量子力學是概率的而不是決定論的,它告訴人們,經典物理學只不過是近似地正確,量子力學才是精確正確的。——坤鵬論
一、還原論:靈魂,你在哪裡?我怎麼找也找不到你!
「現代計算機之父」、「博弈論之父」約翰·馮·諾依曼曾說過,科學面臨的兩個顯著問題是天氣預測及人腦運作。
今天,我們對天氣的複雜性已經有了較好的理解,我們了解了主要的方程式,並知道它是一個不可模擬的系統。
但是,人腦仍然是一個謎。
對於人腦,從物質層面,人類已經解剖得清清楚楚。
但是,最難尋找的是控制人腦的,那個被稱為哲學家稱為意識、靈魂、精神的東西。
現在的科學家們似乎不願意用「靈魂」這個詞,認為它太不科學,他們更經常使用「意識」。
有人說,理解意識背後的生物學是科學的終極邊界。
儘管我們每個人的行動坐臥都離不開意識,它總被認為是常識,很常見。
其實,意識是個堪比宇宙起源的問題,二者都屬於浩瀚而巨大的未解之謎。
而我們所謂的常識,不過是常人不知道的知識,常見的也只不過是它的名字而已。
意識,觸摸不到,就連我們對它的思考其實都是它本身。
在還原論的框架下,分子、原子這樣的客觀實體之中竟然能夠萌生出主觀體驗,再怎麼有想像力也很難填補這中間的巨大空白。
在基本粒子的物理理論中,電子和光子這樣的物質,無論在宇宙何處都具有相同的行為方式,我們可以稱之為簡單,那麼,為什麼簡單的疊加卻會誕生了世間萬物的與眾不同,特別還有意識如此複雜的東西?
後來,多虧有了統計力學、量子力學的出現,它們基於概率法則,向世界解釋了物理規律也可以引起個性。
這不禁讓坤鵬論想起了香農的資訊理論,正是他從這個世界的最高運行法則——概率出發,對信息作出了天才般的定義,以及完全拋棄信息內容的糾纏,像電報一樣只計字數不管內容,才一舉為人類撥開迷霧,開創了這個偉大的領域。
而關於意識的研究也存在著類似問題,就像生物自然主義的提出者——美國哲學家約翰·塞爾提出的,如果科學研究不能將意識的哲學第一人稱(主觀)和科學第三人稱(客觀)完全劃分開來,就很難有結果。
對此,坤鵬論深有體會,也是同樣的主客觀人稱問題,才使得信息熵那麼難以理解,很容易就讓自己迷失在主觀和客觀交織的迷霧之中,走不出來。
下面,坤鵬論先來介紹在還原論這個總綱指導下,科學對於意識的不懈努力與成果。
1.延髓
在笛卡爾提出松果體後,200年內沒有再有人提出任何替代品。
直到1835年,德國生理學家約翰尼斯·穆勒提出意識之源是延髓。
現代科學已經證明,雖然延髓是整個大腦的重要能量來源,但它似乎和更高層級的意識功能並無關係。
其作用屬於人體的非自主功能,比如嘔吐與打噴嚏,這種功能幾乎不會反映個體主觀體驗的現象意識,比如:印象、感受質。
2.丘腦
19世紀,英國生理學家威廉·B·卡彭特提出了一個新猜想——大腦中的意識源頭一定是某種神經活動的中心區域。
他指出,意識的源頭就在位於大腦正中間的丘腦。
直至今日,丘腦的真正作用仍然是個謎。
1937年,美國、加拿大雙國籍神經外科醫生懷爾德·彭菲爾德用實踐證明卡彭特的猜想。
他在治療病情嚴重的癲癇病人時發現,自己可以通過映射的研究法獲得到一份人類「大腦功能圖」。
該方法就是把人類特定的動作、感知一一對應到特定的腦皮層區域。
而腦皮質恰恰就是覆蓋整個大腦表面的組織。
但是,彭菲爾德的研究又給人們帶來了新的疑問:
這些感知處理分區不僅相互分隔,有些甚至似乎並不相通,那它們為什麼能作為一個整體給人有意識的體驗呢?
