量子力學(xué) 與腦

物理學(xué)家稱人類行為可能同樣遵循量子邏輯來自：科學(xué)探索1天前困閱讀原文比如人如今有科學(xué)家提出，在量子世界起重要作用的互補(bǔ)原理和概率理論同樣可用來解釋一些宏觀現(xiàn)象，類的決策過程等。比如人科學(xué)探索來源：科技日報科學(xué)家一般認(rèn)為量子理論只能對微觀層面“施威”，而對宏觀層面則束手無策。但據(jù)英國《新科學(xué)家》網(wǎng)站近日報道，如今有科學(xué)家提出，在量子世界起重要作用的互補(bǔ)原理和概率理論同樣可用來解釋一些宏觀現(xiàn)象，比如人類的決策過程等。這是因為普通的概率理論無法將對人的決策行為產(chǎn)生重大影響的特定情境考慮在內(nèi)，不過有了量子概率理論，一切似乎迎刃而解。有物理學(xué)家表示，將量子力學(xué)的規(guī)則應(yīng)用于心理學(xué)和經(jīng)濟(jì)學(xué)有助于我們理解大腦和人類的決策行為。量子力學(xué)過程也會出現(xiàn)在微觀尺度如果有人讓你將意識和無意識區(qū)別開，你能做到嗎?仔細(xì)想想，這確實是一項很困難的任務(wù)。如果意識存在著一個物理學(xué)的基礎(chǔ)一一意識是客觀世界在人腦中的反映，那么，無意識也如此嗎？或許，我們都曾經(jīng)認(rèn)為，給出這一問題答案的將是心理學(xué)家而非物理學(xué)家。畢竟，物理學(xué)家們主要研究的是物質(zhì)和輻射等。但如果你這么想的話，就大錯特錯了。給出答案的正是1945年因為量子力學(xué)領(lǐng)域的研究而摘得諾貝爾物理學(xué)獎桂冠的美籍奧地利科學(xué)家沃爾夫?qū)?泡利。他認(rèn)為，意識與無意識的關(guān)系同量子力學(xué)的一個核心思想互補(bǔ)原理類似。互補(bǔ)原理是量子力學(xué)的三大原理之一（另外兩個是不確定性原理和泡利不相容原理），由丹麥物理學(xué)家、哥本哈根學(xué)派創(chuàng)始人尼爾斯?波爾提出。該原理認(rèn)為，微觀客體和測量儀器之間具有“原則上不可控制的相互作用”，這種“原則上的不可控制作用”是“量子現(xiàn)象的一個不可分割的部分”，由于這種“原則上不可控制的相互作用”，使我們在分析量子效應(yīng)時，不可能明確地區(qū)分原子客體的獨立行動及其與測量儀器間的相互作用，這些測量儀器是用來確定現(xiàn)象發(fā)生的條件的。泡利的類比涵蓋了兩個完全不同的尺度：統(tǒng)轄原子、電子和質(zhì)子行為的量子尺度以及微觀尺度（在本文中，統(tǒng)轄的是大腦）。人們真的能在這兩個不同的世界之間劃上等號嗎?畢竟，自從上世紀(jì)20年代量子力學(xué)誕生以來，人們的普遍觀念是，這一理論并不適用于量子以外的尺度。在量子尺度暢行無阻的規(guī)則并不遵循微觀世界的邏輯。電子展示出何種行為，取決于其是否被探測到，這一點已經(jīng)被開創(chuàng)性的電子雙縫干涉實驗所證明，這一實驗也表明，電子似乎具有“分身術(shù)”，能同時出現(xiàn)在兩個地方。另外一個特征就是疊加——粒子的表現(xiàn)似乎讓人覺得它們是一個整體，盡管它們相距很遠(yuǎn)。然而，在過去15年內(nèi)，有越來越多的證據(jù)表明，量子力學(xué)過程也會出現(xiàn)在微觀尺度。比如，奧地利維也納大學(xué)的安東?蔡林格和同事就通過實驗證明，巴基球（含有60個碳原子的富勒烯分子）可以表現(xiàn)出波一粒二像性，這是一個奇特的量子效應(yīng)，很多人曾認(rèn)為在如此大的分子中不可能存在這種效應(yīng)。而且，科學(xué)家們在最近對人類味覺的研究中也發(fā)現(xiàn)，當(dāng)氣味分子激活鼻子內(nèi)的受體時，也會出現(xiàn)量子力學(xué)效應(yīng)。以上這些實驗表明，某些出現(xiàn)在很大尺度上的量子過程也能用量子力學(xué)的規(guī)則來闡釋。但是，我們能在沒有量子行為出現(xiàn)的情況下使用這些規(guī)則嗎?科學(xué)家認(rèn)為很有可能，而且，這也是最近即將出版的新書《量子社會科學(xué)》一書所集中闡釋的內(nèi)容。這本書提出的觀點是，可以在量子物理學(xué)所無法統(tǒng)轄的領(lǐng)域內(nèi)使用“類量子”模型（在這種意義上，它們同量子物理學(xué)沒有直接的關(guān)聯(lián)），而且，作者尤其對用量子力學(xué)來揭示復(fù)雜的社會系統(tǒng)的行為非常感興趣。量子力學(xué)可用于解釋人的決策行為將量子力學(xué)應(yīng)用于物理學(xué)之外的其他領(lǐng)域這一想法十年前就已初露端倪，那時，科學(xué)家試圖找到新方法來為社會科學(xué)領(lǐng)域的信息——諸如那些推動房價上漲的信息建立模型。