《科学家用量子物理学解释意识的存在》

量子力学的哲学基础

    量子力学是在整理与说明新的实验现象的过程中不断发展与完善的。这种在经验研究的血统与困境中成长起来的理论, 不仅提供了关于基元过程的唯一的逻辑一贯的形式体系和语言系统, 带来了日新月异的技术变革, 而且极大地改变了我们关于科学世界的图像, 颠覆了近代科学研究的哲学基础, 成为当代科学哲学家阐述各种哲学立场的立论之源。范.弗拉森的“经验建构论”[ 1]、法因的“自然本体论态度” [ 2]、哈金的“实体实在论”[ 3]、当前比较流行的“结构实在论”[ 4] 等观点都是以量子论为基础进行论证的。问题在于, 这些科学哲学家基于同样的量子力学的形式体系与理论假设, 却提炼出不同的哲学观点。这说明, 在科学哲学界, 关于量子力学的哲学基础远没有形成统一的认识, 非常有必要进行深入研究与澄清。

一、量子力学的基本假设

    揭示量子力学的哲学基础, 不是根据量子力学的新特征为某种哲学观作出辩护, 而是探索量子力学的基本假设所蕴含的哲学前提。因此, 在阐述问题之前, 首先明确物理学家目前公认的量子力学的基本假设是非常必要的。

    量子力学的形式体系最初是依据两条截然不同的研究思路和运用两种不同的数学手段及概念体系建立起来的。一条是由海森堡、玻恩和约尔丹基于普朗克的量子假设, 沿着量子化方向, 立足于不连续性, 运用当时高深的矩阵代数方法, 从旧量子论中脱胎而来的矩阵力学; 另一条是由薛定谔基于德布罗意的物质波假设, 沿着波动方向, 立足于连续性, 运用物理学家中惯用的微分分析方法, 经过对力学与几何光学之间的形式比较后, 引入假想的波函数概念所创立的波动力学。1926 年, 在激烈的争论中处于弱势地位的薛定谔惊喜地发现, 量子力学的这两种不同表述形式, “尽管他们的基本假定、数学工具和总的意旨都明显地不同, 在数学上却是等价的。”[ 5] 1932年, 冯.诺意曼在著名的《量子力学的数学原理》一书中, 率先运用希尔伯特空间的数学结构或数学模型, 把量子力学表述成希尔伯特空间中的一种算符运算, 证明了矩阵力学和波动力学分别只是这种运算的特殊表象, 从而彻底澄清了两种力学形式之间的等价性。这在物理学史上是前所未有的大创新。然而, 自1925 年量子力学诞生以来, 关于量子力学的基本概念的理解和理论的一致性、完备性的争论, 就成为掺杂着不同哲学立场的论题凸现出来并延续至今, 而且人们直到现在仍然热衷于引用量子力学创始人的作品来论证自己的立场。这在物理学史上是前所未有的现象。但尽管如此, 相对于从事具体研究工作的物理学家来说, 我们还是能够把目前物理学家都一致公认的非相对论性量子力学中的基本假设总结为四个方面[ 6] 19- 20 ( 1)描写物理系统的态函数(即波函数)的总体构成一个希尔伯特空间, 系统的每一个动力学变量都用这个空间中的一个自伴算符描写; ( 2)当系统处在波函数φ描写的状态时, 对用算符F代表的动力学变量进行许多次测量, 所得到的平均值 F , 等于φ同Fφ的内积(φ, Fφ) 除以..同自身的内积( φ,φ) , 即, F = ( φ, Fφ) (φ, φ) ; ( 3)波函数..随时间的演化, 遵从薛定谔方程; ( 4)当交换两个同种粒子的变量时, 不改变系统的状态。

    在这四个假设中, 假设( 1)规定了量子力学的态空间为希尔伯特空间, 在这个空间里, 描写量子态的数学量是希尔伯特空间中的矢量, 相差一个复数因子的两个矢量描写同一个态; 描写微观系统物理量的是希尔伯特空间中的自伴算符。在这里, 希尔伯特空间、算符、波函数、动力学变量作为原始概念来使用; 假设( 3)给出的薛定谔方程反映了描述微观粒子的状态随时间变化的规律, 它在量子力学中的地位相当于牛顿定律在经典力学中的地位, 是量子力学的出发点与前提; 假设( 2)也叫做“平均值公设”, 它是“在量子力学的原理中唯一的怎样同经验事实相对应的原始规定。通过具体的推导和论证能够证明, 从平均值公设可以推导出可能的测量值谱以及在这种谱上实现的测量结果的概率分布。换句话说, 平均值公设里已经包含了玻恩的态函数的概念诠释“; 假设( 4)是多体系统中同种粒子的“全同性原理”。

    量子力学的整个理论体系是在这四个基本假设的基础上建立起来的, 或者说, 这四个假设是量子力学最起码的基本假设, 也是我们揭示量子力学的哲学基础的出发点和基本依据。首先, 希尔伯特空间是一个抽象的数学空间, 在日常生活中没有相对应的形式, 只能从概念上加以理解与把握。其次, 在算符作用下, 由薛定谔方程所提供的波函数的演化, 不再是对物理量的直接描写, 也不是物理量之间的关系随时间的变化。在这个方程中, 波函数本身没有明确的物理意义, 有物理意义的是波函数的模方(即, 绝对值的平方) , 或者说, 薛定谔方程只能解出波函数随时间的演化, 其模方代表了微观粒子位于某个量子态的可能性有多大, 除此之外, 没有提供测量前的任何信息。用玻恩的话来说,“薛定谔的量子力学对于碰撞效应的问题给出了十分确定的答案, 但是这里没有任何因果描述的问题。对于'碰撞后的态是什么’这个问题, 我们没有得到答案, 我们只能问'碰撞到一个特定结果的可能性如何’” [ 7] 251。! 玻恩对于量子力学波函数的统计解释, 是由散射实验中被散射粒子的角分布的统计计数来证实的. [ 7] 243。第三, 在微观世界中, 所有的同种粒子都是相同的, 没有衰老, 无法标记, 甚至无法辨认。

