量子思维突破在即？人类认知或将颠覆？-益智教育网

这是一个非常迷人且极具争议性的话题，它横跨了物理学、神经科学、心理学和哲学等多个领域。没有任何科学证据表明人类思维可以直接用量子力学来解释，但这个想法之所以如此吸引人，是因为它似乎为一些经典科学难以解释的现象（如意识）提供了一个潜在的突破口。

量子思维突破在即？人类认知或将颠覆？-图1

下面我将从几个层面来详细探讨这个问题：

为什么会有“思维与量子”这个想法？（动机与吸引力）

将思维与量子联系起来,主要有以下几个原因：

意识的“难题” (The "Hard Problem" of Consciousness)：神经科学可以解释大脑的物理和化学过程（比如神经元放电、神经递质传递），但这无法解释主观体验（Qualia）——即“我”为什么能感受到红色的红、疼痛的痛、喜悦的喜，这种主观、第一人称的感受，似乎超越了纯粹的经典物理世界，量子力学的不确定性、观察者效应等概念，似乎为“意识如何从物质中涌现”提供了一个想象空间。
量子力学的奇特性质：量子世界充满了反直觉的现象，
- 叠加态：一个粒子可以同时处于多种状态,直到被观测。
- 纠缠：两个粒子可以瞬时关联,无论相隔多远。
- 观察者效应：观测行为本身似乎会影响量子系统的状态。这些特性与人类思维的一些特征有表面上的相似性，
- 想象与创造力：大脑似乎可以同时考虑多种可能性（类似叠加态）。
- 直觉：有时我们无法解释自己是如何得出某个结论的，仿佛信息是“非局域性”地连接起来的。
- 注意力：我们的注意力就像一个“观察者”，从纷繁的感官信息中“坍缩”出我们正在感知的现实。
一些前沿物理理论的启发：
- 彭罗斯-哈梅罗夫的“ orchestrated objective reduction” (Orch-OR) 理论：这是最著名的相关理论，物理学家罗杰·彭罗斯和麻醉学家斯图尔特·哈梅罗夫提出，意识并非源于神经元的经典计算，而是源于大脑神经元内部一种叫做“微管”（Microtubules）的蛋白质结构中的量子过程，他们认为，这些微管中的量子比特可以处于叠加态，当叠加态达到某种阈值时，会发生“客观坍缩”（Objective Reduction），而这个坍缩过程本身就是意识体验的瞬间,这个理论试图用量子引力来解释意识的非算法性。

主要的科学挑战与批评

尽管想法诱人,但将思维与量子联系起来面临着巨大的科学障碍：

退相干问题：这是量子生物学和量子意识理论面临的最大挑战，量子态极其脆弱，极易受到周围环境的干扰而“退相干”——即从叠加态坍缩到经典状态，大脑是一个温暖、潮湿、嘈杂的化学环境，温度接近绝对零度（约310K），比维持量子态所需的极低温高出数百万倍，在这样的环境中，任何量子叠加态都会在极短的时间内（可能是10^-13秒甚至更短）被破坏,根本无法支撑复杂的思维过程。
缺乏可证伪性：一个科学理论必须是可被实验检验（可证伪）的，大多数关于“量子意识”的理论都过于模糊和抽象，难以设计出明确的实验来证实或证伪它们，这使得它们更接近于哲学猜想,而非科学理论。
奥卡姆剃刀原则：在有多种解释时，我们应该选择最简单的那一个，我们有充分的证据表明，大脑的复杂功能（如认知、情感、决策）可以通过神经元、突触和神经递质之间的经典电化学相互作用来解释，在没有确凿证据的情况下，引入一个全新的、未被证实的量子机制来解释意识,显得没有必要。
概念的混淆：很多时候，人们会将“量子”这个词当作一个时髦的标签，用来形容任何神秘或复杂的现象，但“量子”在物理学中有非常精确的含义，指的是能量、角动量等物理量的不连续性,随意套用这个概念容易导致概念上的混乱。

一个更被接受的领域：量子生物学

尽管“量子意识”争议很大，但另一个领域——量子生物学——却取得了实实在在的进展，它研究的是量子力学原理在生物系统中的具体应用，这些应用通常发生在隔绝良好、低温的环境中,可以有效地避免退相干。

一些被证实或高度怀疑的例子包括：

光合作用：植物在捕捉光能时，能量在分子间的传递表现出量子相干性，效率极高，仿佛能量粒子能同时尝试所有路径,然后选择最快的一条。
鸟类的导航：一些鸟类可能利用地球磁场进行导航，一种理论认为，它们眼睛中的蛋白质“隐花色素”（Cryptochrome）中的电子对，其自旋状态会受到地球磁场的影响，从而产生视觉信号，帮助它们“看见”磁场方向。
酶的催化效率：量子隧穿效应可能帮助某些酶中的质子更高效地穿越能量壁垒,从而加速化学反应。

这些例子表明，量子力学确实可以在生物系统中发挥作用，但它们都发生在特定的、受保护的微观结构中，与宏观的、整合的“意识”体验相去甚远。

总结与展望

当前科学共识：主流科学界普遍不接受“人类思维是量子过程”的观点，大脑的运作机制可以用经典的神经科学和生物化学来充分解释，而量子力学的奇异特性似乎无法在温暖的、嘈杂的大脑环境中稳定存在以支撑复杂的思维活动。
思想的启发意义：尽管如此，这个话题仍然具有重要的哲学和启发意义，它促使科学家和哲学家们更深入地思考意识的本质，以及物理定律的边界在哪里，它提醒我们，我们对宇宙的理解，尤其是对生命和意识的理解,还非常有限。
未来展望：
- 量子生物学将继续发展,可能会发现更多生物系统利用量子效应的例子。
- 关于意识的研究，神经科学（如通过脑机接口、研究大脑连接组）可能会取得突破,从另一个角度揭示意识的物质基础。
- 物理学本身也可能取得革命性进展，比如发展出能更好地统一量子力学和广义相对论的“量子引力”理论,届时或许能为意识的本质提供全新的理论框架。