這個問題一直還沒有被解答。
3.屏狀核
DNA雙螺旋結構的發現者之一併因此獲得諾貝爾獎的弗朗西斯·克裡克,在人生最後的30年裡,一心撲在意識這個研究課題之上。
他提出,意識來自屏狀核,它是一個大腦中的神經細胞組合,恰好組成了吊床的形狀,就像萌發意識的溫床一般。
他還指出,大腦的複雜褶皺表面恰好解釋了為什麼意識有著多種特徵,既包括感知,又包括人格。
屏狀核和大腦皮層中的幾乎每塊區域都有著雙向纖維連接,屏狀核如同大腦的中央車站。
克裡克曾這樣比喻道:
既然皮質不同區域能夠處理不同形式的感覺(視覺、聽覺、觸覺等),我們則可以把不同的皮質區域看作交響樂團中的不同演奏家,而屏狀核就是指揮家,時刻確保每個人都準時演奏出恰到好處的音符。
一直到2019年以前,人們幾乎相信了克裡克的猜想——屏狀核就是意識的源頭。
這中間也不斷有研究的實錘輔以佐證。
比如:2014年,學者在治療一位癲癇病人時發現,在屏狀核附近施加電刺激,能夠瞬間導致病人喪失意識,表現為停止了閱讀,毫無表情地出現了「斷片兒」,對觀眾和視覺指令毫無反應,甚至呼吸都變慢了。當電刺激停止後,病人馬上又重新獲得了意識,並對剛發生的一切全然不知。
2017年,有學者表示,屏狀核中可以連接整個大腦皮質的神經細胞結構形似「荊棘頭冠」。
但是,2019年,兩個去除屏狀核卻不會對意識帶來影響的實驗,使得人類科學對意識的研究又回到起點。
史丹福大學針對5名癲癇患者的研究發現,摘除病患大腦左右兩個半球中的屏狀核,並沒有對他們的主觀體驗帶來任何影響。
為了確定這一點,馬裡蘭大學的學者針對老鼠展開了另一項研究,他們將老鼠大腦中的屏狀核無效化後發現,也沒有對老鼠的意識帶來明顯的影響。
可是,之前證明屏狀核的實驗錯了嗎?
有些實驗證明,屏狀核會被感官環境的顯著變化激發、喚起;人類在處理需要複雜注意力的任務,屏狀核就會被喚起。
由此,科學家推斷,屏狀核雖然不負責產生基本的意識,但是很可能在深度認知任務中扮演協作者的角色。
所以,有人認為,屏狀核很可能是引導意識的司機。
4.科學家還在尋找意識的源頭
目前,有些科學家已經拋棄在現有神經網絡中尋找意識源頭的思路。
他們認為,任何特定的神經細胞結構與特定意識功能之間的關聯,都不過是一個側面,意識一定來自於更廣泛、更活躍的神經網絡。
比如:科學家伯納德·巴爾認為,意識不是來自於解剖學意義上存在的神經細胞結構,萌發意識的溫床不是一個神經元結構,而是多個結構共同創造出來的,而且所有這些神經元結構一定是以某種類似「雲計算」的模式在協同工作,這被稱為全局工作空間論。
美國威斯康辛大學神經學家朱利奧·託諾尼則提出了整合資訊理論假設。
他認為任何系統都具有意識,意識是一個系統內信息被加工整合時產生的,而不僅僅是各部分的總和。
系統的意識含量的多少(被他稱之為Φ)都是可以測量的。
對於一個系統,如果各個部分可以快速有效地相互交流,那麼它的Φ值就會很高。
所以,人類的經歷越多,產生的意識也就越多。
但這個假設最大的問題在於,它把神經活動等同於了意識本身。
總的來說,被還原論牢牢控制的科學家,他們一直期待用機械化的機制來描述意識的產生過程。
但這很可能就是阻礙這項科學進步的問題所在。
如同盲人摸象,把特定的意識體驗聯繫到某個特定的神經區域,這並不難。
但是,意識不是一塊塊碎片、片段,它是一個整體,是某種內部互相關聯、整體完整合一的體驗。
美國神經學家、西雅圖艾倫腦科學研究所所長——克裡斯多夫·科赫對於意識有個令人深思的評論:
「當今,這種在意識與物質之間非黑即白的二元認知極限,才是阻擋我們在大腦中尋找意識來源的最大障礙;
如果真的存在一個有形的意識物質源頭,那麼,那個物質源頭也許就在體驗著自己的存在感。」
這個評論結合了活力論、還原論、唯物主義、泛靈論(指這種物質源頭本身就擁有意識元素)。
二、夸克和美洲豹——最簡單的東西和最複雜的生命
默裡·蓋爾曼是世界著名的物理學家,他提出了質子和中子是由三個夸克組成的,並因此獲得了1969年的諾貝爾物理學獎。
夸克是原子核的組成單元,在沒有更小的新東西被科學家發現之前,它被認為是世界上最小的物質。
蓋爾曼於2019年5月24日去世,享年89歲。
他是一位絕對的天才,人們說他有「五個大腦」。
他14歲進入耶魯大學,22歲獲得了博士學位。
1956年,27歲,他成為加州理工學院最年輕的終身教授。