    显然, 不论从纯技术观点来看, 还是从其内容的哲学意义来看, 这些假设都对物理学家过去普遍接受的对科学的基本看法和哲学观念提出了极大的挑战, 也给坚守某种哲学观的人留下了想象的空间。但当我们回过头来重新清理与量子力学相关的哲学争论时, 最基本和最重要的是, 区分哪些是物理学问题, 哪些是哲学问题, 甚至哪些是心理信念问题, 哪些是作为出发点的东西, 哪些是作为结论的东西。只有明确了这些问题, 才能在面对高深莫测的量子力学哲学争论时辩明是非, 不至于人云亦云。而要做到这一点, 又需要我们先澄清量子力学为什么会带来哲学困惑, 带来了哪些主要困惑。

二、量子力学的哲学困惑

    在科学史上, 还没有任何一个理论比量子力学带来的哲学困惑更基本, 也没有任何一个理论能像量子力学那样, 从其诞生之日起一直到有了惊人成功应用前景的今天, 还伴随着激烈的哲学争论。争论的动因, 既有物理学和哲学的, 也有心理学和逻辑的。

    相对于人类而言, 朴素实在论是与人的日常生活相符合的很自然的态度, 就像动物的本能一样, 蜜蜂凭借花的颜色或香味来认识花, 并不需要哲学。小孩在学习说话时, 是根据词语与对象之间的直接相关性, 来理解词语的意义, 也不需要哲学, 所有的语言和词语都是针对世界的。用今天的话来说, 是对象语言, 而不是元语言。只要人们把自己的观念锁定在这样的日常经验中, 客观性就是一个默认的哲学前提。但是, 在科学中的情况就不同了。在科学中, 科学家通常是与超出日常生活范围之外的现象打交道, 并用抽象的概念系统来说明所面临的现象。这时, 问题就会变得复杂起来。人们需要借助于特定的理论, 才能达到对所观察到的现象的说明。如果没有理论, 那么, 就不能理解现象。不论是在小的原子领域内, 还是在大的恒星领域内, 情况都是如此。在这里, 是理论拯救了现象, 而不是从现象中归纳出理论。这样, 客观性问题就变得复杂起来, 现象背后是否存在一个不依赖于观察者的客观世界, 就成为一个无法逃避的问题。

    在量子力学诞生之前, 所有的自然科学家都有两个共同的基本信念 一是相信自然现象的发生都是有原因的, 有规律可循的, 或者更具体地说, 相同的实验条件, 必定能得到相同的实验结果, 这就是所谓的决定论的因果性观念; 二是相信科学理论都是对现象背后的客观世界的规律的揭示, 科学的目标正在于掌握规律, 并作出预言。然而, 量子力学一开始就从根本意义上对这种两种信念提出了挑战。正如玻恩在1926年为了证明量子力学的完备性, 赋予波函数以概率解释的那篇具有划时代意义的论文中所指出的那样, “从我们的量子力学的观点来看, 在任何一个个别的情形里, 都没有一个量能够用来因果地确定碰撞的结果; 不过迄今为止, 我们在实验上也没有理由相信, 原子会具有某种内部特性, 能够要求碰撞有一个确定的结果。或许我们可以期望, 将来会发展这种特性(比如相位或原子的内部运动), 并且在个别的情形中把它们确定下来。或许我们应该相信, 在不可能给出因果发展的条件这一点上, 理论与实验的一致正是不存在这种条件的一个必然结果。我自己倾向于在原子世界里放弃决定论。但是这是一个哲学问题, 只靠物理学的论证是不能决定的。”

    其实, 放弃决定论的因果性和科学实在论, 既不是一个单纯的物理学问题, 不能只靠物理学的论证来决定, 也不是一个单纯的哲学问题, 不能通过哲学争论来决定, 而是一个关乎人类行为的心理信仰问题。爱因斯坦以“我不相信上帝是掷骰子的”名言, 最直接地表达了他的信仰所在。在当代物理学家中, 诺贝尔奖获得者温伯格也持有同样的观点。他认为, 驱使我们从事科学工作的动力正在于, 我们感觉到, 存在着有待发现的真理, 真理一旦被发现, 将会永久地成为人类知识的一个组成部分, 在这方面, 我们只能把物理学的规律理解为是对实在的一种描述。如果我们理论的核心部分在范围和精确性方面不断增加, 但却没有不断地接近真理, 这种观点是没有意义的[ 8]。这说明, 在物理学家的心目中, 放弃决定论的因果性观点是离经叛道的。因此, 是否接受和如何理解波函数的概率解释, 把物理学家分成为了不同的阵营。

    如果物理学家完全接受波函数的概率解释, 那么, 就会意味着降低了科学的预言能力, 意味着科学家不能再对世界作出肯定的断言, 不能再是时代的先知者, “而是像算命先生一样, 只能说一些模棱两可的话, 从而使科学变成追求不确定性的一项事业。科学家会因此而感到失落, 无疑是很不情愿的”[ 7] 245- 246。另一方面, 如果我们认为, 量子力学真实地描述了现象背后的世界, 那么, 那个世界是神秘和深奥的确实让人难以想象。如果我们认为, 量子力学没有描述现象背后的世界, 那么, 就极大地颠覆了科学家长期以来信奉的科学研究传统。这正是许多人努力寻找量子力学的因果决性解释的重要动因之一, 也是量子力学带来的最基本的哲学困惑之一。也许是由于这些困惑, 玻恩早在1926年就赋予波函数的概率解释, 但却在1954年才因此而荣获诺贝尔奖。

