綜述：量子理論能否為意識提供解釋？——從物理基礎到哲學邊界的一次系統梳理

（圖片源于網絡）

導語

人們普遍認為，意識（或者更廣義地說，心理活動）在某種意義上與物質大腦的行為相關。鑒于量子理論是當前關于物質最為基礎的理論，由此產生一個合理的問題：量子理論是否能夠幫助我們理解意識？過去數十年間出現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行綜述。

相關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；（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）物質和意識被認為是一種潛在現實的兩個方面。本文將指出，這些方法基于不同認識論的假設，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勢。

關鍵詞：意識（Consciousness）、量子理論（Quantum Theory）、心理活動（Mental Activity）、認識論假設（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與哲學之間最難以銜接的議題之一。一方面，現代神經科學已經在相當程度上揭示了意識狀態與大腦活動之間的相關性；另一方面，即便掌握了大量關于神經機制的知識，意識體驗本身——例如主觀感受、整體統一性以及“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，量子理論逐漸進入意識研究的討論視野。量子力學是當代物理學對物質最基本層級的描述理論，而大腦本身由原子、分子和基本粒子構成。如果意識依賴于大腦的物質過程，那么一個自然的問題便隨之出現：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，而是采取一種嚴格的哲學分析立場，對“量子—意識”相關研究進行系統的分類、澄清與評估。

文章一開始便強調，探討量子理論與意識之間的關系，本身并不等同于支持某種“量子意識論”。這一討論僅僅承認一個基本事實：在當前的科學圖景中，大腦由量子層級的物質構成，而意識又顯然與大腦狀態相關，因此，量子理論在邏輯上無法被簡單排除在意識研究之外。

為何量子理論會進入意識討論？

在經典物理的世界觀中，自然界通常被理解為一個因果閉合的系統：任何宏觀狀態在原則上都可以由初始條件和確定的動力學定律唯一決定。只要系統狀態的信息足夠完備，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對復雜現象的還原式解釋。

在這一框架下，如果意識被視為大腦的一種功能狀態，那么它理應可以還原為神經元層面的物理過程。換言之，只要對神經活動的描述足夠精細，意識現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代神經科學的研究路徑。

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

圖 1｜經典物理與量子理論在自然觀上的差異。經典物理將自然界理解為由確定、可分的對象構成，其演化由初始條件和動力學定律唯一決定；量子理論則以概率方式描述系統狀態，允許疊加與糾纏，并強調測量對系統的影響。這種自然觀層面的差異構成了量子理論進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：如果物質世界在最基本層級上并非由確定、可分的對象構成，那么意識在經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的理解仍停留在不恰當的層級？

需要強調的是，這一疑問本身并不預設結論。量子理論進入意識研究，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，也可能只是揭示現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部尋找與意識直接相關的量子物理過程。這一思路的出發點在于：意識體驗的某些整體性特征在經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。

在具體設想中，這類理論往往將注意力集中在神經元內部的微觀結構上，而不是神經元之間的宏觀連接。例如，神經元中的細胞骨架、微管或其他亞細胞成分，被認為可能在特定條件下支持量子疊加、相干或其他非經典效應。理論上的關鍵假設是：這些量子態不僅能夠在生物環境中短暫存在，而且能夠在足夠長的時間尺度上對神經活動產生功能性影響，從而參與意識的形成。

圖 2｜神經元內部的微管結構示意。圖中展示了微管等亞細胞結構在神經發育與功能中的關鍵角色，包括神經元遷移、軸突延伸及細胞內運輸。一些量子大腦理論正是基于這類微觀結構在神經系統中的重要性，推測意識可能與神經元內部的更底層物理過程有關。這類觀點試圖在大腦內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”這樣的相關性描述，而是試圖給出一條明確的物理因果鏈條：從量子態的產生與演化，到神經過程的調制，再到主觀意識體驗的出現。在這一點上，這一路徑的目標與經典神經科學并無本質不同，區別僅在于所訴諸的物理層級更為基礎。

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

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驗支持的不足，而非理論構想本身的自洽性。

量子形式主義作為認知建模工具

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學建模工具，用來描述某些在經典框架下難以刻畫的認知現象。

在心理學和認知科學中，人類的判斷與決策行為長期被發現并不總是符合經典理性模型的預期。例如，同一組選項在不同呈現順序下可能導致不同選擇，個體的判斷往往高度依賴上下文，而非固定偏好。這類現象在經典概率論中難以系統表達，因為經典概率模型假設狀態是確定的、彼此獨立的。

量子概率論則提供了一種不同的形式結構。在這一框架中，認知狀態可以被表示為疊加態，不同問題情境對應不同的測量操作，而測量順序本身會影響最終結果。這種形式化方式在數學上能夠自然地描述順序效應和情境依賴，因此在建模層面顯示出一定優勢。

