综述：量子理论能否为意识提供解释？——从物理基础到哲学边界的一次系统梳理

（图片源于网络）

导语

人们普遍认为，意识（或者更广义地说，心理活动）在某种意义上与物质大脑的行为相关。鉴于量子理论是当前关于物质最为基础的理论，由此产生一个合理的问题：量子理论是否能够帮助我们理解意识？过去数十年间出现了一些对此问题作出肯定回答的研究，本文将对这些研究进行综述。

相关研究大体可分为三类基本取向：（1）将意识视为大脑中量子过程的体现；（2）在不涉及大脑活动的前提下，借用量子概念来理解心理活动；（3）物质和意识被认为是一种潜在现实的两个方面。本文将指出，这些方法基于不同认识论的假设，并以不同的方式运用量子理论。对于每种方法，本文都将着重阐述其存在的问题和优势。

关键词：意识（Consciousness）、量子理论（Quantum Theory）、心理活动（Mental Activity）、认识论假设（Epistemological Assumptions）、大脑活动（Brain Activity）

来源：集智俱乐部

作者：郑鸿盛

审校：赵思怡

论文题目：Quantum Approaches to Consciousness 论文链接：https://plato.stanford.edu/entries/qt-consciousness/ 首次发表：2004年11月30日 修订时间：2024年5月13日 论文来源：Stanford Encyclopedia of Philosophy

意识问题长期以来被视为自然科学与哲学之间最难以衔接的议题之一。一方面，现代神经科学已经在相当程度上揭示了意识状态与大脑活动之间的相关性；另一方面，即便掌握了大量关于神经机制的知识，意识体验本身——例如主观感受、整体统一性以及“此时此地”的在场性——仍然难以被还原为纯粹的物理描述。

正是在这一背景下，量子理论逐渐进入意识研究的讨论视野。量子力学是当代物理学对物质最基本层级的描述理论，而大脑本身由原子、分子和基本粒子构成。如果意识依赖于大脑的物质过程，那么一个自然的问题便随之出现：在解释意识时，是否有必要，或者至少是否有意义，引入量子层级的描述？

围绕这一问题，Stanford Encyclopedia of Philosophy收录并持续更新了条目 Quantum Approaches to Consciousness。该条目并不试图提出新的意识理论，也不为任何既有立场背书，而是采取一种严格的哲学分析立场，对“量子—意识”相关研究进行系统的分类、澄清与评估。

文章一开始便强调，探讨量子理论与意识之间的关系，本身并不等同于支持某种“量子意识论”。这一讨论仅仅承认一个基本事实：在当前的科学图景中，大脑由量子层级的物质构成，而意识又显然与大脑状态相关，因此，量子理论在逻辑上无法被简单排除在意识研究之外。

为何量子理论会进入意识讨论？

在经典物理的世界观中，自然界通常被理解为一个因果闭合的系统：任何宏观状态在原则上都可以由初始条件和确定的动力学定律唯一决定。只要系统状态的信息足够完备，其未来演化就不再包含根本性的未知。这一决定论图景长期支撑着自然科学对复杂现象的还原式解释。

在这一框架下，如果意识被视为大脑的一种功能状态，那么它理应可以还原为神经元层面的物理过程。换言之，只要对神经活动的描述足够精细，意识现象本身并不需要额外的解释原则。这种思路在理论上是自洽的，也在很大程度上塑造了现代神经科学的研究路径。

然而，量子理论则引入了一种与这一经典图景截然不同的描述方式。量子状态不再对应于确定的物理属性，而是以概率分布的形式存在；系统在未被测量时并不处于某个明确状态，而是以叠加方式被刻画；测量行为本身也会改变系统状态。通过量子纠缠，不同系统之间甚至可以形成不可分割的整体。

图 1｜经典物理与量子理论在自然观上的差异。经典物理将自然界理解为由确定、可分的对象构成，其演化由初始条件和动力学定律唯一决定；量子理论则以概率方式描述系统状态，允许叠加与纠缠，并强调测量对系统的影响。这种自然观层面的差异构成了量子理论进入意识讨论的物理背景。

这些特征表明，量子理论不仅是一套新的计算方法，更是一种不同于经典决定论的自然观。在这种背景下，一些研究者开始重新审视意识问题：如果物质世界在最基本层级上并非由确定、可分的对象构成，那么意识在经典物理框架下显得难以还原，是否至少部分源于我们对物理基础的理解仍停留在不恰当的层级？

需要强调的是，这一疑问本身并不预设结论。量子理论进入意识研究，并不必然意味着意识依赖于具体的量子物理机制，它既可能指向新的机制假设，也可能只是揭示现有解释框架的概念边界。围绕这一问题，研究者逐渐形成了几种不同的研究思路，下面将分别加以介绍。

意识是否源于大脑中的量子过程？

第一种研究路径试图在大脑内部寻找与意识直接相关的量子物理过程。这一思路的出发点在于：意识体验的某些整体性特征在经典物理层级下难以获得直观刻画，这促使部分研究者提出，问题可能并不完全出在具体神经机制上，而在于所采用的物理描述层级；在这一背景下，量子理论被提出作为一种可能需要纳入讨论的候选框架。

在具体设想中，这类理论往往将注意力集中在神经元内部的微观结构上，而不是神经元之间的宏观连接。例如，神经元中的细胞骨架、微管或其他亚细胞成分，被认为可能在特定条件下支持量子叠加、相干或其他非经典效应。理论上的关键假设是：这些量子态不仅能够在生物环境中短暂存在，而且能够在足够长的时间尺度上对神经活动产生功能性影响，从而参与意识的形成。