他們發(fā)現(xiàn)，從量子世界來的概念或許具有非常深遠(yuǎn)的發(fā)人深省的經(jīng)濟(jì)學(xué)意義。例如，量子勢在構(gòu)造定價公式方面起著重要的作用。美國飲譽(yù)當(dāng)代的量子物理學(xué)家和科學(xué)思想家戴維?約瑟夫?玻姆認(rèn)為，在量子世界中粒子仍然是沿著一條精確的連續(xù)軌跡運(yùn)動的，只是這條軌跡不僅由通常的力來決定，而且還受到一種更微妙的量子勢的影響。量子勢由波函數(shù)產(chǎn)生，它通過提供關(guān)于整個環(huán)境的能動信息來引導(dǎo)粒子運(yùn)動，正是它的存在導(dǎo)致了微觀粒子不同于宏觀物體的奇異的運(yùn)動表現(xiàn)。盡管將量子力學(xué)應(yīng)用于社會科學(xué)領(lǐng)域這一理念仍然很新，但是，有越來越多的例子提供了各種令人信服的證據(jù)，這些證據(jù)表明，量子力學(xué)為我們提供了一種全新的理解復(fù)雜情境的方式。這一方法對決策領(lǐng)域的影響似乎最大。心理學(xué)和經(jīng)濟(jì)學(xué)領(lǐng)域廣泛使用了各種模型來對決策行為進(jìn)行描述。但是，創(chuàng)建出一個精確的模型是一個巨大的挑戰(zhàn)。很多傳統(tǒng)模型都基于一個基本的假設(shè)——我們是理性人，一舉一動都是為了確保收益最大化。但實際情況并非如此，因為我們的理性會受到我們的偏好的影響。能夠說明這一點的一個經(jīng)典的例子就是埃爾斯伯格悖論。1961年，美國科學(xué)家丹尼爾?埃爾斯伯格進(jìn)行了一個賭博實驗，得出的結(jié)論就是艾爾斯伯格悖論，它表明人是厭惡模糊的，即，不喜歡他們對某一博弈的概率分布不清楚，也即，人在冒險時喜歡用已知的概率作根據(jù)，而非未知的概率。人在決策是否參賭一個不確定事件的時候，除了事件的概率之外，也考慮到它的來源。后來，美國斯坦福大學(xué)的心理學(xué)家阿莫斯?特沃斯基和普林斯頓大學(xué)的心理學(xué)家埃爾德?沙菲爾借用這一悖論的邏輯來測試人們?nèi)绾卧谝粋€兩階段的賭博行為中做出決策。他們證明，盡管第二階段的結(jié)果與第一階段的結(jié)果無關(guān)，但參與者決定進(jìn)入第二階段仍然受到了其是否被告知在第一階段的賭博行為中的表現(xiàn)的影響。這一研究告訴我們：不確定性一一就算是毫不相干的不確定性——都可能在我們作決定時迷惑我們。艾爾斯伯格悖論強(qiáng)調(diào)的人類厭惡模糊，寧愿用已知的概率而非未知的概率做依據(jù)使很多經(jīng)濟(jì)學(xué)家和心理學(xué)家們困惑不已，因為它違背了全概率的基本法則，全概率是一個經(jīng)典的模型，用來計算某一結(jié)果的可能性。那么，怎么解釋這種情況呢?這是否意味著量子理論并不適用呢?并非如此。科學(xué)家們已經(jīng)證明，同樣的全概率法則在雙縫實驗中也被違背了。為了采用數(shù)學(xué)方法解釋這一點，需要引入一個特殊的因子——干涉項。印地安那大學(xué)的經(jīng)濟(jì)學(xué)家杰羅姆?巴瑟梅耶和比利時布魯塞爾自由大學(xué)的物理學(xué)家戴德瑞克?阿茲領(lǐng)導(dǎo)的研究表明，這一干涉項也能被用來解釋埃爾斯伯格悖論中起作用的概率值。不僅如此，還有其他決策悖論也能用量子力學(xué)的概率法則進(jìn)行理解。為什么量子力學(xué)的數(shù)學(xué)方法為我們提供了一種更好地理解這些悖論的方法呢?這是因為，在現(xiàn)實生活中，人們總是依靠情境來做決定，情境糅雜了物理學(xué)、社會學(xué)和經(jīng)濟(jì)學(xué)的因素。盡管經(jīng)典的概率法則很容易將量子概率的規(guī)則囊括在內(nèi)，但其并不會考慮這些情境，而量子力學(xué)則做到了這一點。讓腦科學(xué)等受益腦科學(xué)是另一個能從類量子方法獲益的領(lǐng)域。應(yīng)用量子信息理論的法則來為大腦建模已經(jīng)開啟了類量子人工智能領(lǐng)域，在這一領(lǐng)域中，機(jī)器學(xué)習(xí)利用量子力學(xué)提供的算法進(jìn)行工作。今年5月份，谷歌公司和美國國家航空航天局(NASA)宣布啟動其量子人工智能實驗室，這個標(biāo)志性的事件或許可以彰顯類量子人工智能的前沿性和重要性。另外，科學(xué)家一直試圖厘清選舉如何受到大眾媒體提供的海量信息的影響。結(jié)果表明，所謂的量子主方程使我們可以描述社會系統(tǒng)和其環(huán)境以及投票者的個人偏好之間的相互作用。量子社會科學(xué)仍然是一門新興科學(xué)，但是，它為科學(xué)家提供了一種重要的新方式，讓他