量子和意識的關係?

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「認為量子只有在意識的關注下會出現坍縮，形成具體的世界，當沒有意識關注時會是一團類似霧的東西」這種說法是對的還是錯？請說理由或原因？！謝謝～

作者：三道熊爪印
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①接下來的很長一段時間，寶寶會試圖進入一個年輕的科學領域——量子意識（Quantumn consciousness/Quantum Approaches to Consciousness)。（在這期間寶寶也會寫關於高效思考的方法與其他類型的文章）

②雖然這個學科現在仍然處於「描述性而非解釋性「的階段（理論階段），但是寶寶熱切的希望，對這個方面感興趣的朋友之間可以扎堆互相交流學習——

畢竟，任何涉及到微觀粒子的東西，都會讓一顆高傲無比的心謙卑下來。

③更重要的是，寶寶自己也在學習階段，寫文主要也是為了督促自己探究下去。所以，如果出現理解不當的地方，還請勞煩後台指出~

④另外補充：寶寶試圖提出的問題或者給出的「回答/番外」，如果是來自理論體系或者實驗成果，一定會標明出處噠。但有出處不一定意味著就是有真理。請同學抱著懷疑謹慎的態度瀏覽。寶寶激烈，強烈，熱烈地希望有朋友可以在後台提出不同看法——並標明出處喵（苦笑）。

好啦，言歸正傳。其實這個學科（quantumn consciousness）希望解決的是很經典的問題——精神（意識）與物質（大腦）是如何聯繫的？

「當然，關於此問題，從研究歷史來說，領先的學科還是哲學與心理學。隨後，行為學，認知科學與神經科學也加入到討論的大軍中。另外，致力於複雜系統的物理學與量子物理也在其中發揮了令人激動人心的作用。

大腦是我們已知的最為複雜的系統。所以致力於神經網路的研究者——無論是研究單個神經元是如何運作的，還是專註於什麼其他重要的問題——也可以從複雜系統法（complex systems approaches）中獲益良多。

關於量子物理，有一點是毫無疑問的：在我們大腦中，量子事件就像在物質世界的其他地方一樣，會發生，也會起效——甚至包括在我們的生物系統內！

但是有爭議的一點是，這些量子事件的發生與起效到底和我們大腦運作與心智活動有沒有關係呢？

——上述譯自《Stanford Encyclopedia of Philosophy：Quantum Approaches to Consciousness）》

真的好想將所有問題一次性搞清楚啊。但是在今天，我們僅僅只能開個小張，

先從也許大家都比較熟知的一位科學家彭羅斯的一本著作——《皇帝新腦》的一個小章節談起（量子力學在頭腦活動中有作用么？461）

說起彭羅斯，不知道大家第一個會想到什麼？

寶寶第一個想到的不是他的《引力坍塌和時空奇點》，也不是《皇帝新腦》這本磚頭一樣厚的書，或者被稱為「最近二三十年里非常重要、極富雄心大志的科學著作」《通向實在之路》，甚至沒有想到他和霍金成為夥伴的經歷——寶寶第一個想到的，竟然是以前玩過的彭斯洛拼圖：

（其實這是一種准周期性鑲嵌。它具有晶體學上「不可能」的五重對稱性。詳細內容搜索：數學抽象的魅力-奇妙的彭羅斯鑲嵌

當然還有非常有名的彭斯洛三角：

更不用說彭斯洛樓梯了：

雖然彭羅斯對數學物理的貢獻集中在和愛因斯坦的引力理論相關的問題上。

但是寶寶今天想要分享的是，有關於彭羅斯提出的」量子力學在頭腦活動中有用嗎？「（《皇帝新腦》）部分的觀點與相關資料。

在這一部分中，彭羅斯主要從量子對意識的激發作用與量子特有的干涉效果提出：量子力學的確在頭腦活動是會發揮一定作用的。

①量子對意識的激發作用：

原文：單量子水平是否會對神經活動產生作用？這一點是肯定的。

1979年貝勒用產出視網膜進行試驗，發現一顆單獨光子打到已經適應黑暗上的視網膜上就足以出發一個宏觀的神經訊號，這也適用於人眼（赫希特1941）。

但由於人腦內還存在著額外的壓抑這種弱信號的機制，使得他們不會由於太多的視覺「噪音」而混淆了感覺到的視像........

