（圖片源于網(wǎng)絡(luò)）

導(dǎo)語

人們普遍認(rèn)為，意識（或者更廣義地說，心理活動）在某種意義上與物質(zhì)大腦的行為相關(guān)。鑒于量子理論是當(dāng)前關(guān)于物質(zhì)最為基礎(chǔ)的理論，由此產(chǎn)生一個合理的問題：量子理論是否能夠幫助我們理解意識？過去數(shù)十年間出現(xiàn)了一些對此問題作出肯定回答的研究，本文將對這些研究進(jìn)行綜述。

相關(guān)研究大體可分為三類基本取向：（1）將意識視為大腦中量子過程的體現(xiàn)；（2）在不涉及大腦活動的前提下，借用量子概念來理解心理活動；（3）物質(zhì)和意識被認(rèn)為是一種潛在現(xiàn)實的兩個方面。本文將指出，這些方法基于不同認(rèn)識論的假設(shè)，并以不同的方式運用量子理論。對于每種方法，本文都將著重闡述其存在的問題和優(yōu)勢。

關(guān)鍵詞：意識（Consciousness）、量子理論（Quantum Theory）、心理活動（Mental Activity）、認(rèn)識論假設(shè)（Epistemological Assumptions）、大腦活動（Brain Activity）

鄭鴻盛丨作者

趙思怡丨審校

論文題目：Quantum Approaches to Consciousness 論文鏈接：https://plato.stanford.edu/entries/qt-consciousness/ 首次發(fā)表：2004年11月30日 修訂時間：2024年5月13日 論文來源：Stanford Encyclopedia of Philosophy

意識問題長期以來被視為自然科學(xué)與哲學(xué)之間最難以銜接的議題之一。一方面，現(xiàn)代神經(jīng)科學(xué)已經(jīng)在相當(dāng)程度上揭示了意識狀態(tài)與大腦活動之間的相關(guān)性；另一方面，即便掌握了大量關(guān)于神經(jīng)機制的知識，意識體驗本身——例如主觀感受、整體統(tǒng)一性以及“此時此地”的在場性——仍然難以被還原為純粹的物理描述。

正是在這一背景下，量子理論逐漸進(jìn)入意識研究的討論視野。量子力學(xué)是當(dāng)代物理學(xué)對物質(zhì)最基本層級的描述理論，而大腦本身由原子、分子和基本粒子構(gòu)成。如果意識依賴于大腦的物質(zhì)過程，那么一個自然的問題便隨之出現(xiàn)：在解釋意識時，是否有必要，或者至少是否有意義，引入量子層級的描述？

圍繞這一問題，Stanford Encyclopedia of Philosophy收錄并持續(xù)更新了條目 Quantum Approaches to Consciousness。該條目并不試圖提出新的意識理論，也不為任何既有立場背書，而是采取一種嚴(yán)格的哲學(xué)分析立場，對“量子—意識”相關(guān)研究進(jìn)行系統(tǒng)的分類、澄清與評估。

文章一開始便強調(diào)，探討量子理論與意識之間的關(guān)系，本身并不等同于支持某種“量子意識論”。這一討論僅僅承認(rèn)一個基本事實：在當(dāng)前的科學(xué)圖景中，大腦由量子層級的物質(zhì)構(gòu)成，而意識又顯然與大腦狀態(tài)相關(guān)，因此，量子理論在邏輯上無法被簡單排除在意識研究之外。

為何量子理論會進(jìn)入意識討論？

在經(jīng)典物理的世界觀中，自然界通常被理解為一個因果閉合的系統(tǒng)：任何宏觀狀態(tài)在原則上都可以由初始條件和確定的動力學(xué)定律唯一決定。只要系統(tǒng)狀態(tài)的信息足夠完備，其未來演化就不再包含根本性的未知。這一決定論圖景長期支撐著自然科學(xué)對復(fù)雜現(xiàn)象的還原式解釋。

在這一框架下，如果意識被視為大腦的一種功能狀態(tài)，那么它理應(yīng)可以還原為神經(jīng)元層面的物理過程。換言之，只要對神經(jīng)活動的描述足夠精細(xì)，意識現(xiàn)象本身并不需要額外的解釋原則。這種思路在理論上是自洽的，也在很大程度上塑造了現(xiàn)代神經(jīng)科學(xué)的研究路徑。

