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日志

真实性质和量子意识

已有 3236 次阅读2011-2-27 18:24 |

       什么是真实?罗杰·彭罗斯(Roger Penrose)在他的《真实之路》一书的结论章中质疑:“我认为至今尚未找到一条真正的“真实之路”……一些人可能认为,这条路本身可能就是个海市蜃楼,具有真正客观性质的、不依赖于人们怎样去观察它的‘物理真实’,这一概念本身就是一场白日梦。”

       根据量子力学基本方程,由于存在观测者对观测目标的扰动,主体和客体世界必须被看成是一个不可分割的整体。没有一个独立存在于客观世界的事物,任何事物都只有结合特定的观测手段,才谈得上具体意义。当人们把目光转向认知的主体时,却发现量子力学这一解释客观世界的理论与主观意识运行如此贴近。量子意识理论认为,经典力学无法完全解释意识,意识是一种量子力学现象,如量子纠缠和叠加作用。大脑中存在海量的处于量子纠缠态的电子,意识正是从这些电子的波函数的周期性坍塌中产生。这一假说在解释大脑功能方面占有重要地位,形成了解释意识现象的基础。

       和谐客观还原模型(Orch-OR模型

       这是罗杰·彭罗斯和斯图亚特·哈梅罗夫共同构建的量子意识模型。他们分别创立了各自的理论,彭罗斯从数学和歌德尔定理出发,而哈梅罗夫从他的癌症研究和麻醉学出发,后来他们合作构建了Orch-OR模型。

       歌德尔定理是这一理论的核心。1931年,歌德尔证明了,如果一个形式理论足以容纳自然数的5条公理并且无矛盾,它必定是不完备的,进一步,任何一个相容的数学形式化理论中,只要它强到足以在其中定义自然数的概念,就可以在其中构造在体系中既不能证明也不能证伪的命题。彭罗斯从歌德尔定理发展了自己的理论,认为人脑有超出公理和正式系统的能力。

       在他第一部有关意识的书《皇帝新脑》中提出,大脑有某种不依赖于计算法则的额外功能,这是一种非计算过程,不受计算法则驱动;而算法却是大部分物理学的基本属性,计算机必须受算法的驱动。对于非计算过程,量子波在某个位置的坍塌,决定了位置的随机选择。波函数塌缩的随机性,不受算法的限制。

       人脑与电脑的根本差别,可能是量子力学不确定性和复杂非线形系统的混沌作用共同造成的。人脑是包含了非确定性的自然形成的神经网络系统,具有电脑不具备的“直觉”,正是这种系统的“模糊”处理能力和效率极高的表现。而传统的图灵机则是确定性的串行处理系统,虽然也可以模拟这样的“模糊”处理,但是效率太低下了。而正在研究中的量子计算机和计算机神经网络系统才真正有希望解决这样的问题,达到人脑的能力。

       目前彭罗斯又提出了一种波函数塌缩理论,适用于不与环境相互作用的量子系统,却可能自行塌缩。他认为,每个量子叠加有自身的时空曲率,当它们距离超过普朗克长度(10-35次方米)时就会塌缩,称为客观还原(objective reduction)。还原所代表的既不是随机,也不是大部分物理所依赖的算法过程,而是非计算的,受时空几何基本层面的影响,在此之上产生了计算和意识。

       哈梅罗夫读了彭罗斯的书,提出了微管结构作为对大脑量子过程的支持。支持神经元的细胞骨架蛋白主要由一种微管构成,而微管由微管蛋白二聚体亚单元组成,每个微管蛋白二聚体都有一些憎水囊,彼此间距约8纳米,里面含有离域pi电子。微管蛋白还有更小的非极性域,含有pi电子富集吲哚环,相隔约2纳米。哈梅罗夫认为这些电子之间距离很近,足以形成量子纠缠。进一步,这些电子能形成一种玻瑟爱因斯坦凝聚态,而且一个神经元中的凝聚态能通过神经元之间的间隙接点(gap junctions)扩展到其它多个神经元,由此在扩展脑区形成宏观尺度的量子特征。当这种扩展的凝聚波函数坍塌时,就形成了一种非计算性的影响,而这种影响与深植于时空几何中的数学理解和最终意识体验有关。

       另一位神经科学家丹柯·乔治伍接受彭罗斯的大部分观点,却不同意哈梅罗夫的解释。他认为在微管表面的量子相干过程,是通过突触前骨架蛋白扩展到突触,这里既能影响突触放电,也能从突触间隙传到其它神经元。

      “隐含-解释”模型

        这是大卫·玻姆提出的量子意识模型,他是爱因斯坦的助手。上世纪50年代,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。给粒子确定了位置和动量,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。

        参考文献:http://philoctetes.org/Calendar/The_Nature_of_Reality/

                          http://en.wikipedia.org/wiki/Quantum_mind

 

 


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