1977年諾貝爾物理學獎獲得者菲利普·安德森曾評價他是——「現存的、在廣泛的領域裡擁有最深刻學問的人」。
1979年諾貝爾物理獎獲得者斯蒂文·溫伯格說他是——「從考古到仙人掌再到非洲約魯巴人的傳說再到發酵學,他懂得都比你多。」
蓋爾曼的朋友曾說,同美洲豹相遇會改變一個人的世界觀。
可惜的是,蓋爾曼在叢林中只看到過美洲豹的尾巴尖。
但是,當他觀察到另一種小一些的叢林貓科動物——細腰貓,依然讓他的心靈震撼不已。
自此,他的未來改變了。
這隻由一大堆夸克和電子組成的簡單動物,卻有著斑斕的皮毛和無與倫比的敏捷,展示出一種高度的複雜性。
最簡單的東西和最複雜的生命,同時出現在蓋爾曼面前,他體驗到「一種心跳驟停的感覺!」
突然,他覺得他的兩個世界——一個是關於基本粒子物理的,一個是關於細腰貓的,在這一刻統一到了一起。
他也意識到,自己那麼多看上去不相關的興趣,其實也是統一的。
正是這次偶遇,讓蓋爾曼開悟了,他開始深入地思考、研究世界的簡單性和複雜性之間的關係。
後來他專門寫了一本書,名叫《夸克和美洲豹——簡單性和複雜性的奇遇》。
他認為,夸克和美麗的美洲豹之間不論有多大差異,必然有某種東西使它們相聯繫。
一定有一個臨界點、一個轉折,使得夸克的堆積或累加,轉變了力與美的典範——美洲豹、細腰貓、禿鷲、人類……
「研究已經表明,物理學、生物學、行為科學,甚至藝術和人類學,都可以用一種新的途徑將它們聯繫到一起來。」
蓋爾曼在書的前言這樣寫道。
正是這次與叢林的偶遇,使得蓋爾曼在獲得諾貝爾獎約15年後,突然掉轉方向,發起創建了聖菲研究所,並吸引了大量超牛的科學家投身其中,共同研究複雜性科學。
三、活力論的復活
20世紀以來,生命科學一直被還原論統治著。
但是,在人類基因組計算引發的後基因組時代,情況又有了新的變化:
還原論正受到前所未有的挑戰,活力論又重新進入到人們的視野。
還原論建立的因果關係認定,特定的生物分子行為決定特定的生命活動,不同的分子結構導致不同的生物功能。
但是,科學家發現,這樣對生命的理解還是很片面。
因為在生命活動中,非決定性的隨機因素也扮演著很重要的角色。
比如:一大堆簡單的夸克卻能夠組成美洲豹那樣複雜的生物;
再比如:過去人們從定性角度談論的某某基因或某某蛋白質,實際上,卻是某某基因或某某蛋白質的若干個分子的集合體。
這種生物分子集合體的行為和無機世界中分子集合體的行為有著巨大不同。
大氣中各種氣體分子的運行,可以用玻爾茲曼的熵公式進行描述。
但是,生物分子集合體則不會遵守同樣的方程式。
假如科學家知道某個大容量的大氣中的天氣微觀狀態:每個原子的位置及速度,他們就能分析那個數據,在某些區域求得平均值,而斷定天氣的宏觀狀態,比如:下雨、晴天等。
物理世界中,微觀狀態上的小誤差,能轉變成宏觀狀的小誤差。
不過,小差不差,一兩個原子位置上的錯誤並不會造成多大影響。
可是,換到人腦這樣的複雜性系統,即使我們能夠清晰地知道人腦的微觀狀態。
比如:每個神經細胞、每個突觸的狀態等,依然無法確定意識的狀態。
因為在人腦中,一個微觀狀態的誤差,就會造成宏觀狀態預測上的大誤差。
所以,任何企圖簡化神經細胞,忽略它在微觀狀態上的細節的嘗試,註定會遭遇失敗。
再比如:無機世界的精密機器或裝置等各種複雜系統,通常比較脆弱,適應性很差。
但是,同樣被稱為複雜性系統的生物體,卻非常頑強,顯出了對環境的高度適應性,這被稱為堅韌性,也就是人們俗稱的生命力,或者塔勒布的反脆弱。
而且,生物體還通過增加冗餘度來提高堅韌性,不光是我們有兩隻眼睛、兩隻耳朵、兩個腎、兩片肺……就連細胞都存在著許多冗餘。
就像基因組內許多基因具有兩個或兩個以上的拷貝。
當然,最讓科學家們費解的還是生命表現出來的那種自我完善趨勢。
無論個體的發育或物種形成,都是從簡單向複雜演化。
似乎生物體內有一種追求完善的內在動力或者預定目標。
如今,在複雜性科學漸為主流的趨勢下,生命科學中還原論和活力論不再像過去那般互相對立,互相隔離,而是相互補充、相互依賴。
另外,這中間不能排除的還有量子力學的巨大功勞。
因為它的概率特性和經典物理學的必然性完全相反。
它是概率的而不是決定論的。
它告訴人們,經典物理學只不過是近似地正確,量子力學才是精確正確的。
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