然而，量子理論則引入了一種與這一經(jīng)典圖景截然不同的描述方式。量子狀態(tài)不再對應(yīng)于確定的物理屬性，而是以概率分布的形式存在；系統(tǒng)在未被測量時并不處于某個明確狀態(tài)，而是以疊加方式被刻畫；測量行為本身也會改變系統(tǒng)狀態(tài)。通過量子糾纏，不同系統(tǒng)之間甚至可以形成不可分割的整體。

圖 1｜經(jīng)典物理與量子理論在自然觀上的差異。經(jīng)典物理將自然界理解為由確定、可分的對象構(gòu)成，其演化由初始條件和動力學(xué)定律唯一決定；量子理論則以概率方式描述系統(tǒng)狀態(tài)，允許疊加與糾纏，并強調(diào)測量對系統(tǒng)的影響。這種自然觀層面的差異構(gòu)成了量子理論進(jìn)入意識討論的物理背景。

這些特征表明，量子理論不僅是一套新的計算方法，更是一種不同于經(jīng)典決定論的自然觀。在這種背景下，一些研究者開始重新審視意識問題：如果物質(zhì)世界在最基本層級上并非由確定、可分的對象構(gòu)成，那么意識在經(jīng)典物理框架下顯得難以還原，是否至少部分源于我們對物理基礎(chǔ)的理解仍停留在不恰當(dāng)?shù)膶蛹墸?/p>

需要強調(diào)的是，這一疑問本身并不預(yù)設(shè)結(jié)論。量子理論進(jìn)入意識研究，并不必然意味著意識依賴于具體的量子物理機制，它既可能指向新的機制假設(shè)，也可能只是揭示現(xiàn)有解釋框架的概念邊界。圍繞這一問題，研究者逐漸形成了幾種不同的研究思路，下面將分別加以介紹。

意識是否源于大腦中的量子過程？

第一種研究路徑試圖在大腦內(nèi)部尋找與意識直接相關(guān)的量子物理過程。這一思路的出發(fā)點在于：意識體驗的某些整體性特征在經(jīng)典物理層級下難以獲得直觀刻畫，這促使部分研究者提出，問題可能并不完全出在具體神經(jīng)機制上，而在于所采用的物理描述層級；在這一背景下，量子理論被提出作為一種可能需要納入討論的候選框架。

在具體設(shè)想中，這類理論往往將注意力集中在神經(jīng)元內(nèi)部的微觀結(jié)構(gòu)上，而不是神經(jīng)元之間的宏觀連接。例如，神經(jīng)元中的細(xì)胞骨架、微管或其他亞細(xì)胞成分，被認(rèn)為可能在特定條件下支持量子疊加、相干或其他非經(jīng)典效應(yīng)。理論上的關(guān)鍵假設(shè)是：這些量子態(tài)不僅能夠在生物環(huán)境中短暫存在，而且能夠在足夠長的時間尺度上對神經(jīng)活動產(chǎn)生功能性影響，從而參與意識的形成。

圖 2｜神經(jīng)元內(nèi)部的微管結(jié)構(gòu)示意。圖中展示了微管等亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)在神經(jīng)發(fā)育與功能中的關(guān)鍵角色，包括神經(jīng)元遷移、軸突延伸及細(xì)胞內(nèi)運輸。一些量子大腦理論正是基于這類微觀結(jié)構(gòu)在神經(jīng)系統(tǒng)中的重要性，推測意識可能與神經(jīng)元內(nèi)部的更底層物理過程有關(guān)。這類觀點試圖在大腦內(nèi)部尋找直接參與意識生成的量子物理機制，但目前缺乏可靠的實驗證據(jù)支持。

從解釋類型上看，這是一種典型的機制性解釋嘗試。它并不滿足于“意識與某些腦活動相關(guān)”這樣的相關(guān)性描述，而是試圖給出一條明確的物理因果鏈條：從量子態(tài)的產(chǎn)生與演化，到神經(jīng)過程的調(diào)制，再到主觀意識體驗的出現(xiàn)。在這一點上，這一路徑的目標(biāo)與經(jīng)典神經(jīng)科學(xué)并無本質(zhì)不同，區(qū)別僅在于所訴諸的物理層級更為基礎(chǔ)。

