深度人类大脑这么复杂，量子力学能够解释背

作者MichalBrooks

机器之心编译出品

编译汪汪、Fm-庞、ChnXiaoqing

人类的大脑为何具有如此复杂的思考能力？这背后是否有量子力学的加持？物理学家MatthwFishr给出了自己的答案。本文是NwScintist杂志对这个话题的深度长文。

从意识到长期记忆，人脑拥有独一无二的计算能力——这些或许都能用量子模糊性来解释。

MatthwFishr担心如果同事发现他最近的研究项目会作何感想。最后，他终于释怀，因为他并没有在一片嘲笑中被轰出去。他说：“他们告诉我，这是合理的科学——我并没有疯。”

当然，Fishr的简历中没有任何与疯狂沾边的东西。他是材料量子特性方面的专家，曾在IBM工作，后来又去了微软的量子计算研究所StationQ，从事量子计算机的开发。他现在是加州大学圣塔芭芭拉分校科维理理论物理研究中心的教授。今年，他获得了美国物理协会的奥利弗·巴克利凝聚态物理奖，而这个奖的获得者中有许多后来都获得了诺贝尔奖。

然而，他却开辟了一个新战场，一个许多物理学家避犹不及的学科。

“大脑使用量子力学吗？这完全是一个合理的问题”，Fishr说。在某个层面上，他是正确的——答案是肯定的，大脑当然会用到量子力学。大脑是由原子组成的，只要是原子就必须遵循量子力学的规律。但是Fishr真正想问的问题是，量子物体的奇异特性（例如，同时位于两个地方的叠加态、相距甚远还能实时相互影响的量子纠缠等等）是否能够解释与人类认知有关的那些复杂迷惑的问题。这是一个饱受争议的问题。

最根本的异议来自奥卡姆剃刀原则。该原则说，最简单的解释通常就是最好的。从这个观点来看，目前关于大脑的非量子观点运行得还不错。加拿大滑铁卢大学的哲学家PaulThagard说：“越来越多的证据表明，我们可以用神经元之间的交互来解释所有与意识有关的趣事。”牛津大学的物理学家DavidDutsch同意这种说法。他问道：“真的有必要召唤出量子物理学来解释认知吗？我认为没有。如果真有必要，我会非常惊讶。”

Fishr却不那么肯定。他指出，迄今关于记忆的理论远算不上无懈可击——比如，有观点称记忆存储在神经网络的结构或神经元之间的连接中。他说：“我的直觉告诉我，神经科学中有太多令人迷惑的东西了。”那么，为何不去研究一下量子力学是否能提供更好的解释呢？

或许，人们不去研究量子力学与意识的关系是因为有前车之鉴。年，牛津大学数学家罗杰·彭罗斯提出，没有任何一个标准而经典的计算模型能够解释大脑为什么能产生出想法和意识经验。这个想法吸引了许多人，包括亚利桑那州一位名为StuartHamroff的麻醉师。他提出了一个特别的方式，能让量子效应涉入意识。

这个想法的关键之处在细胞微管——这是组成神经元支撑结构的蛋白质管。利用量子效应，微管同时处于两个不同形状的「叠加态」（suprpositions）。每个形状相当于一个比特的传统信息，所以，这个变形的量子比特（也叫作量子位，qubit）能够存储相当于传统计算机两倍的信息。

接下来，把量子纠缠加进去，你就能迅速建造起一台量子计算机，其存储的信息量和存储效率都远高于传统计算机。量子纠缠是一种奇特的性质，能让两个量子比特状态保持纠缠，即使它们并没有彼此接触。实际上，彭罗斯提出，量子计算机能同时探索问题的多个答案，并用不同的方式将这些答案组合起来，正好能够解释大脑的特殊天赋。

彭罗斯和Hamroff在这个想法上进行了合作。他们和其他人一起，将其当做一个合理的理论四处宣传。但是，漏洞出现了。

从一个物理学家的角度看，最根本的问题在于退相干的时间。叠加态和量子纠缠都是非常脆弱的现象。有多脆弱呢？就像杂技演员们在高空钢丝上骑着独轮车叠罗汉一样脆弱。稍有一点干扰，就会失去平衡。在量子系统中，哪怕只有一丁点热量、机械振动等干扰，量子状态就会“退相干”成一个平淡无奇的普通状态。存储在量子状态中的信息就会损失掉，消散在周围的环境中。

包括Fishr在内的物理学家想建造一台大型量子计算机，但这个问题困扰了他们20多年。即使在低温冷却和机械分离的条件下，也很难使量子比特网络的相干状态保持足够长的时间以获得超越传统计算机的能力。

更不用说在温暖潮湿的大脑里，晃荡拥挤的分子就像一锅热汤，几乎不可能维持相干状态。神经元保持信息的同时更要以微秒级的速度处理它，因为计算表明，微管中量子叠加态只能持续10^(-20)至10^(-13)秒。神经哲学家PatriciaChurchland对此做了总结，成为了后来的主流观点：“突触里的仙尘与微管量子相干理论具备相同的解释力。”她在年写道。（仙尘指的是童话中仙女洒下的魔法金粉，此处意在讽刺微管相干理论说不通。——译者注）

Fishr也怀有同样的怀疑。他说：“当他们开始谈论微管时，我立刻知道它没有意义。这不可能成为量子信息的工作方式，除非你能控制它，并避免它与周围的环境发生纠缠。”

但他同时认为，如果万能的进化论竟然没有发现神奇的量子方法，是不是很奇怪？生命有数十亿年的时间去“发现”量子力学，它们完全可以用自己精湛的分子仪器去开发利用量子力学。即使大脑中神经元之间的电脉冲（它能被经典物理学很好地描述）确实能作为思维和记忆的直接基础，也可能存在一个隐藏的量子层面，在某种程度上决定着这些神经元连接和放电的方式。

Fishr对此的个人兴趣始于一条迂回的路：当他知道身边有人患精神疾病时，他想知道精神病的持续性和药物疗效。“没有人真正知道精神病药物的工作原理。”他说。他认为其中必有原因。我们需要对药物尝试修正的对象进行更深入的理解，这个对象也就是人类的心灵。

Fishr最初







































关于北京白癜风的治疗哪里好
治疗白癜风多少钱