    另一个哲学困惑是由量子测量问题导致的。我们知道, 任何测量的最终目标都是把被测系统的信息变成人的感官能够直接感知到的宏观信息, 比如, 能被观察到的图像、仪表指针的读数或能被听到的计数器的响声, 等等。在经典物理学中, 物理学家把所有的物理量都看成是客观物理现象本身的固有特征, 把所有的物理学定律都看成是这些客观物理量之间的客观规律, 而且, 在经典的测量过程中, 主观与客观是泾渭分明的, 主体与客体之间有着明确的分界线。量子力学则完全不同。薛定谔方程不是客观物理量之间的客观规律, 而是关于我们可能得到的测量结果的概率的规律。测量结果的概率不是一个物理量, 而是一个数学量, 是主体与客体通过测量相互作用的一种综合结果。因此, 量子力学是关于研究主体与被研究客体之间的相互关系与作用的规律。在量子测量中, 主体与客体的分界线变得模糊不清了。量子力学不再是完全客观的, 还包括有主观因素。物理学家泡利甚至在他的名著《量子力学的一般原理》一书的序言中指出, “量子力学的建立, 是以放弃对于物理现象的客观处理, 亦即放弃我们唯一地区分观测者与被观测者的能力作为代价的”。

    冯.. 诺意曼最早借用“投影假设”来解释量子测量现象。但问题是, 在量子测量系统中, 粒子从叠加态到本征态的转变是在整个测量链条的哪里实现的 哪一个本征态会首先得以实现 为什么要对量子测量过程进行如此特殊的处理 为什么系统之间的相互作用可以用薛定谔方程来描述, 而从微观态到宏观态的转变, 却不遵守薛定谔方程 量子力学的形式体系本身对此没有作出任何回答。1935年, 薛定谔用“薛定谔猫”的理想实验, 进一步生动地揭示了用“投影假设”来解释量子测量过程所存在的困惑[ 9]。他把量子测量过程中, 主体与客体的分界线划分在客体与观察者的意识之间, 因为只有观察者的意识不能被包括在客体系统之内, 完全属于主体的范畴。根据这种理解, 是主体的“意识”使系统的态发生了转变。这显然是不能令人接受的。

    总而言之, 量子力学带来的哲学困惑是方方面面的。围绕这些困惑展开的哲学争论也形式多样。这些争论把物理学的基础问题、哲学问题甚至心理问题深深地交织在一起, 衍生出各种别开生面的哲学立场。为了有助于对这些哲学立场作出判别, 我们需要进一步明确量子力学的哲学前提是什么。

三、量子力学的哲学前提

    量子力学的哲学前提是量子力学的基本假设中所规定对量子力学的原始概念和方程的物理解释。正是这种物理解释提供了物理学理论的数学描述与经验事实之间的联系规则。因此, 量子力学的哲学前提是理论的一部分, 或者说, 是内在于理论的, 而对量子力学理论体系的解释则不属于理论本身, 或者说, 是外在于理论的, 通常被划入科学哲学或物理学哲学的范围。量子力学的哲学前提是量子力学的基本假设中所蕴含的哲学基础, 主要涉及两个方面, 一是本体论基础, 二是认识论基础。

    在本体论意义上, 根据量子力学的基本假设, 像光子和电子之类的微观粒子或理论实体是真实存在的吗 这是能否捍卫科学实在论立场的关键问题。在量子力学之前, 物理学家在本体论上坚持的是二元论的观点。他们认为, 粒子和场都是真实存在的, 只不过存在的形式截然不同, 粒子是一种定域性存在, 场是一种非定域性存在。粒子的运动变化由动力学变量来描述, 场的运动变化由波动方程来描述, 波动方程中的波函数是一个物理量, 具有明确的物理意义。但量子力学假定, 微观粒子是作为希尔伯特空间中的算符存在的。根据算符语言, 微观粒子本身有无数种方式来表现自己, 人类只能通过粒子在四维时空(即3 维空间加1维时间)中的投影来观察它[ 10] 1。这就决定了, 不同的测量设置, 致使粒子呈现出不同的属性, 比如, 粒子性或波动性。因此, 对于微观粒子而言, 粒子性与波动性只是它在特定条件下的行为表现, 不能成为理解量子力学的出发点。这也许是量子力学的哥本哈根解释不断招致批评的重要原因之一。从这种观点来看, 如果现在仍然从波粒二象性出发来教授量子力学, 则是不可取的。

    相对于人类而言, 微观粒子只是一种“抽象”实在, 只有当我们观察它时, 它才在那里, 当不观察它时, 它是希尔伯特特空间中的一个算符[ 10]。所以, 我们不能根据观察到的状态, 来推断粒子在观察之前的状态, 延迟选择实验、斯忒恩 盖拉赫实验已经证明了这一点。这就像当我们把一个四面体投影到一个平面上, 看到一个四边形时, 我们不能由此断定, 这个四面体原本就是一个四边形。这种推断充其量只是日常经验的一种想象与狂妄, 没有科学依据。强调微观粒子存在的抽象性, 并不是否认它的本体性, 而是表明, 微观粒子的真实存在状态是有限的人永远无法直接观察到的。这时, 数学符号和物理手段就成为能够深入到现象背后的自在实在里, 帮助我们思考这种自在实在的一种必不可少的方法。这里的“自在实在”有点类似于康德的“物自体”概念。但与康德认为作为客观知识基础的“物自体”是不可知的观点所不同, 我们能够借助于抽象的数学空间, 并根据全同性原理, 从理论上对其作出抽象描述。因此, 在微观世界中, 体现了三个不同层次的实在的统一, 即, 自在实在、对象性实在和理论实在的统一, 也体现了微观粒子的实体 关系 属性的统一。正是这种统一的模型, 能够被看成是对现象背后的自在实在的揭示。这是从量子力学的假设( 1)和假设( 2)中推论出来的一个哲学前提。