既然在人體中存在單量子情況下就能觸發的神經元，尋找人腦主要部分何處能發現這類細胞就是很合理的了。

據我所知，現在還沒有找到證據，所有考察過的細胞類型都有一個臨界值，要激發該細胞就要需要大量的量子。然而人們猜測，在頭腦的某一處可以找到對單量子敏感的細胞，如果確實如此，那麼這對頭腦活動的意義會非常大。

番外：實際上，正是因為人腦中存在著這種壓抑弱信號的機制，才使得在實驗中，如果對視網膜發射單光子（一次只發射一個光子），這種在視網膜上形成的刺激不一定能成功地轉化成信號進入大腦，也就是——我們就不會意識到「有光"。

另外，2015年6月10號，在美國物理學會上，Rebeca Holmes提出人眼可以感受到的光子數為2-7個，而我們通常認為「為了使已經適應黑暗的人實際得知光子的來臨，大約需要七顆光子組合的信號。」而這進一步證實了：單量子水平對於神經活動的作用是成立的。

除此之外，還有一個量子生物學方面的有趣理論，試圖解釋知更鳥是如何定向的？根據現有理論，在知更鳥的視網膜上有一個蛋白質叫做隱花色素，它對光很敏感。

隱光色素是一類藍光（400~500nm）和近紫外光（320~400nm）的黃素蛋白，分子大體由兩部分組成：一是色素，即生色團，用此接受光信號；二是脫輔基蛋白，由他應答生色團感受的光信號，並將應答信號轉導給光受體下游的信號傳遞體，引發某種生理反應。

在其中有一對相互糾纏的電子，這對電子對地磁場（實際上對於實驗磁場也會有反應）十分敏感，在知更鳥定位中發揮重要的作用。

更有趣的是，人眼中也是有隱花色素的。近期德國科學家通過果蠅實驗（消除果蠅眼內的隱光色素，放入人工磁場迷宮內，觀察：果蠅亂飛。植入人眼中得到的隱光色素，放入,觀察：恢復定向能力）進一步支持了有關脊椎動物的隱花色素具備同樣功能的理論。

拉皮特說：「有關人類其實是可以感知地磁場的說法是完全可能的，或許只是我們之前的驗證方法不對頭。」

但是舒爾特認為人類在進化過程中很有可能已經放棄了地磁場感應的功能，以便延長自己的壽命。他發現隱花色素作為量子指南針工作時需要過氧化物，這是一種氧分子自由基，在體內會破壞DNA。

這對於那些壽命較短的物種沒什麼問題，但是對於人類來說，自由基的累計破壞作用不容小覷。不過無論如何，舒爾特表示：「或許在很久很久之前，在進化進程的某一階段，人類和很多其他動物一樣，曾經擁有過對地磁場的感知能力。」

拉皮特正試圖了解大腦是如何讀取隱花色素指南針的信息。他說：「在最基本的層面上，我們感興趣的是這些定向信息是如何被傳遞到神經系統的。有關這一問題的答案，現在還無人知曉。」(來源：中華網，地球磁場與隱花色素指南針的秘密，2011-06-23）

②量子在大腦內的干涉

原文：讓我們重新考慮視網膜，假定從一半鍍銀的一面鏡子反射一顆光子到達視網膜，它的狀態涉及到以下狀況的複線性疊加：光子打到視網膜細胞和光子沒打到視網膜細胞，比如穿過窗戶飛到空中去，到達它可以達到視網膜的時刻。

只要量子理論的線性規則U（也就是薛定諤態矢量演化）成立，則我們就能得到有神經訊號和沒有神經訊號的複線性疊加，當他作用於主體的意識上時，兩個不同選擇中只有一個被感知發生，這時另一個量子步驟R（態矢量減縮）應該起到了作用。

我們應該問，訊號的通過是否擾動了足夠的物質，達到單引力子水平？

雖然把光子能量轉變成實在訊號中的物質運動時，視網膜的放大效應真是令人印象深刻——運動質量的放大也許達到10的20次方倍——但這個質量仍比普朗克質量mp小許多數量級。

然而一個神經訊號在他周圍產生了可以探測得到變化的電場（一個以神經為軸，沿著神經運動的圓環形電場）。這場會顯著擾動周圍環境，單引力子標準在這些環境中可容易地達到。

這樣，R過程在我們感知或沒有感知閃光之前啊哦就已經進行過了。由此觀之，我們的意識對於態矢量縮減是沒有必要的。

番外：關於這一部分的內容，寶寶會抽出一期單獨講。因為首先有很多概念我自己也沒有完全搞懂。其次，寶寶預感這將會是一個很長，很長的文章。

本書《皇帝新腦》寫於1989年，當時彭羅斯在本書中缺乏量子過程在大腦中如何作用的詳細描述。但隨後在於哈梅洛夫的合作中，共同提出了傳說中的類宗教理論的科學研究——「Orch-OR理論」，並提出微觀結構作為大腦量子過程的支持。