需要明確的是，在這一語境中，“量子”并不指向微觀物理過程，而是指一種非經典的狀態空間與概率結構。使用量子形式主義，并不意味著大腦在物理上執行量子計算，更不意味著意識本身是量子現象。這種方法的目標是改進描述工具，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元的功能狀態，而非其物理機制。圖中左側展示經典神經科學中的膜電位動力學，刺激可能引發放電或僅產生亞閾值響應。右側引入的量子態記號并不意味著神經元在物理意義上處于量子疊加態，而是作為一種形式化語言，用以刻畫功能層面的“未決狀態”。其中，|0〉 與 |1〉 分別對應未放電與放電，ψ=c0|0〉+c1|1〉 描述閾值附近對不同結果的潛在傾向；后續輸入相當于一次“測量”，使系統呈現為確定結果。

因此，這一路徑的貢獻主要體現在方法論層面。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問題。

意識與物質的雙重面向理解

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

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，而是同一基礎現實在不同描述框架下的呈現。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，而在于它已經表明，經典物理關于“獨立存在、完全客觀的物質對象”的直覺并非終極描述。

圖 4｜意識與物質的雙重面向示意。在雙重面向理論中，意識與物質并非因果關系，而是同一基礎現實的不同表現形式。量子理論中關于觀察者與系統不可完全分離的思想，為這種理解提供了哲學啟發。

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

這種路徑的優勢在于，它避免了將意識強行還原為神經機制所面臨的困難，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，卻并未獲得關于其如何產生、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。在經典物理的決定論圖景中，世界的未來狀態被認為完全由過去狀態和動力學定律所決定。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，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。量子過程并非嚴格決定的，而是以概率方式展開，這一特征使一些研究者認為，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，如果行為的發生不再是先前狀態的必然結果，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鍵且常被忽視的概念缺口。隨機性本身并不構成選擇，更不等同于主體控制。一個事件如果只是以不可預測的方式發生，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測的量子事件所觸發，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、理由以及責任歸屬。隨機性或許可以打破嚴格決定論，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“房間內部/外部”為隱喻對多種“內部解釋”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格決定論，但并不能提供主體控制或責任基礎，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、信念和目標相關聯，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？

在關于量子與意識關系的討論中，最終往往會浮現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、整體統一性以及第一人稱視角，似乎都難以在標準的物理描述中找到直接對應。然而，僅僅因為某一現象難以解釋，并不足以推導出物理定律本身存在缺陷。

從科學史的角度看，復雜現象多次被誤認為需要新的基礎定律。生命現象曾被視為超出物理和化學解釋的領域，熱力學中的不可逆性也一度被認為無法從微觀動力學中推出，復雜系統的整體行為更是長期被認為不可還原。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象的方式。新的概念并非出現在微觀層面，而是出現在宏觀結構、動態模式和系統層級之中。

圖 6｜科學解釋中的多層級結構與涌現關系。圖中展示了從微觀物理層級到宏觀社會過程的連續層級結構。隨著層級上升，系統的關系復雜性與組織形式顯著增強，涌現出無法在低層描述中直接表達的整體特征。在這一框架下，上層現象并不要求新的基礎物理定律，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乎解釋層級，而非物理基礎的缺失。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系時，一個重要的結論是保持方法論上的克制：在沒有明確理由之前，不應輕易假設意識現象必然指向新的物理定律。量子理論或許能夠提供啟發，但它并不自動承擔解釋意識的終極責任。

保持開放，而非倉促下結論

量子理論與意識之間的關系，既不應被神秘化，也不應被簡單否定。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”，而是清楚地區分：我們究竟在試圖解釋什么，又希望解釋達到何種層級。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，也包括我們如何理解科學解釋的邊界。

意識科學讀書會

從神經元放電到自我意識的涌現，意識是人類最稀松平常的主觀體驗，也始終是科學中最迷人的問題。在“我是誰”的終極追問下，當我們深入意識的機制與機理，會發現更值得深思的是，無論是神經機制的功能整合、信息的跨腦區傳遞，還是現象意識的主觀性質，不同層面的問題都在共同指向一個核心挑戰：物理過程如何產生主觀體驗？功能計算如何關聯現象感受？局部神經活動又如何整合為統一的意識？而要回答這些問題的并不簡單，它可能會挑戰我們對世界和實在，乃至科學方法本身的理解。

為了對意識問題進行系統探討，集智俱樂部聯合來自哲學、認知神經科學、計算機科學、復雜科學領域的研究者共同發起，跨越理論與實證、功能與現象、生物與人工的視角，全面深入研討意識這一現象本身。重點探討當代主流意識理論的核心主張與分歧，神經機制與主觀體驗之間的橋梁，以及AI意識、腦機接口等技術如何重塑人類意識主體的邊界與文明的未來。

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