    在认识论意义上, “量子力学的数学表述并不复杂, 然而要将数学表述同物理世界的直观描述联系却十分困难”[ 11] 4, 因为量子力学的基本假设, 除了只提供描述微观粒子随时间演化的薛定谔方程和函数的概率解释之外, 没有对这种联系方式作出更明确的说明。正是这种有悖于常理的联系规则, 导致了无尽的哲学争论。然而, 这一令许多人不愿意接受的概率特征, 经过从EPR 论证、1952玻姆的隐变量理论的阐述、1962贝尔不等式的提出, 到1982年以来的具体实验的实施, 已经得到了证明。量子力学所能产生的结论只能是概率性的, 根本不存在能够降低这种不确定性所隐藏的任何量, 也不能回答一个粒子在某个瞬间在哪里这个问题, 而是能回答一个粒子在某个瞬间位于某个地方的概率有多大这样的问题[ 12] 52, 这已经是公认的事实。

    因此, 量子力学中的概率是根本性的, 是研究问题的出发点, 是前提与基础, 是所有的量子力学解释都必须承认的事实之一。在量子世界里恢复决定论描述的任何企图, 要么是基于某种心理信念的哲学追求, 例如, 隐变量量子论和多世界解释; 要么是基于逻辑上的推理, 例如, 各种模态解释, 但这些努力都超出了量子力学基本假设的范围, 或者说, 都是为量子力学附加了某种哲学假设。另一方面, 由于这种概率性是通过波函数的振幅的平方来表示的, 而波函数本身又遵守薛定谔方程演化, 所以, 这种概率性预言的变化也是一种因果性的变化, 与决定论的因果性不同的是, 这是一种统计因果性。这是量子力学的第二个哲学前提。

    除了统计因果性之外, 从薛定谔方程推论出的量子力学的另一个重要特性是量子态叠加原理。这是因为, 薛定谔方程是一个线性方程, 根据线性方程的性质, 方程的所有解的相加之和, 也是方程的解。这一点表示, 一个微观粒子(比如, 电子)的态可以是由其他各个态叠加而成的态。态叠加原理为量子力学带来了非常怪异的特征。一是干涉现象。例如, 在单光子的双缝干涉实验中, 一个光子在达到屏幕之前, 会同时穿过两个缝, 产生干涉, 就像两列波叠加一样。光子既在这里, 也在那里, 这种思想瓦解了一个粒子在同一时刻不可能处于多个位置的传统观念。在含有两个或两个以上的量子系统中, 态叠加原理引发了! 量子纠缠.。所谓量子纠缠, 简单说来是指, 在多粒子的系统中, 两个曾经相互作用过的粒子, 在分开之后, 不管相距多远, 都彼此神秘地联系在一起, 其中, 一方发生任何情况, 都会同时引发另一方发生相应的变化。薛定谔最早在1926年创立他的波动力学时就已经意识到, 假如几个粒子或者光子是在某个物理过程中共同产生的, 那么它们之间就会发生纠缠, 但他第一次正式提出并使用! 纠缠.这个术语是在1935 年讨论ERP 论文的时候[ 11] 31。1949年吴健雄和萨克诺夫第一次通过实验生成了一对互相纠缠的光子。然而, 这个重大的突破直到1957 年才被认可。1997年, 维也纳小组和罗马小组分别根据这种不受空间限制的量子纠缠现象成功地完成了隐形传输单粒子量子态的实验, 使得只存在于科幻小说中的隐形传输, 在量子世界里由梦想变成了现实。更令人惊讶的是, 美国物理家在2009年实验证明, 在肉眼能够看到的两个超导体之间也存在着纠缠现象[ 13]。这个实验既打消了不能把量子力学描述应用于宏观系统的顾虑, 也把量子力学的边界从微观扩展到宏观, 强化了在量子力学与支配宏观现象的经典物理学之间很难划出界线的观点。

    如今量子纠缠现象的存在, 已经是被证明了的物理事实, 而不再是爱因斯坦等人在1935年发表的ERP 论文中用来质疑量子力学完备性的把柄。由于量子纠缠是由态叠加原理导致的, 而态叠加原理又是薛定谔方程的解的性质所决定的, 所以它是从量子力学的基本假设中延伸出来的结果。在经典物理学中, 粒子在时空中的存在, 遵守爱因斯坦的定域性原则, 即发生在某个特定地方的现象, 不可能即时地影响到另外一个相距甚远的地方的现象, 除非收到超光速的信号。非定域的量子纠缠现象使这种常识性的思想土崩瓦解了, 要求把在同一个物理过程中生成的两个相关粒子, 永远作为一个整体来对待, 不能分解成两个独立的个体。其中, 一个粒子发生任何变化, 另一个粒子必定同时发生相应的变化, 无论它们相距多远, 纠缠现象都不会随着距离的增加而消失。这就使得我们通常所说的“空间上的分离”成为不可能的事情。量子系统的存在形式的整体性和量子测量中被测量系统与测量仪器之间的整体性, 是一种不受空间限制的、非定域的整体性。

    玻尔当时在应对ERP论证对量子力学的完备性的质疑时, 正是直觉地抓住了量子测量的这种整体性特征, 捍卫了量子力学的完备性。爱因斯坦把这种整体性称之为是“诡异的远距离作用”, 以表达他对这种现象的无奈态度。量子力学的隐变量解释的倡导者玻姆, 在晚年把他的隐变量解释进一步扩展为本体论解释或语境隐变量理论时, 也不得不在他的方程中增加了一个代表量子系统与环境相互作用的量, 来把微观粒子间的这种非定域性关系考虑进来[ 14] 。虽然后来的实验没有支持玻姆的努力, 但是, 这种情况至少表明, 量子系统的这种整体性是任何一种量子力学解释不可忽视的。这是量子力学的第三个哲学前提。