單個神經元的細胞骨架由基本上由兩種結構——神經絲和微管——組成的蛋白質網路構成（下圖左），其對於神經元（以及其他細胞）內的各種運輸過程是必需的。

微管是通常由13個縱向α和β微管蛋白二聚體構成的長聚合物，其以外徑約25nm的管狀陣列排列（下圖右）。更多細節參見（Kandel et al。2000，Chap。 II.4。）

每個微管蛋白二聚體都有一些憎水囊，彼此間距約8納米，裡面含有離域π電子（無機化學的東西，不想解釋了喵...)。

微管蛋白還有更小的非極性域，含有π電子富集吲哚環，相隔約2納米。哈梅羅夫認為這些電子之間距離很近，足以形成量子糾纏。

利用量子效應，微管同時處於兩個不同形狀的「疊加態」（superpositions）。每個形狀相當於一個比特的傳統信息，所以，這個變形的量子比特（也叫作量子位，qubit）能夠存儲相當於傳統計算機兩倍的信息。

接下來，把量子糾纏加進去，你就能迅速建造起一台量子計算機，其存儲的信息量和存儲效率都遠高於傳統計算機。

量子糾纏是一種奇特的性質，能讓兩個量子比特狀態保持糾纏，即使它們並沒有彼此接觸。實際上，彭羅斯提出，量子計算機能同時探索問題的多個答案，並用不同的方式將這些答案組合起來，正好能夠解釋大腦的特殊天賦。

哈梅羅夫進一步提出，微管蛋白狀態依賴於量子事件，使得不同微管蛋白之間的量子相干是可能的。

這些電子能形成一種玻色—愛因斯坦凝聚態，而且一個神經元中的凝聚態能通過神經元之間的間隙接點（gap junctions）擴展到其他多個神經元，由此在擴展腦區形成宏觀尺度的量子特徵。

當這種擴展的凝聚波函數坍塌時，就形成了一種非計算性的影響，而這種影響與深植於時空幾何中的數學理解和最終意識體驗有關。——部分摘自倪志勇科學網博客，部分譯自《Stanford Encyclopedia of Philosophy：Quantum Approaches to Consciousness）》，部分自己解讀。

他們指出，人體瀕死體驗是微管量子引力效應，這一效應也被稱為「微管量子目標還原調諧(Orch-OR)」，因此我們的靈魂並不只是大腦神經細胞的交互。事實上它們形成於宇宙之中。

這一理論非常類似於佛教和印度教理論——人類意識是宇宙的主要部分，這也類似於西方哲學唯心主義。基於這些信仰，哈梅羅夫博士稱，瀕死體驗中微管失去了它們的量子狀態，但是其中的量子信息並未被破壞，它們僅是離開了身體返回至宇宙。

哈梅羅夫在科學頻道記錄片《穿越蟲洞》中指出，比方說心臟停止跳動，血液停止流動，微管將失去它們的量子狀態。

微管中的量子信息並未被破壞，它是無法被摧毀的，只是被干擾，驅散分布在整個宇宙。如果一位患者死而復生蘇醒過來，量子信息將返回至大腦微管，此時他會驚訝地說：「我經歷了一次瀕死體驗。」

有趣的是，雖然媒體對相關概念大肆宣傳（尤其在中國），但是這個觀點在一些物理學家那裡似乎並不怎麼受歡迎。

「從一個物理學家的角度看，最根本的問題在於退相干的時間。疊加態和量子糾纏都是非常脆弱的現象。有多脆弱呢？就像雜技演員們在高空鋼絲上騎著獨輪車疊羅漢一樣脆弱。稍有一點干擾，就會失去平衡。

在量子系統中，哪怕只有一丁點熱量、機械振動等干擾，量子狀態就會「退相干」成一個平淡無奇的普通狀態。存儲在量子狀態中的信息就會損失掉，消散在周圍的環境中。」

「包括Fisher在內的物理學家想建造一台大型量子計算機，但這個問題困擾了他們20多年。即使在低溫冷卻和機械分離的條件下，也很難保持量子比特網路的相干狀態保持足夠長的時間以獲得超越傳統計算機的能力。」

「更不用說在溫暖潮濕的大腦里，晃蕩擁擠的分子就像一鍋熱湯，幾乎不可能維持相干狀態。神經元保持信息的同時更要以微秒級的速度處理它，因為計算表明，微管疊加態只能持續10-20至10-13秒。」

「Fisher也懷有同樣的懷疑。他說：「當他們開始談論微管時，我立刻知道它沒有意義。這不可能成為量子信息的工作方式，除非你能控制它，並避免它與周圍的環境發生糾纏。」」——部分摘自：《人類大腦這麼複雜，量子力學能夠解釋背後的原理嗎？》

http://zhihu.com/question/24650629/answer/28504509