量子意识理论,遭遇重大挑战

一个多世纪以来,意识始终是科学最难回答的问题之一。
当神经科学不断深入大脑,另一种更大胆的设想始终挥之不去:意识,会不会来自量子世界?
据《新科学家》 (New Scientist) 报道,最近,一项最新研究认为,一个早已确立的量子物理定律,可能让“量子意识”从理论基础上遭遇重大挑战。
这项研究没有直接解释意识是什么,却试图回答另一个更基础的问题——如果一个“有意识的主体”完全遵循量子力学,它还能做出真正的决策吗?
持续数十年的争论
重新定义“主体”
量子机制的限制
量子智能也可能受限
另一种观点
寄希望于量子计算

长期以来,“意识起源于量子世界”一直是现代科学中最具争议的假说之一。但一项最新数学分析认为,一个早已确立的物理定律,可能已经让这种设想难以成立。
研究人员指出,如果把“意识”建立在一种完全由量子机制驱动的主体(agency)之上,那么它将无法完成意识形成过程中最基本的信息处理步骤。这不仅对量子意识理论提出了新的挑战,也意味着未来即便利用量子计算机模拟“智能主体”,也可能受到基础物理规律的限制。
不过,也有研究人员认为,这项工作并未彻底否定量子意识理论,而是说明:真正的意识,更可能来自经典信息处理与量子信息处理共同作用,而不是纯粹的量子机制。
1. 持续数十年的争论
究竟是什么样的物理过程产生了意识?这种过程是否能够被直接观测、分析和解释?
这是现代科学至今仍未解决的重大问题之一。
20世纪90年代,英国数学家罗杰·彭罗斯(Roger Penrose)与美国麻醉学家斯图尔特·哈默罗夫(Stuart Hameroff)提出了一项著名理论:经典物理学本身不足以解释意识,意识必须起源于量子世界。
这一理论提出后一直伴随着巨大争议。
不少研究者对此持怀疑态度,但与此同时,尝试把量子力学纳入意识解释框架的研究也从未停止。
如今,美国加州查普曼大学研究人员艾米莉·阿德拉姆(Emily Adlam)及其同事重新审视了这一问题。他们没有直接讨论意识本身,而是把目标放在了意识形成之前一个更加基础的问题——主体性(agency)。
研究认为,如果连主体性都无法建立在纯量子机制之上,那么量子意识理论将面临根本性的困难。
2. 重新定义“主体”
意识一直难以给出统一定义。
因此,阿德拉姆团队没有试图定义意识本身,而是首先提出了一个主体(agent)的最小物理定义。
他们认为,任何能够被称为主体的系统,都至少需要完成以下过程:
从外界环境获取信息;
根据这些信息建立一个关于世界的内部模型;
基于这个模型,分别模拟不同可能行动带来的结果;
比较各种可能方案;
最终选择其中一种行动并付诸实施。
阿德拉姆表示,这一过程包含几个不可缺少的信息处理步骤。
首先,主体必须从环境中提取自己需要响应的信息。
随后,它需要把这些信息复制出来,从而能够同时考虑多个不同的行动方案。
最后,再比较各个方案产生的结果,并选择最佳方案指导自己的行为。
她解释说:
“主体首先要从环境中获取自己将要响应的信息,然后经历某种信息复制过程,以便能够同时考虑不同的可能选项。最后,再进行一次比较步骤,对每一种模型产生的结果进行评估,决定哪一种最好,并据此指导自己的行动。”
研究人员认为,任何可信的量子意识理论——包括彭罗斯与哈默罗夫提出的微管理论——如果要成立,都必须能够满足这种最基本的主体模型。
然而,问题恰恰出现在这里。
3. 量子机制的限制
如果这个主体本身也是一个完全遵循量子力学规律运行的系统,那么它就无法完成上述流程中最关键的一步——复制信息。
原因来自量子力学中一个非常著名的基本定理:
不可克隆定理(No-cloning theorem)。
这一理论指出:
描述一个量子系统全部信息的量子态,无法被复制或克隆。
而主体为了比较多个行动方案,本质上必须先复制已有信息,再分别进行不同路径的推演。
如果无法复制,就无法同时评估各种可能性。
研究团队认为,这意味着纯量子主体在理论上无法实现这一基本认知过程。
阿德拉姆表示,一种可能的设想是:
既然无法精确复制量子信息,那么主体是否可以使用不完美复制来完成思考过程?