然而，這一路徑面臨的核心困難并不在于邏輯一致性，而在于經(jīng)驗可行性。量子相干狀態(tài)通常對環(huán)境擾動極為敏感，而大腦是一個高溫、高噪聲、持續(xù)與環(huán)境進(jìn)行能量和物質(zhì)交換的系統(tǒng)。在這樣的條件下，量子態(tài)是否能夠穩(wěn)定存在，并以可重復(fù)、可控制的方式影響神經(jīng)功能，仍然缺乏直接的實驗證據(jù)。

因此，這類理論目前更多處于探索性假說階段。它們提出了一個在邏輯上可能的解釋方向，但其爭議焦點集中在經(jīng)驗支持的不足，而非理論構(gòu)想本身的自洽性。

量子形式主義作為認(rèn)知建模工具

與上述路徑不同，第二種思路并不主張意識或大腦活動在物理意義上依賴于量子過程。相反，它將量子理論視為一種形式化和數(shù)學(xué)建模工具，用來描述某些在經(jīng)典框架下難以刻畫的認(rèn)知現(xiàn)象。

在心理學(xué)和認(rèn)知科學(xué)中，人類的判斷與決策行為長期被發(fā)現(xiàn)并不總是符合經(jīng)典理性模型的預(yù)期。例如，同一組選項在不同呈現(xiàn)順序下可能導(dǎo)致不同選擇，個體的判斷往往高度依賴上下文，而非固定偏好。這類現(xiàn)象在經(jīng)典概率論中難以系統(tǒng)表達(dá)，因為經(jīng)典概率模型假設(shè)狀態(tài)是確定的、彼此獨立的。

量子概率論則提供了一種不同的形式結(jié)構(gòu)。在這一框架中，認(rèn)知狀態(tài)可以被表示為疊加態(tài)，不同問題情境對應(yīng)不同的測量操作，而測量順序本身會影響最終結(jié)果。這種形式化方式在數(shù)學(xué)上能夠自然地描述順序效應(yīng)和情境依賴，因此在建模層面顯示出一定優(yōu)勢。

需要明確的是，在這一語境中，“量子”并不指向微觀物理過程，而是指一種非經(jīng)典的狀態(tài)空間與概率結(jié)構(gòu)。使用量子形式主義，并不意味著大腦在物理上執(zhí)行量子計算，更不意味著意識本身是量子現(xiàn)象。這種方法的目標(biāo)是改進(jìn)描述工具，而非提出新的本體論主張。

圖 3｜量子形式主義用于描述神經(jīng)元的功能狀態(tài)，而非其物理機制。圖中左側(cè)展示經(jīng)典神經(jīng)科學(xué)中的膜電位動力學(xué)，刺激可能引發(fā)放電或僅產(chǎn)生亞閾值響應(yīng)。右側(cè)引入的量子態(tài)記號并不意味著神經(jīng)元在物理意義上處于量子疊加態(tài)，而是作為一種形式化語言，用以刻畫功能層面的“未決狀態(tài)”。其中，|0〉 與 |1〉 分別對應(yīng)未放電與放電，ψ=c0|0〉+c1|1〉 描述閾值附近對不同結(jié)果的潛在傾向；后續(xù)輸入相當(dāng)于一次“測量”，使系統(tǒng)呈現(xiàn)為確定結(jié)果。

因此，這一路徑的貢獻(xiàn)主要體現(xiàn)在方法論層面。它提供了一種替代性的建模語言，但并不試圖回答意識“是什么”，也不直接介入意識的物理基礎(chǔ)問題。

意識與物質(zhì)的雙重面向理解

第三類路徑則更為哲學(xué)化，其關(guān)注點不在于具體機制或建模工具，而在于意識與物質(zhì)之間的本體論關(guān)系。在這一視角下，意識既不被視為物質(zhì)過程的副產(chǎn)物，也不被視為獨立存在的實體，而是被理解為與物質(zhì)同屬一個更深層現(xiàn)實的不同表現(xiàn)方式。

這種立場通常被稱為“雙重面向理論”或“中性一元論”。其核心思想是：我們通過物理學(xué)描述的世界，與我們通過意識體驗到的世界，并非兩種截然不同的存在，而是同一基礎(chǔ)現(xiàn)實在不同描述框架下的呈現(xiàn)。量子理論在這里的意義，并不在于提供意識生成的具體機制，而在于它已經(jīng)表明，經(jīng)典物理關(guān)于“獨立存在、完全客觀的物質(zhì)對象”的直覺并非終極描述。

