量子随机还是人类自由意志？

量子力学神秘又反直觉，于是 “意识能决定现实”“灵魂是量子态” 之类的说法屡见不鲜。到底是科学前沿，还是概念滥用？本片带你从双缝实验与薛定谔的猫出发，梳理主流物理学解释：哥本哈根、多世界、客观坍缩…… 再看看 Penrose 与 Hameroff 提出的 “量子意识” 模型究竟说了什么，哪些被证实、哪些仍是猜想。同时我们也从脑科学角度审视：人脑是否可能进行量子计算？最后盘点最常见的量子玄学误读，帮你区分严谨推测与伪科学炒作。看完这期，你会更清楚：量子力学让现实更奇怪，但解释意识，还轮不到玄学登场。# 量子力学 #意识 #科普知识

这一期我们聊一个很前沿的研究，量子力学在意识里究竟发挥着什么作用？

关于什么是意识的疑问很可能从我们有意识的那一刻开始就困扰着所有人了。从光合作用到遗传再到嗅觉，讨论生物体内的各种问题都没有超出传统化学和物理学的范畴。但是这一套范式在意识这个问题上就有点行不通了，没有人知道意识应该归于我们迄今讨论过的哪一部分科学，也没有哪个数学公式里包含了意识这么一个变量。

意识是所有生命的共同特征吗？大多数人不这么想，主流的观点认为自我意识必须是有神经系统的生物才会拥有这么一个特质。神经系统是意识的必要条件吗？更原始的动物是不是就完全没有意识？当然我们没有办法知道意识到底是什么时候出现的，如果不知道意识的本质，我们也就没办法知道到底哪些生物拥有这个特质。

所以要聊这个话题，我们就需要采取一种保守的方式，避开意识到底是在生命的演化过程中什么时候出现的这样的问题，以及到底我们的哪些近亲具有意识这样的问题。我们就假设从原始土壤里第一次出现微生物的 30 亿年前，到早期现代人出现的 15 万年前，这么茫茫几十亿年之间，构成生物体的成分越来越复杂，直到其中出现了一种与众不同的属性，意识。

我们要讨论的是一个富有争议的问题，量子力学是不是在意识的形成过程中扮演了重要的角色？不过首先我们还是需要质疑一下，面对意识这个最神秘的现象的时候，我们是不是真的需要借助量子力学的理论？如果说仅仅因为意识又神秘又让人费解，而量子力学也是同样又神秘让人费解，那就认为两者存在关系，这个显然是没有办法让人信服的。

哲学家在讨论意识的时候杜撰了一种假想的概念，叫做行尸走肉。行尸走肉会和普通人一样进行日常的活动，但是他们的内在空空如也，他们的脑袋里除了活动肢体和发声运动所必要的运算活动之外，再没有其他的东西了。行尸走肉是一台自动运行的机器，它没有意识也没有体验，这样的状态在理论上是可能存在的。

最直观的证据就来自于我们自身，比如说我们行走、骑车、弹奏熟悉的乐器的时候都可以没有意识的完成。那有没有可能存在一种模仿各种人类行为的动物，而实际上它并不知道这些行为的含义？目前主流的观点是不可能，因为人类有一些行为是完全建立在意识之上的，比如说语言、舞蹈、歌唱。

此外要想没有意识的解决一道复杂的数学问题或者一组填字游戏，同样也是非常困难的。这些意识活动的共同点在于它们都受到思维的驱动。我们假设思维是对大脑里面复杂信息的整合，大脑通过思维整合压缩信息，从而构建出一个新的想法。

有意识的大脑可以抓住复杂信息的细节，确保这些信息最后能够成为一个完整的想法。意识让我们的大脑受到思维和概念的驱使，而不是单纯的被刺激所驾驭。那有意识的大脑是怎样把复杂的神经信息整合成为一个新的想法的？这个就是意识研究中的第一个谜题，有些人把这个谜题称为捆绑问题。

大脑里面不同区域的编码信息是怎样被整合到一起的？视觉和听觉的体验并不是单纯指事物的某种颜色、某一条纹理或者是某一个音符，我们在意识里的体验是感觉到信息、记忆、概念这一系列东西的整体印象。比如说我看到了一头野牛、一棵树，你可以想象一位艺术家正在观察一头野牛，他可以用眼睛看、用鼻子闻、用耳朵听。

一个野牛的气体分子离开野牛的身体，恰好落进了这位艺术家的鼻子里，气体分子结合到嗅觉神经元的受体上，然后沿着神经元细胞长长的轴突传递了一连串电脉冲的信号。一旦来自嗅觉神经的点信号到达了这位艺术家的大脑，他就会激发更多下游神经元的放电。每一个神经元就像是电报的中继站，感官信息以类似摩尔斯电码的方式从一条神经传递到另一条神经。

