意識是一種物質形態

今天在arXiv上讀到了一篇非常有趣的論文，由MIT的物理學家Max Tegmark撰寫，名為《 Consciousness as a State of Matter》(作為物質狀態的意識）。他認為，自我意識可以認為是某種物質形態，如文中的表一所示，意識必須同時包含有長期存在的狀態，集成化的信息，容易寫入性，以及複雜的動力學。氣體，液體，固體，乃至計算機都只能滿足一部分判據。

利n用這些原理，他主要研究了"量子因子分解問題「，或者說作為一個有意識的的觀察者，比如說我們，為什麼可以感受特定的希爾伯特空間分解所對應的經典空間，n而不是傅里葉空間。或者更一般的，為什麼我們把周圍的世界理解為動態的層級，其中包含許多強烈集成且相對獨立的物體。他認為，這個原理與所謂的從頭開始物n理問題（physics-from-scratch）有關：我們如何才能從不過兩個厄米矩陣中提取出三維空間和我們周圍的半經典世界。能否僅從哈密頓量H中提取出這些信息，而H完全可以僅從它的本徵能譜來描述。

接n下來，Max nTegmark詳細的討論了什麼叫做Integration(集成性)。在他看來，我們的世界是分層次的客體。比如說，你正在喝一杯冰水，你會感受到在玻n璃杯中有冰塊。玻璃和冰塊是分立的客體，因為它們都各自是一個整體且相對獨立，它們內部的聯繫遠遠比與外部的聯繫緊密。我們可以定義物體的穩定性為集成溫n度（把整體分離為部分所需的能量密度）和獨立性溫度（在層級內把母輩物體分離開所需的能量密度）之比。冰塊的獨立溫度大概是3毫開，集成溫度大概是300n開，穩定性是。在下一級的結構中，氧原子和氫原子的穩定性都是10。氧原子核的穩定性是。穩定性越高，這個物體越容易被我們感知和定義。

他發現，利用糾錯碼，經典物理允許信息基本上完全地被集成。任意一個包含至少半個比特的信息的子系統就可從剩下的比特中重建出來。存儲在Hopeld neural networks(Hopeld神經網路）中的信息是天然的可糾錯的。但是個n神經元只能支持大概37個比特的集成了的信息。這就帶來了一個集成化的悖論：為什麼在我們意識體驗所包含的信息內容似乎遠大於37個比特。更糟的是，他發n現把這個結果推廣到量子信息領域，反而加重了集成性悖論：量子信息系統只能支持不多於四分之一集成化的比特。實際上，對於任意大的量子系統，無論我們如何n編碼，它所包含的可集成的信息都不會超過四分之一個比特。這強烈的暗示我們，集成性原理至少需要一個附加的原理作為補充。

他接下來探討了獨n立性原理，討論了如何通過希爾伯特空間分解實現其對應的哈密頓量分立為互相獨立的部分。他發現了量子芝諾效應悖論：如果我們把宇宙分為最為相互獨立的幾個n客體，那麼所有的運動都會陷入中止。既然有意識的的觀察者顯然沒有感受到任何的停滯，那麼集成性和獨立性原理必須還需要至少一個原理來作為補充。

進一步的，他研究了動力學原理，因為有意識的系統不僅能存儲信息，還要能處理它。他認為能量相干性（energy coherence）可以作為動力學的合適度量，它與時間無關，且在某些純態情況下約化為能量的不確定性。把動力學最大化只會導致無聊的周期解，無法支撐複雜的信息處理。但是減小到合適的值時，將出現混沌和複雜的動力學，能遍歷希爾伯特空間的所有維度。他 發現高度的自主性（獨立性和動力學原理的結合）即使在一個高度開放的系統中也是可以實現的。

由上可知，Max Tegmark並未解決量子分解問題，但是可以幫人們把問題聚焦，並強調具體的公開子問題和從觀察得來的各種暗示和線索 。他還提出了一些公開的問題：

1. 因子分解和雞與蛋的問題：量子態和分解哪個先哪個後？
2. 因子分解和集成化悖論
3. 因子分解和時間的浮現

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