    总之, 量子力学是一个独立的理论, 不是对经典物理学的补充和扩展。它不仅有独立的假设, 而且蕴含着独特的哲学前提。这些哲学前提确实颠覆了我们从日常经验中所得到的世界观。然而, 传统的世界观是如此的根深蒂固, 甚至连最伟大的物理学家爱因斯坦也无法摆脱其影响, 使他既是量子力学的最早贡献者, 也是量子力学的坚定反对者。量子力学告诉我们, 仅凭日常生活经验是无法理解我们根本不能直接体验到的微观世界的。量子世界在本质上是随机性的, 也是整体性的, 微观粒子是抽象空间中的存在, 它的演化遵守的是统计因果性的规律。这是量子力学的基本假设所蕴含的三大哲学基础。在量子力学的发展史上, 量子系统的纠缠性先是通过数学计算发现, 然后, 才得到实验证明的。这无疑让我们感觉到数学工具的卓越能力。但是, 对量子纠缠究竟是什么, 它是如何发生的 量子世界为什么是概率性的 在量子测量过程中波函数的塌缩机制是什么 根据我们的常识思维无法想象的诸如此类的问题, 量子力学没有作出回答, 仍然是值得研究的物理学课题。而对这些物理学课题的研究, 必然要融入深层次的哲学思考, 甚至心理信仰。也许正是在这种意义上, 物理学家玻恩指出, ! 我确信, 理论物理学是真正的哲学。我们可以说, 没有哲学的理论物理学是盲目的, 没有理论物理学的哲学是空洞的。

科学家：量子物理学终于可以解释意识了？

    20  世纪，研究人员在两个截然不同的领域取得了长足的进步，推动了科学的前沿。虽然物理学家发现了支配亚原子世界的奇怪的反直觉规则，但我们对思维如何工作的理解却迅速发展。然而，在新创建的量子物理学和认知科学领域，困难和令人不安的谜团仍然挥之不去，偶尔会纠缠在一起。为什么量子态在被测量时会突然消退，至少从表面上看，有意识的头脑的观察有能力改变物理世界？关于意识，这告诉我们什么？

    《大众力学》采访了三位来自不同领域的研究人员，了解他们对潜在量子意识联系的看法。一个理论物理学家，一个实验物理学家，一个哲学教授

量子物理学和奇妙的意识

    早期的量子物理学家通过双缝实验注意到，当光子通过波长大小的狭缝到达另一侧的检测屏幕时，试图测量光子的行为改变了它们的行为。这种测量尝试导致波状行为被破坏，迫使光表现得更像粒子。虽然这个实验回答了“光是波还是粒子？”这个问题——两者都不是，两者都有特性，这取决于情况——但它留下了一个更令人不安的问题。如果用人类思维观察的行为实际上导致世界表现出变化，尽管规模小得令人难以理解呢？

    著名和著名的科学家，如尤金·威格纳（Eugene Wigner）、约翰·贝尔（John Bell）和后来的罗杰·彭罗斯（Roger Penrose），开始考虑意识可能是一种量子现象的观点。最终，认知科学（对心灵及其过程的科学研究）的研究人员也是如此，但原因不同。

    瑞典乌普萨拉大学（Uppsala University）理论物理学教授、作家乌尔夫·丹尼尔森（Ulf Danielsson）认为，量子物理学和意识之间联系的原因之一——至少从认知科学的角度来看——是量子水平上的过程是完全随机的。这与经典物理学的确定性方式不同，这意味着即使是物理学家在量子实验方面能得出的最佳计算也只是概率。

    意识是一种与自由意志相关的现象，自由意志利用了量子力学应该提供的自由。自由意志作为意识元素的存在似乎也是一个非常非决定论的概念。回想一下，在数学、计算机科学和物理学中，确定性函数或系统不涉及系统未来状态的随机性;换句话说，如果您为确定性函数提供相同的输入，它将始终产生相同的结果。同时，非确定性函数或系统每次都会给你不同的结果，即使你提供相同的输入值。

    丹尼尔森告诉《大众力学》他认为这就是认知科学关注量子力学的原因。在量子力学中，有机会的空间。意识是一种与自由意志相关的现象，自由意志利用了量子力学应该提供的自由。然而，加州大学欧文分校（University of California， Irvine）的逻辑和科学哲学教授杰弗里·巴雷特（Jeffrey Barrett）认为，从认知科学的角度来看，这种联系有些武断。

    “解释意识真的很难，这是一个深刻而持久的哲学问题。所以量子物理学家很绝望，那些人（认知科学家）也绝望了，“巴雷特告诉大众力学。“他们认为量子力学很奇怪。意识很奇怪。两者之间可能有一些关系。

奇妙的大脑

理论：意识是...电磁？

    一些科学家认为宇宙是有意识的。我们可以动脑筋，成为更好的人，然而，这种合理化对他来说并不令人信服。“我不认为有任何理由从认知科学方向假设量子力学与解释意识有任何关系，”巴雷特继续说道。然而，从量子的角度来看，巴雷特看到了物理学家首先提出与意识的联系的明确原因。“如果不是因为量子测量问题，没有人，包括参与这次早期讨论的物理学家，会认为意识和量子力学有任何关系，”他说。

叠加和薛定谔的猫

    在量子“怪异”和测量问题的核心，有一个叫做“叠加”的概念。因为量子系统的可能状态是用波数学（或者更准确地说，波函数）来描述的，所以量子系统可以存在于许多重叠状态或叠加态中。奇怪的是，这些状态可能是矛盾的。要了解这有多违反直觉，我们可以参考历史上最著名的思想实验之一，薛定谔的猫悖论。