圖 4｜意識與物質(zhì)的雙重面向示意。在雙重面向理論中，意識與物質(zhì)并非因果關(guān)系，而是同一基礎(chǔ)現(xiàn)實的不同表現(xiàn)形式。量子理論中關(guān)于觀察者與系統(tǒng)不可完全分離的思想，為這種理解提供了哲學(xué)啟發(fā)。

量子理論中的測量問題、觀察者角色以及系統(tǒng)與環(huán)境之間的不可分割性，削弱了嚴(yán)格的主客二分。這為重新思考心靈與物質(zhì)之間的關(guān)系提供了哲學(xué)空間，使得意識不再被簡單地置于物理世界之外或之上。

這種路徑的優(yōu)勢在于，它避免了將意識強行還原為神經(jīng)機制所面臨的困難，也避免了訴諸神秘的非物理實體。然而，其代價在于解釋層面的高度抽象性。意識在這一框架中被重新定位，卻并未獲得關(guān)于其如何產(chǎn)生、如何演化的具體說明。

量子不確定性是否意味著自由意志？

量子理論常被寄予的一種期待，是為自由意志提供某種物理基礎(chǔ)。在經(jīng)典物理的決定論圖景中，世界的未來狀態(tài)被認(rèn)為完全由過去狀態(tài)和動力學(xué)定律所決定。如果這一圖景成立，那么人類的行為同樣只是因果鏈條中的一環(huán)，自由選擇似乎不過是一種主觀錯覺。

正是在這一背景下，量子理論所引入的根本不確定性顯得格外引人注目。量子過程并非嚴(yán)格決定的，而是以概率方式展開，這一特征使一些研究者認(rèn)為，自然界并非完全被因果必然性所“封閉”，從而為自由意志留下了物理空間。換言之，如果行為的發(fā)生不再是先前狀態(tài)的必然結(jié)果，那么主體或許可以在其中“介入”。

然而，從不確定性到自由意志之間存在一個關(guān)鍵且常被忽視的概念缺口。隨機性本身并不構(gòu)成選擇，更不等同于主體控制。一個事件如果只是以不可預(yù)測的方式發(fā)生，并不能因此被視為自由行為；相反，它更接近于噪聲或偶然擾動。

如果人類行為只是由不可預(yù)測的量子事件所觸發(fā)，那么這種行為同樣缺乏自由意志所要求的核心要素，例如意圖、理由以及責(zé)任歸屬。隨機性或許可以打破嚴(yán)格決定論，但它并不能自動引入“我選擇如此行動”這一意義層面的內(nèi)容。

圖 5｜量子不確定性并不能直接支撐自由意志的解釋示意。圖中以“房間內(nèi)部/外部”為隱喻對多種“內(nèi)部解釋”路徑作出否定性評估，其中包括基于量子不確定性的嘗試。隨機性雖然打破了嚴(yán)格決定論，但并不能提供主體控制或責(zé)任基礎(chǔ)，自由意志的問題因此無法僅通過引入量子過程得到解決。

因此，量子不確定性在哲學(xué)上的意義主要是消解一種極端的決定論立場，而非直接建立自由意志的積極理論。是否存在自由意志，仍然取決于更高層級的解釋，例如行動如何與理由、信念和目標(biāo)相關(guān)聯(lián)，而這些問題本身并不由量子物理直接回答。

意識是否需要新的物理定律？

在關(guān)于量子與意識關(guān)系的討論中，最終往往會浮現(xiàn)出一個更為根本的問題：意識之所以難以解釋，是否意味著現(xiàn)有物理理論在原則上是不完備的？換言之，我們是否需要引入新的物理定律，才能理解意識現(xiàn)象？

這一問題之所以具有吸引力，是因為意識在多個方面都顯得“非典型”。主觀體驗、整體統(tǒng)一性以及第一人稱視角，似乎都難以在標(biāo)準(zhǔn)的物理描述中找到直接對應(yīng)。然而，僅僅因為某一現(xiàn)象難以解釋，并不足以推導(dǎo)出物理定律本身存在缺陷。

