叠加和纠缠持续100微秒，超过了最佳人工分子系统的持续时间”。作者为此构建了一个简单的模型。