    该实验由欧文·薛定谔（Erwin Schrödinger）设计，将一只不幸的猫放在一个盒子里，物理学家称之为“恶魔装置”一小时。如果盒子中的原子在此期间衰变，该装置会释放致命的毒药。因为原子的衰变是完全随机的，所以实验者没有办法预测猫是死是活，直到时间到了，盒子被打开了。

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    在盒子打开之前，将猫、盒子和设备视为具有两种可能状态（“死”或“活”）的量子系统，意味着它处于这些状态的叠加态。在你打开容器之前，猫既死又活。测量问题问的是，“打开盒子”（类似于进行测量）是什么导致波函数坍缩，并且这种叠加被破坏，解决一种状态？是由于实验者意识的引入吗？

    早期量子物理学家尤金·维格纳（Eugene Wigner）一直这么认为，直到1995年去世前不久。

物质身体和量子思维？

    1961年，维格纳提出了一种理论，其中思想对于波函数的崩溃和叠加态的破坏至关重要，叠加态以这样或那样的形式持续到今天。维格纳和其他坚持意识坍缩理论的物理学家——如约翰·冯·诺依曼、约翰·惠勒和约翰·贝尔——认为一个无生命的无意识物体不会坍缩量子系统的波函数，因此会让它处于状态叠加状态。

    这意味着将盖革计数器与薛定谔的猫放在盒子里并不足以使系统崩溃到“死”或“活”状态，即使它能够判断毒物释放原子是否已经衰变。温格说，叠加一直存在，直到有意识的观察者打开盒子，或者听到盖革计数器的滴答声。由此得出的结论是，宇宙中有两种不同类型的“物质”：物质和非物质，人类的思维属于后一类。然而，这表明大脑是一个物理和生物对象，而心灵是别的东西，导致所谓的“身心二元论”。

    对于像他这样的唯物主义者，丹尼尔森说，量子力学中波函数的坍缩是与另一个物理系统相互作用的结果。这意味着“观察者”很可能是一个完全无意识的物体。对他们来说，装有薛定谔猫的盒子里的盖革计数器能够坍缩状态的叠加。

    这符合这样一个事实，即量子系统是令人难以置信的精细平衡系统，很容易被杂散电磁场甚至温度变化坍缩。如果你想知道为什么我们没有可靠的量子计算机，这是部分原因——它们所依赖的量子态太容易受到干扰了。此外，正如巴雷特指出的那样，有许多思考量子力学的方法不涉及量子叠加的崩溃。

    最著名的是休·埃弗雷特三世（Hugh Everett III）对量子力学的多世界解释他认为当实验者进行测量时，波函数根本不会坍缩。相反，它发展到包括实验者和整个宇宙，每个可能的状态都有一个“世界”。因此，实验者打开盒子不是为了发现猫是死是活，而是发现他们是否处于猫幸存或没有生存的世界。

    如果没有叠加的坍缩，就没有测量问题。显然，像维格纳和罗杰·彭罗斯这样的诺贝尔奖获得者相信可能存在量子意识联系，然而，这个想法不能完全被驳回。

    意大利罗马恩里科·费米研究中心（Enrico Fermi Center for Study and Research）的研究员克里斯蒂安·皮西基亚（Kristian Piscicchia）当然同意这一点。他是一个团队的一员，寻求对心灵以及意识与自然法则之间关系的更深刻的理解。

    该团队最近开始测试一种将意识与量子叠加崩溃联系起来的特殊理论 - 协调目标还原理论（Orch OR理论） - 由诺贝尔奖获得者，牛津数学家彭罗斯和亚利桑那州立大学麻醉师斯图尔特哈默罗夫在1990年代提出。

测试量子意识理论

    Orch OR 理论认为量子坍缩与引力有关，并认为这种坍缩实际上产生了意识，根据Orch OR 理论的一些方法，其背后的叠加坍缩机制应该引起少量辐射的自发发射。这使它与其他量子意识理论区分开来，因为它使其在实验上可测试。

    Piscicchia告诉《大众力学》：当一个系统处于量子叠加态时，会产生两个时空几何形状的不稳定叠加，这决定了波函数在特征时间内的坍缩，这种机制发生在大脑微管的水平上。

    微管是真核细胞的关键元素，对有丝分裂、细胞运动、细胞内运输和维持细胞形状至关重要。哈默罗夫的理论将大脑神经元中的微管视为量子意识的所在地，维持量子效应的时间刚好足以在崩溃之前进行产生意识的计算。

量子物理学已证明意识永生

    从心理学的角度来看，我们所有的恐惧都源于对死亡的恐惧-这是我们天生固有的最基本的恐惧。但是我们不仅仅是一个身体。首先，我们是意识的。你可以根据自己的喜好反驳近乎死亡的经历，称它们为大脑缺氧的产物。但是，当患者详细描述其身体处于临床死亡或昏迷状态时、病房、病房外甚至医院外面发生了什么，这一事实又如何呢？

    只能有一个答案：此时，意识存在于身体之外。现代科学否定了意识在体外存在的可能性，因为从它的角度来看，意识是大脑中化学反应的产物。量子物理学对此提出了反驳。

    总的来说，无论听起来多么亵渎神灵，科学都是相对的。她大约每100-200年一次，将自己的观点反过来，因此，将任何陈述视为终极真理是很荒谬的。直到最近，科学界还认为原子是不可分割的粒子。实际上，“ atom”一词的翻译意为“不可分割的”。

    关于原子结构的现代观念认为，原子主要由空虚组成。根据爱因斯坦的观点，物质根本不存在，它只是能量的静态形式。但是物理学从本质上讲并没有带来什么新的东西：即使在2500年前，佛陀也说一切都由空虚组成。您可以在《心经》中阅读有关此内容的内容，其中详细介绍了物理学家现在可能想到的一切。因此，没有必要谈论科学与神秘主义之间的不和谐：也许它的第一个发展仅落后于第二个。而且，现代发现越来越使科学与古代文献相协调。