從科學(xué)史的角度看，復(fù)雜現(xiàn)象多次被誤認(rèn)為需要新的基礎(chǔ)定律。生命現(xiàn)象曾被視為超出物理和化學(xué)解釋的領(lǐng)域，熱力學(xué)中的不可逆性也一度被認(rèn)為無法從微觀動力學(xué)中推出，復(fù)雜系統(tǒng)的整體行為更是長期被認(rèn)為不可還原。然而，這些問題最終并未通過引入新的微觀定律解決，而是通過引入新的描述層級、組織概念和理論框架得到理解。在這些例子中，物理定律并未改變，改變的是我們理解現(xiàn)象的方式。新的概念并非出現(xiàn)在微觀層面，而是出現(xiàn)在宏觀結(jié)構(gòu)、動態(tài)模式和系統(tǒng)層級之中。

圖 6｜科學(xué)解釋中的多層級結(jié)構(gòu)與涌現(xiàn)關(guān)系。圖中展示了從微觀物理層級到宏觀社會過程的連續(xù)層級結(jié)構(gòu)。隨著層級上升，系統(tǒng)的關(guān)系復(fù)雜性與組織形式顯著增強，涌現(xiàn)出無法在低層描述中直接表達(dá)的整體特征。在這一框架下，上層現(xiàn)象并不要求新的基礎(chǔ)物理定律，而通常需要新的描述層級與理論概念。意識的解釋困難可能更多源于層級與組織問題，而非物理定律本身的不完備。

從這一角度看，意識問題可能同樣更關(guān)乎解釋層級，而非物理基礎(chǔ)的缺失。意識是否需要量子理論，或者甚至新的物理定律，取決于我們希望在何種層級上解釋意識。如果問題在于如何從神經(jīng)活動中理解主觀體驗，那么困難未必源于物理定律本身，而可能源于我們尚未建立起合適的理論橋梁。

因此，在討論量子理論與意識關(guān)系時，一個重要的結(jié)論是保持方法論上的克制：在沒有明確理由之前，不應(yīng)輕易假設(shè)意識現(xiàn)象必然指向新的物理定律。量子理論或許能夠提供啟發(fā)，但它并不自動承擔(dān)解釋意識的終極責(zé)任。

保持開放，而非倉促下結(jié)論

量子理論與意識之間的關(guān)系，既不應(yīng)被神秘化，也不應(yīng)被簡單否定。不同研究路徑所做的，并不是在同一層面上競爭答案，而是在回應(yīng)不同類型的問題。真正重要的，或許不是立即判斷量子理論是否“解釋了意識”，而是清楚地區(qū)分：我們究竟在試圖解釋什么，又希望解釋達(dá)到何種層級。在這一意義上，量子意識之爭更像是一面鏡子，它反映的并不僅是意識本身的難題，也包括我們?nèi)绾卫斫饪茖W(xué)解釋的邊界。

意識科學(xué)讀書會

從神經(jīng)元放電到自我意識的涌現(xiàn)，意識是人類最稀松平常的主觀體驗，也始終是科學(xué)中最迷人的問題。在“我是誰”的終極追問下，當(dāng)我們深入意識的機制與機理，會發(fā)現(xiàn)更值得深思的是，無論是神經(jīng)機制的功能整合、信息的跨腦區(qū)傳遞，還是現(xiàn)象意識的主觀性質(zhì)，不同層面的問題都在共同指向一個核心挑戰(zhàn)：物理過程如何產(chǎn)生主觀體驗？功能計算如何關(guān)聯(lián)現(xiàn)象感受？局部神經(jīng)活動又如何整合為統(tǒng)一的意識？而要回答這些問題的并不簡單，它可能會挑戰(zhàn)我們對世界和實在，乃至科學(xué)方法本身的理解。

為了對意識問題進(jìn)行系統(tǒng)探討，集智俱樂部聯(lián)合來自哲學(xué)、認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)、計算機科學(xué)、復(fù)雜科學(xué)領(lǐng)域的研究者共同發(fā)起，跨越理論與實證、功能與現(xiàn)象、生物與人工的視角，全面深入研討意識這一現(xiàn)象本身。重點探討當(dāng)代主流意識理論的核心主張與分歧，神經(jīng)機制與主觀體驗之間的橋梁，以及AI意識、腦機接口等技術(shù)如何重塑人類意識主體的邊界與文明的未來。

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