然而,这同样会引发新的困难。
首先,量子信息与经典信息不同。
只要主体试图从外界提取量子信息,这一测量过程本身就会改变被测对象。
于是,主体内部建立起来的世界模型,其实对应的是一个已经被测量影响后的世界,而不是原来的真实世界。
阿德拉姆表示,人类对现实世界的任何建模本来就不可避免存在误差。
但对于纯量子主体来说,这种误差不仅不会消失,还会不断累积,使后续推理越来越偏离真实世界。
研究人员进一步指出,即便信息获取问题能够解决,后续的决策过程仍然会受到量子力学本身的影响。
原因在于,纯量子主体只能依赖量子信息处理完成计算。
而量子计算采用的信息处理方式,与人们熟悉的经典计算截然不同。
阿德拉姆解释说:
“一个现实中的量子操作,最终往往不会直接选择最佳方案,而是形成一种由所有可能方案组成的特殊叠加态,只不过其中较优方案所占权重更高。最终执行的并不是那个最佳选项,而是一种包含所有选项的奇特组合。”
换句话说,在纯量子计算框架下,决策结果并不是简单地“挑出最佳答案”,而更像是多个可能结果共同存在的一种量子叠加。
这与人们通常理解的主体决策机制存在明显差异。
4. 量子智能也可能受限
研究团队成员、同样来自查普曼大学的凯尔文·麦奎因(Kelvin McQueen)于6月17日在美国加州欧文举行的物理学基础会议上介绍了这项研究。
他表示,这些结论不仅挑战了量子主体理论,也对量子自由意志理论以及量子意识理论提出了新的质疑。
与此同时,这项研究还意味着一个更现实的问题:
未来如果利用量子计算机模拟具有主体性的智能体,其能够实现的能力也可能受到基础物理规律的限制。
麦奎因说:
“这些结果有助于我们理解,在一个本质上遵循量子力学规律的宇宙中,主体性以及类似人类的感知能力究竟是如何产生的。”
研究人员认为,他们发现的这些困难,使人们更加难以论证:主体性和意识都源自一种本质上的量子机制。
相较之下,更合理的解释是,这些现象来自经典机制,或者至少主要由经典机制所支配。
阿德拉姆表示,量子计算或许仍然能够在某些特定环节提供帮助。
例如,在某些计算任务中,引入量子计算可能带来速度优势。
但这并不意味着整个主体形成过程建立在量子机制之上。
她说:
“某些情况下,利用量子计算确实可能带来加速效果。但总体来看,主体性的整个形成过程,更像是建立在经典机制基础之上的。”
5. 另一种观点
不过,并非所有研究人员都认为,这项工作已经足以否定量子意识理论。
澳大利亚昆士兰大学的莎莉·施拉普内尔(Sally Shrapnel)认为,这项研究建立的主体模型,本身依赖于一种特定的量子力学解释。
在这种解释中,量子态被视为现实世界最根本的组成部分。
但如果采用另一种理解——把量子态看作反映观察者知识状态的对象,而不是现实本身——那么,对主体的限制可能会小得多。
施拉普内尔认为,在这种框架下,主体并不一定需要像新研究所设定的那样,先建立多个世界模型,再进行比较和选择。
另一种可能是:
主体持续不断地与环境发生相互作用,在这一动态过程中逐渐收敛到最终决策,而不是通过多个内部模型反复推演。
这样的模型,就允许经典信息处理与量子信息处理共同参与决策过程。
她指出,目前已有的各种量子意识理论,其实都没有像这项新研究中的主体模型那样,要求整个系统完全依赖量子机制。
因此,这些理论目前还不能说已经被彻底排除。
6. 寄希望于量子计算
尽管意识研究仍然极其困难,也很难直接开展实验,但阿德拉姆和施拉普内尔都认为,未来的量子计算实验,可能会帮助人们进一步理解这一问题。
特别是,它们有望揭示经典信息处理与量子信息处理究竟如何相互结合,以及这种结合是否真的参与了主体性乃至意识的形成。
换句话说,这项研究并没有为“意识是否源自量子世界”画上句号。
它真正提出的问题是:
如果一个完全遵循量子力学规律运行的主体,连最基本的信息复制、方案比较和决策过程都难以实现,那么意识究竟还需要多少经典物理机制参与其中?
对于这一问题,目前科学界仍然没有最终答案。但随着量子计算机不断发展,未来或许将首次具备直接检验这些理论假设的实验条件。
"Can consciousness be quantum? We may now have an answer" by Karmela Padavic-Callaghan, New Scientist, 15 July 2026
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