什么是意识

    自远古时代以来，就意识是什么展开了辩论。科学家认为这是大脑活动和神秘主义者的产物-它是一种独立的物质。科学界的许多成员认为，关于意识在体内的存在的猜测是骗局和伪科学思想。

    但是，如上所述，在临床死亡的状态下，身体无法感知到来自感官的信号，因为在心脏骤停后，大脑会停止工作。在临床死亡状态下的所有经验，尤其是对尸体无法感知的事件的描述，都证明意识能够存在于体外。至少在短时间内，它可以不通过身体而是直接感知周围的现实。

    量子物理学最准确地解释了这种现象。因此，从量子物理学的角度来看，人类意识能够影响物质。这证明了诸如波粒二元论的概念。我们正在谈论任何粒子的性质，以显示粒子和波的性质。实验已经观察到亚原子粒子的行为类似于电磁波或粒子。但是最有趣的是，它取决于观察者本人。即，亚原子粒子的性质和行为取决于是否被观察到。

    这证明了神秘主义者已经讨论了很长时间：思想可以影响现实。事实证明，粒子的属性不是恒定的，而是取决于感知该粒子的意识。这为电影《秘密》瓦迪姆·泽兰德的书籍以及苍蝇和蜜蜂的意识理论中表达的思想提供了科学依据。

    但这还不是全部。实验的结果证实了过去以及现在的许多哲学家和神秘主义者的想法，即我们的世界本质上是一种幻觉，或者如他们在东方所说，“就像月亮在水中的倒影”。毕竟，如果一个粒子的行为取决于感知它的意识，并继续这一思想，那么我们可以说每个人都从他自己的主观角度来看世界。

海森堡不确定性原理

    量子物理学的另一种现象使人们有可能阐明有关宇宙结构的许多问题。卡尔·海森堡继续思考电子的波粒二象性，得出的结论是，由于电子的不稳定和不可预测性，因此无法准确确定电子及其能量的坐标。简而言之，我们生活在泽兰所写的“选择空间”中。在我们面前揭示了所谓的世界迷-现实的许多版本，每个版本都可以视为客观的，真实的等等。

    由于亚原子粒子的行为与感知有关，因此只有观察者才能确定哪些事件场景将变得相关。在没有感知者的情况下，亚原子粒子仅以不确定性和概率的状态存在。

意识创造现实

    根据量子力学的基本定律，科学家罗伯特·兰萨推论了生物中心论，并将量子物理学和生物学原理联系起来。多亏了这一点，他得以证明死亡只是大脑形成的一种幻觉，这是由于意识错误地将自己标识为身体。根据兰兹的理论，意识在自身周围创造了现实，空间，时间等。

    意识是首要的，物质是次要的。他完全驳斥了意识是大脑活动的产物的观点，并坚持相反的观点：意识创造了周围的世界。没有观察者，就不可能形成现实。事实证明，意识是凡人的理论反驳了自己，因为如果观察者消失了，那么现实也必须消失。

    罗伯特·兰扎甚至走得更远，他认为，空间和时间根本不是意识存在的某种常数。事实恰恰相反：意识能够影响时间和空间。因此，只有一种感觉流，时间和空间是我们用作解释这些感觉的坐标系的工具。但是我们的意识能够影响两者。您是否注意到在排队等候时，时间无休止地拖着路，“欢乐时光不看”？在我们看来，这只是一种幻觉，但一切恰恰相反：幻觉是我们关于时间流逝的不变性的观念。

    空间是一样的：同一条路对我们来说似乎长得很长或很短。您是否注意到来回的方式对您来说是不同的，好像来回还是相反，您到达那里的速度更快？现实是多变和无常的，但是我们自己是通过意识状态来创造的。

    现在最重要的是。在没有时空限制的世界中，也没有死亡。因为像其他事件一样，死亡必须以特定的时空标记。就像在“维基百科”中一样，他们写道：死于某某城市的某某日期。如果时间和空间是相对的和无常的概念，那么事实证明也没有死亡：它根本无处存在！

    节约能源的原则也支持不存在死亡这一事实。能量不会被创造或摧毁，它只会从一种状态转变为另一种状态。我们可以举一个水的例子：在高温的影响下，水消失了，有些原始人可能认为水已经“死亡”，消失了，不再存在了。但是我们知道水只是改变了状态：变成了蒸汽。我们发生了同样的事情：没有死亡，总的贝壳死了，但是“蒸气”仍然存在。而且我们没有看到这种蒸气的事实并不意味着它根本不存在。

    罗伯特·兰兹的生物中心论得到了诺贝尔生理学奖得主或医学博士爱德华·唐纳·托马斯，太空飞行中心天文学家戴维·汤普森，约翰·霍普金斯大学理查德·康·亨利大学的天文学与物理学教授等伟大科学家的支持。

意识在哪里

    来自牛津大学的英国著名物理学家和数学家罗杰·彭罗斯致力于意识量子理论领域的研究，他认为他已经在人体中发现了意识的载体，这些载体在生活中积累了经验和信息。我们正在谈论位于神经元内部的蛋白质微管。根据彭罗斯的观点，这些微管是意识的载体，在人体死亡后，意识管将其离开，并随着所有积累的经验转移到另一个载体。也就是说，这些微管就像是存储信息的闪存驱动器。

    因此，意识在其周围形成现实。这不是某种深奥的推测，而是科学证明的事实。如果意识是主要的，那么它将如何消亡？如果镜中反射的物体消失了，那么镜的含义是什么？

    即使在五千年前，奎师那也谈到了《博伽梵歌》中灵魂的永生。他指示他的朋友阿朱那如下：“知道渗透到物质体内的物质是坚不可摧的。没有人可以摧毁不朽的灵魂。” 几千年后，量子物理学证实了很久以前的说法。

