為什么物理學(xué)家說意識(shí)是一種物質(zhì)狀態(tài)

為什么物理學(xué)家說意識(shí)是一種物質(zhì)狀態(tài)

理論物理學(xué)正在悄然進(jìn)行一場革命。自從這門學(xué)科存在以來，物理學(xué)家一直不愿意討論意識(shí)，認(rèn)為它是江湖醫(yī)生和江湖騙子的話題。事實(shí)上，僅僅提到“意識(shí)”這個(gè)詞就可能毀掉職業(yè)生涯。

由于一種全新的意識(shí)思維方式在理論物理領(lǐng)域如野火般蔓延，這種情況終于開始改變。雖然意識(shí)的問題遠(yuǎn)未得到解決，但它最終被數(shù)學(xué)地表述為一組研究人員能夠理解、探索和討論的問題。

劍橋麻省理工學(xué)院的理論物理學(xué)家馬克斯泰格馬克闡述了這種新思維方式所引發(fā)的基本問題。他展示了如何用量子力學(xué)和信息論來表述這些問題。他解釋了以這種方式思考意識(shí)是如何引出關(guān)于現(xiàn)實(shí)本質(zhì)的精確問題，而科學(xué)實(shí)驗(yàn)過程可能有助于理清這些問題。

為什么物理學(xué)家說意識(shí)是一種物質(zhì)狀態(tài)

泰格馬克的方法是把意識(shí)看作是物質(zhì)的一種狀態(tài)，就像固體、液體或氣體一樣。我猜想意識(shí)可以被理解為物質(zhì)的另一種狀態(tài)。就像有很多種液體一樣，也有很多種意識(shí)。

他接著展示了意識(shí)的特殊屬性是如何從支配我們宇宙的物理定律中產(chǎn)生的。他還解釋了這些性質(zhì)是如何讓物理學(xué)家推斷出意識(shí)產(chǎn)生的條件，以及我們?nèi)绾卫靡庾R(shí)來更好地理解為什么我們周圍的世界是這樣呈現(xiàn)的。

有趣的是，研究意識(shí)的新方法來自于物理學(xué)界之外，主要來自于神經(jīng)科學(xué)家，如麥迪遜市威斯康辛大學(xué)的朱利奧托諾尼。托諾尼提出，一個(gè)展示意識(shí)的系統(tǒng)必須具備兩個(gè)特定的特征。首先，系統(tǒng)必須能夠存儲(chǔ)和處理大量信息。換句話說，意識(shí)本質(zhì)上是一種信息現(xiàn)象。

為什么物理學(xué)家說意識(shí)是一種物質(zhì)狀態(tài)

其次，這些信息必須整合成一個(gè)統(tǒng)一的整體，這樣就不可能被分割成獨(dú)立的部分。這反映了這樣一種經(jīng)驗(yàn)，即意識(shí)的每個(gè)實(shí)例都是一個(gè)統(tǒng)一的整體，不能分解為單獨(dú)的組件。這兩種特性都可以用數(shù)學(xué)方法指定，這使得像馬克斯泰格馬克這樣的物理學(xué)家可以第一次對(duì)它們進(jìn)行推理。他首先概述了意識(shí)系統(tǒng)必須具備的基本屬性。

由于它是一種信息現(xiàn)象，一個(gè)有意識(shí)的系統(tǒng)必須能夠在內(nèi)存中存儲(chǔ)并有效地檢索它。它還必須能夠處理這些數(shù)據(jù)，就像一臺(tái)計(jì)算機(jī)一樣，但它比我們所熟悉的硅基設(shè)備更加靈活和強(qiáng)大。

馬克斯泰格馬克借用computronium來描述可以做到這一點(diǎn)的物質(zhì)，并引用了其他研究成果，這些成果表明，今天的計(jì)算機(jī)比計(jì)算的理論極限低了約38個(gè)數(shù)量級(jí)。顯然，有意識(shí)系統(tǒng)的性能還有很大的改進(jìn)空間。

