这里有一件事,会让你对早晨的咖啡仪式产生全新的看法:你之所以能“体验”到那浓郁的香气、温暖的感觉以及那丝微苦——那种清醒且敏锐的感觉——可能是因为你的大脑正运行在量子物理学之上。
我知道,我知道。当我们谈论粒子、波和盒子里的猫时,量子力学本身就已经够让人困惑了。现在你居然告诉我,它可能还负责了我的思想?我的梦境?甚至是我凌晨两点那难以解释的对芝士的渴望?
请跟上我的思路,因为这个故事包含了一切:诺贝尔奖得主、叛逆的科学家,以及一场持续了40年且从未平息的争论。
没人能解开的大脑之谜
从人类拥有大脑以来(诚然,这已经是很长一段时间了),我们一直在思考:究竟是什么创造了意识?是什么让你头骨里那一团神经元和电流变成了……“你”?
传统的神经科学在绘制大脑图谱、理解神经元如何通信,以及弄清当你识别一张脸或回忆钥匙放在哪儿时哪些大脑区域会“亮起来”方面,已经取得了惊人的成就。但在这一切之上,仍悬浮着一个巨大的问号:所有这些电信号和化学过程,是如何产生主观体验的?
不知道你怎么想,但我一直觉得这个问题让人感到由衷的渺小。我们这些由物质组成的存在,竟然在试图理解物质本身。这就像是宇宙在对自己玩一场精妙的玩笑。
狂野理论登场
早在1989年,罗杰·彭罗斯(Roger Penrose)——没错,就是后来获得诺贝尔物理学奖的那位罗杰·彭罗斯——投下了一枚重磅炸弹。在他的著作《皇帝的新脑》(The Emperor's New Mind)中,他提出意识绝不可能像普通计算机那样运作。其中一定还存在着“别的东西”,某种需要他称之为“非计算物理学”的过程。
翻译一下:你的大脑创造意识的方式,可能需要量子力学才能解释得通。
这可是个巨大的主张。当时大多数神经科学家基本上对此不屑一顾。大脑是温暖、潮湿且混乱的——而量子效应(通常需要极低温和精确的隔离)最讨厌这种环境。如此脆弱的量子过程,怎么可能在生物界这种“蹦迪现场”中生存下来呢?
但彭罗斯并非孤军奋战。他与亚利桑那大学的麻醉学家斯图尔特·哈梅罗夫(Stuart Hameroff)联手,共同开发了一种被称为“协调客观还原”(Orchestrated Objective Reduction,简称 Orch OR,因为科学家显然都忍不住要用缩写)的理论。
核心观点是什么?在你神经元的深处,存在着被称为微管(microtubules)的微小管状结构,它们就像细胞内部的支架。彭罗斯和哈梅罗夫提出,这些微管可能正在做一些非凡的事情:处理量子信息。
永不平息的争议
几十年来,Orch OR 一直处于科学讨论中“有趣但可能不对”的角落。批评意见是合理的:生物系统中的量子效应?在大脑里?在室温下?这听起来更像是科幻小说而非科学。
但关键点来了——这也是让科学家们彻夜难眠的原因——这个理论从未真正消失。而且最近,它正获得意想不到的势头。
证据正在积累
这时,韦莱斯利学院的神经科学教授迈克尔·威斯特(Michael Wiest)出现了,他一直在探索这片充满争议的领域。在最近发表于《eNeuro》和《意识神经科学》(Neuroscience of Consciousness)的研究中,威斯特和他的团队决定测试微管是否真的参与了意识。(没错,我保证这比听起来更有趣。)
他们使用了一种能与大鼠神经元微管结合的化学物质,然后让这些可怜的小家伙接受麻醉。神奇的事情发生了:使用了结合化学物质的大鼠,进入麻醉状态所需的时间更长。这种化学物质似乎保护了某些东西——具体来说,就是那些微管。
威斯特将此解释为微管确实可能是意识机制一部分的证据。麻醉对微管的影响与其他神经元部分不同,这表明它们扮演着特殊的角色。
“这支持了微管作为生物意识物理基质的可行性,”威斯特写道。
其他研究人员也为这场“量子之火”添了一把柴。已有研究发现,量子纠缠可以在比我们想象中更大的尺度上运行——这项工作让研究人员获得了2022年的诺贝尔物理学奖。大脑中存在量子信号的证据也在不断堆积。
这是证明吗?完全不是。但这确实让人们重新开始关注它。
故事的另一面
在这里我想保持公正,因为科学在争论中成长。仍有大量研究人员对“量子意识”的想法持高度怀疑态度。
麻省理工学院(MIT)的一个团队最近发表的研究表明,意识可能源于最传统的经典物理学——具体来说,是跨越大脑网络进行模拟计算的电波。不需要任何量子怪象。
“考虑到在单位能量下实现计算最大化的强大进化压力,”他们写道,“如果进化没有利用这种内置的模拟计算基质,那将令人惊讶。”
这也是一个极具说服力的论点。进化是讲究经济效益的;如果经典物理学能完成任务,为什么要用量子力学把事情搞复杂呢?
为什么这场争论很重要(即使它听起来很抽象)
这是我对这一切的看法:我真心喜欢这场争论的存在。
我们生活在一个被不断告知“科学已经搞定了一切”的时代,所有的重大发现似乎只是在填补空白。但意识呢?这感觉像是留下的真正的疆域之一——一个最大的问题仍处于开放状态的地方。
无论意识是源于微管中的量子过程、经典电波,还是某种我们尚未想象到的东西,我们仍在应对存在的最深层谜团:为什么“成为你”这件事本身会有一种主观体验,而不是完全没有?
而且说实话,物理学和神经科学领域的一些最伟大的头脑正在为此积极协作(或争论),这给了我希望。这意味着我们依然保持着好奇心。依然愿意去追逐那些看似不可能的问题。
那么……这对你意味着什么?
老实说?在今天可能没什么实际用途。下次你喝早晨的咖啡时,你不会去思考微管。
但也许,仅仅是也许,下次当你体验到真正的惊叹时刻——看一场日落,听一首直击灵魂的音乐,或者进行一场让你感到前所未有的生机勃勃的对话时——你可能会停顿一秒,然后心想:“嘿,我大脑里正在发生的,要么是复杂到不可思议的经典物理学……要么是某种更怪异、更神秘的东西。”
无论哪种情况,这本身就很神奇,不是吗?