    对我们来说，没有什么可怕的，在整个世界都不可能存在。因为我们的本性是永恒不变的。在阳光的影响下，水消失了，但蒸汽仍然存在。它会飞起来，在温暖的雨中再次溅到地面上。《古兰经》说，为了理解全能者的计划，应该观察自然。自然界中的水循环是我们了解灵魂在物质世界中循环的线索。

    正如列夫·托尔斯泰所写，“一个人一生的唯一意义就是改善他不朽的基础。由于死亡的必然性，所有其他形式的活动本来就毫无意义。” 简短但很清楚地说。也许是时候重新评估价值观了吗？

意识是量子物理学的体现？

    科学家猜想：未来或可实现心灵感应。冯·诺依曼这位大名鼎鼎的科学家，认为人类的意识可能就是量子物理学的一种体现！

量子物理学的前世今生！

    当今科学领域中，如果提到量子物理学，那么大家一定都知道，这是一门非常热门的学科，甚至说是可以改变世界科技发展规律的学科，比如说量子计算机，量子通信如果能够大规模的应用，那么超级计算机，超级通信都将不是梦想了。

    量子物理学其实很早就诞生了，早在20世纪初期，量子物理学就已经被完整的提出，这也是人类第一次从宏观角度转变到了微观角度，来观察研究我们的世界，众所周知地球包括地球外的宇宙，所有的物质都是由粒子组成的，这些粒子组成了天体以及生命，但它们本质上都是一样的，粒子内部都有一定的运动规律。

    这个时候宏观物理学就无法适应粒子的运动规律，于是就有了量子物理学的大力发展，比如说一个原子，它的里面有原子核和电子，经过实验研究发现，电子按照一定规律在原子核周围运动，这是一种叠加运动状态，我们观察不到电子的运动轨迹，但是我们可以计算出电子出现的位置，根据薛定谔方程式我们就可以计算出它出现的规律了。

量子物理学和人类意识的关系？

    上面讲到了神奇的电子，我们知道电子是处于叠加状态的，而所有的物体都是有电子的，这是毋庸置疑的，那么冯·诺依曼提出来当机器进行观察的时候，电子是处于叠加状态，而人类观察的时候，电子就发生了改变，它会出现塌陷，因此冯·诺依曼认为人类的意识其实也是一种粒子的体现，它影响了电子的运动状态。

    因此就有了人类意识可以改变波函数这个说法，如果你不是非常了解，那么也可以参考一下薛定谔的猫这个伟大思想实验，当猫还在盒子里面的时候，我们不知道它是死是活，因为盒子里面放入了放射性元素，而这种元素有衰变和不衰变两种状态，那么我们就可以说这只猫处于叠加状态，我们之所以有这种想法，其实都是意识的作用。

    所以另一位科学家魏格纳就曾经提出，意识对于外部世界是有影响的，它就好像一种作用力，可以作用在粒子层面上，这个猜想一直都没有被证实，因为人类的意识是摸不到的，至今我们也不清楚意识的形态，所以也就无从得知意识对于微观粒子的影响了！

    量子自杀是如何样做到？一旦意识存在，仍然可能改变自杀的结果。关于量子自杀试验，这是量子论史上一个著名的实验，来自于波函数坍缩的说法。

    自上个世纪50 年代以来，量子力学被发现以后就不断的进展，物理学家在观察和研究量子的时候发现量子一直都在不停地变化。

    量子力学认为我们的宇宙或许并不是唯一的，除了我们生存的宇宙还有无数个与之相似的宇宙，它们可能会通过某种特殊方式来感应对方的存在，又或者处于永远不存在交集的平行状态。

    实际上，有关量子力学的相关理论中，除了平行宇宙外，还有一个名为“量子自杀”的理论，虽然后者是前者的一个延伸，但是也向人们揭示了全新的层面。

    量子自杀是量子力学延伸出的一个理想实验，最开始是由汉斯·莫拉维克和布鲁诺·马查尔在1980年提出，由薛定谔的猫实验延伸而来，如果多世界的理论是正确的，那么不论实验重复了多少次，实验者都会在另一个世界死亡或者永生，就像平行世界的感念一样。

    简而言之，就是在量子的大环境中，世界不仅仅是你用肉眼可以看见身体接触到的那个世界，还有量子域内的其他一个，两个，三个或 N个世界。这些世界里有另一个你在等着。

    这就是说，在平行世界中，不管你做什么，都有机会进展成另一种结果，并以另一种方式发生。比方说，在你现在的世界里，你想自杀，那么就有两种结果。一就是成功自杀，不过这个自杀率是50%，被拯救或自杀失败的几率也为50%。如果你成功地在这个世界上自杀了，量子世界上的另一个你将存活，反之亦然。不管你成功与否，你一定会在某个世界里自杀失败。

    根据这一理论，平行宇宙不断出现，当你自杀的时候，总会有一个平行宇宙会判定你自杀失败，仍然存在的意识并存在于活着的世界里，也就是说，它是永生。意识是持续性的，只跟着死亡瞬间所产生的平行宇宙，意识不可能跑向一个早些时候产生的平行宇宙，平行宇宙时刻都在发生，一个意识时刻将转变成无数个独立意识。

    虽然影视作品中有很多基于量子自杀理论而产生的故事，但量子自杀理论并不是一个真正坐实的理论。如果真的都跟量子自杀理论所说的一样，人类在平行世界中永远不会自杀成功，那是否人类实现了真正意义上的永生了？

    科学家们认为，这依然要以人类的意识为主，假如量子自杀理论中的意识随着主人的自杀而消亡，也就不存在其他平行宇宙的自杀失败。一旦意识存在，仍然可能改变自杀的结果。

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【本文完】