另外比如说分布在视网膜上的视锥和视感细胞会通过视神经把视觉信号以一连串点信号的方式传到这位艺术家的大脑的视觉皮层。在这些例子里面，每一种神经元可能只对某些感觉的输入有反应，比如说嗅觉细胞只对气味有反应，视觉细胞只对光有反应。但是不论引起神经元放电的刺激是什么，它们通过神经元传递的方式却是一模一样的，都是这个人体内一股从感受器到大脑特定区域的电流脉冲。

在大脑里面，这些脉冲信号可以直接引起运动信号的传出，但是更有可能的情况是它们会调整神经元之间的连接方式，从而形成我们的记忆。需要着重强调的是，在大约由 1000 亿个神经元组成的人类中枢神经系统里面，并不存在这么一个特定的位置让输入的大量感官信息流整合最后形成引流这么一个概念。事实上每条神经都是互相独立的，它们是没有中心的，所谓信息的汇聚在真实的神经元之间不会发生。

每一封电报都沿着体内辐射的无数个神经元里面的某一条飞速的传递。我们说的捆绑问题试图研究的正是每一条神经中离散的点信号是怎样整合在一起并且产生野牛这么样一个概念的。感官信息的整合形成了有意义的概念，而概念的整合产生了意识，意识驱动大脑进行思维活动，思维活动继而驱使身体发生物理的运动。

于是这位画家拿起了画笔开始了他的创作。但是等一下，一个想法要怎么才能影响实实在在的躯体？一个想法是如何与大脑相互作用使我们的手臂、使我们的腿或者使我们的舌头活动的？让我们再回到那位画下野牛肖像的画家，探讨一下大脑是如何运作才能绘制这样一幅画的。

让我们把时间往回倒着看，我们先是会看到这位艺术家手臂上的肌肉在描绘线条的那一刻是如何收缩的，而支配这块肌肉的运动神经又是通过何种方式引起它的收缩的。在运动神经元之前，从大脑传出的电信号又是怎样让运动神经元兴奋起来的？最后回到最初引起这一系列活动的感官信息是怎么样输入大脑的？

我们采用倒叙的方式来说这个过程的原因是希望在梳理这整条因果关系链中寻找到意识到底是在哪一个环节插足到运动里面来的。首先那位画家的手臂是依靠一种名叫肌球蛋白的蛋白分子才能够开始收缩运动的。肌球蛋白本质上是一种酶，它是利用化学能驱动肌肉里面纤维蛋白的相对运动而让肌肉收缩的。

让那位艺术家肌肉纤维收缩的最直接的动力来自顺着视神经插入肌肉细胞内的钠离子。因为肌肉细胞外面的钠离子比细胞里面的钠离子要多，这个就导致细胞膜的两侧存在一个电势差，这个电势差说的不是我们家里看的那个电视，这个市是那个势能的势。这样就好像一块充电的小电池，细胞膜上有一些被称为离子通道的孔道。

离子通道非常非常重要，最后还会聊到它，你先把它记住。某些种类的离子通道开启的时候，钠离子就可以穿过这些通道从而流入细胞，而正是钠离子流入时的放电过程引发了肌肉的收缩。

在这条因果链里我们要问的下一个问题是肌肉的离子通道为什么会开启？答案是艺术家手臂上与肌肉细胞相连的运动神经元释放了一种神经的递质，这种递质打开了离子通道。那又是什么引起了运动神经元释放它里面的神经递质？每当一种被称为动作电位的电信号到达这个神经细胞末端的时候，就会刺激神经元释放这种神经递质。

神经元细胞通常可以分为三个部分，它的头部就好像一个蜘蛛被称为细胞体，细胞体是发起刚才我们说的动作电位的位置。动作电位被引发之后会沿着神经元上面一个细长的部分传递下去，这个细长的部分被称为轴突，最终这个动作电位到达了神经元的末端，神经递质的释放就在这个地方。

神经元细胞和肌肉细胞是类似的，细胞外面的钠离子一般是比细胞里面的要多，内外两侧的钠离子浓度差在细胞膜上就形成了一个大约零点零一伏特的电势差。虽然这个电势差听起来不大，但是如果考虑到细胞膜的厚度只有几纳米，那跨越细胞膜两侧的电压实际上就达到了一百万伏特每米，这个相当于一厘米的距离上就有高达一万伏特的电压，这个足以产生击穿的火花，用在车上做点燃汽油的火花塞了。

我们再接着往回看，艺术家手臂上运动神经元的头段也就是神经元的包体与一群叫突触的结构相连，这个突触类似于神经元与神经元之间的接线盒，与神经和肌肉相连的地方一样，上游的神经元把神经递质释放到了连接的间隙里面，这些神经递质又引起了神经元细胞表面分布广泛的离子通道的开启，继而导致带正电的离子涌入到细胞引起了电势差的急剧降低。（未完）