接下來，馬克斯泰格馬克討論了感知器，它被定義為主觀自我意識(shí)的最普遍的物質(zhì)。這種物質(zhì)不僅應(yīng)該能夠儲(chǔ)存和處理信息，而且應(yīng)該能夠形成統(tǒng)一的、不可分割的整體。這也需要一定程度的獨(dú)立性，其中信息動(dòng)態(tài)是由內(nèi)部而不是外部決定的。

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最后，馬克斯泰格馬克用這種新的思考意識(shí)的方式作為透鏡來研究量子力學(xué)的一個(gè)基本問題，即量子因子分解問題。這是因?yàn)榱孔恿W(xué)用三個(gè)數(shù)學(xué)實(shí)體來描述整個(gè)宇宙：一個(gè)被稱為哈密頓量的物體，它描述了系統(tǒng)的總能量；描述系統(tǒng)中所有量子態(tài)之間關(guān)系的密度矩陣；薛定諤方程描述了這些東西如何隨時(shí)間變化。

問題是，當(dāng)用這些術(shù)語描述整個(gè)宇宙時(shí)，有無數(shù)的數(shù)學(xué)解，包括所有可能的量子力學(xué)結(jié)果和許多其他更奇異的可能性。

所以問題是為什么我們認(rèn)為宇宙是半經(jīng)典的，熟悉的三維世界。當(dāng)我們看一杯冰水時(shí)，我們認(rèn)為液體和固體冰塊是獨(dú)立的，即使它們是作為同一個(gè)系統(tǒng)的一部分緊密相連。這是怎么發(fā)生的呢？在所有可能的結(jié)果中，我們?yōu)槭裁匆兄@個(gè)解決方案？

為什么物理學(xué)家說意識(shí)是一種物質(zhì)狀態(tài)

馬克斯泰格馬克沒有答案。但他的方法最吸引人之處在于，它是用量子力學(xué)的語言來表述的，這種方式允許進(jìn)行詳細(xì)的科學(xué)推理。結(jié)果，它提出了各種各樣的新問題，物理學(xué)家們想要更詳細(xì)地分析這些問題。例如，意識(shí)系統(tǒng)中的信息必須統(tǒng)一。這意味著系統(tǒng)必須包含糾錯(cuò)代碼，允許最多一半信息的子集從其余信息重構(gòu)出來。

馬克斯泰格馬克指出，任何存儲(chǔ)在稱為Hopfield神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的特殊網(wǎng)絡(luò)中的信息都會(huì)自動(dòng)具有這種糾錯(cuò)功能。然而，據(jù)他計(jì)算，一個(gè)人腦大小、擁有10^11個(gè)神經(jīng)元的Hopfield網(wǎng)絡(luò)，只能存儲(chǔ)37比特的綜合信息。

這給我們留下了一個(gè)整合悖論：為什么我們的意識(shí)體驗(yàn)的信息內(nèi)容似乎遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于37位元？這是一個(gè)許多科學(xué)家可能最終會(huì)仔細(xì)思考的問題。對(duì)于馬克斯泰格馬克來說，這個(gè)悖論表明他的意識(shí)數(shù)學(xué)公式缺少一個(gè)重要的組成部分。他表示：“這強(qiáng)烈暗示，整合原則必須得到至少一項(xiàng)附加原則的補(bǔ)充。“

然而，這種方法的力量在于假設(shè)意識(shí)并不超出我們的認(rèn)知范圍；沒有什么“秘方”是無法馴服的。20世紀(jì)初，一群年輕的物理學(xué)家開始了一項(xiàng)探索，試圖解釋我們對(duì)宇宙的理解中一些奇怪但看似微小的異常現(xiàn)象。在推導(dǎo)相對(duì)論和量子力學(xué)的新理論時(shí)，它們最終改變了我們理解宇宙的方式。這些物理學(xué)家，至少其中一些，現(xiàn)在已經(jīng)家喻戶曉。是不是在21世紀(jì)初，一場類似的革命正在進(jìn)行？

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