图 2｜神经元内部的微管结构示意。图中展示了微管等亚细胞结构在神经发育与功能中的关键角色，包括神经元迁移、轴突延伸及细胞内运输。一些量子大脑理论正是基于这类微观结构在神经系统中的重要性，推测意识可能与神经元内部的更底层物理过程有关。这类观点试图在大脑内部寻找直接参与意识生成的量子物理机制，但目前缺乏可靠的实验证据支持。

从解释类型上看，这是一种典型的机制性解释尝试。它并不满足于“意识与某些脑活动相关”这样的相关性描述，而是试图给出一条明确的物理因果链条：从量子态的产生与演化，到神经过程的调制，再到主观意识体验的出现。在这一点上，这一路径的目标与经典神经科学并无本质不同，区别仅在于所诉诸的物理层级更为基础。

然而，这一路径面临的核心困难并不在于逻辑一致性，而在于经验可行性。量子相干状态通常对环境扰动极为敏感，而大脑是一个高温、高噪声、持续与环境进行能量和物质交换的系统。在这样的条件下，量子态是否能够稳定存在，并以可重复、可控制的方式影响神经功能，仍然缺乏直接的实验证据。

因此，这类理论目前更多处于探索性假说阶段。它们提出了一个在逻辑上可能的解释方向，但其争议焦点集中在经验支持的不足，而非理论构想本身的自洽性。

量子形式主义作为认知建模工具

与上述路径不同，第二种思路并不主张意识或大脑活动在物理意义上依赖于量子过程。相反，它将量子理论视为一种形式化和数学建模工具，用来描述某些在经典框架下难以刻画的认知现象。

在心理学和认知科学中，人类的判断与决策行为长期被发现并不总是符合经典理性模型的预期。例如，同一组选项在不同呈现顺序下可能导致不同选择，个体的判断往往高度依赖上下文，而非固定偏好。这类现象在经典概率论中难以系统表达，因为经典概率模型假设状态是确定的、彼此独立的。

量子概率论则提供了一种不同的形式结构。在这一框架中，认知状态可以被表示为叠加态，不同问题情境对应不同的测量操作，而测量顺序本身会影响最终结果。这种形式化方式在数学上能够自然地描述顺序效应和情境依赖，因此在建模层面显示出一定优势。

需要明确的是，在这一语境中，“量子”并不指向微观物理过程，而是指一种非经典的状态空间与概率结构。使用量子形式主义，并不意味着大脑在物理上执行量子计算，更不意味着意识本身是量子现象。这种方法的目标是改进描述工具，而非提出新的本体论主张。

图 3｜量子形式主义用于描述神经元的功能状态，而非其物理机制。图中左侧展示经典神经科学中的膜电位动力学，刺激可能引发放电或仅产生亚阈值响应。右侧引入的量子态记号并不意味着神经元在物理意义上处于量子叠加态，而是作为一种形式化语言，用以刻画功能层面的“未决状态”。其中，|0〉与 |1〉 分别对应未放电与放电，ψ=c0|0〉+c1|1〉 描述阈值附近对不同结果的潜在倾向；后续输入相当于一次“测量”，使系统呈现为确定结果。

因此，这一路径的贡献主要体现在方法论层面。它提供了一种替代性的建模语言，但并不试图回答意识“是什么”，也不直接介入意识的物理基础问题。

意识与物质的双重面向理解

第三类路径则更为哲学化，其关注点不在于具体机制或建模工具，而在于意识与物质之间的本体论关系。在这一视角下，意识既不被视为物质过程的副产物，也不被视为独立存在的实体，而是被理解为与物质同属一个更深层现实的不同表现方式。

这种立场通常被称为“双重面向理论”或“中性一元论”。其核心思想是：我们通过物理学描述的世界，与我们通过意识体验到的世界，并非两种截然不同的存在，而是同一基础现实在不同描述框架下的呈现。量子理论在这里的意义，并不在于提供意识生成的具体机制，而在于它已经表明，经典物理关于“独立存在、完全客观的物质对象”的直觉并非终极描述。

图 4｜意识与物质的双重面向示意。在双重面向理论中，意识与物质并非因果关系，而是同一基础现实的不同表现形式。量子理论中关于观察者与系统不可完全分离的思想，为这种理解提供了哲学启发。

量子理论中的测量问题、观察者角色以及系统与环境之间的不可分割性，削弱了严格的主客二分。这为重新思考心灵与物质之间的关系提供了哲学空间，使得意识不再被简单地置于物理世界之外或之上。

这种路径的优势在于，它避免了将意识强行还原为神经机制所面临的困难，也避免了诉诸神秘的非物理实体。然而，其代价在于解释层面的高度抽象性。意识在这一框架中被重新定位，却并未获得关于其如何产生、如何演化的具体说明。

量子不确定性是否意味着自由意志？

量子理论常被寄予的一种期待，是为自由意志提供某种物理基础。在经典物理的决定论图景中，世界的未来状态被认为完全由过去状态和动力学定律所决定。如果这一图景成立，那么人类的行为同样只是因果链条中的一环，自由选择似乎不过是一种主观错觉。

正是在这一背景下，量子理论所引入的根本不确定性显得格外引人注目。量子过程并非严格决定的，而是以概率方式展开，这一特征使一些研究者认为，自然界并非完全被因果必然性所“封闭”，从而为自由意志留下了物理空间。换言之，如果行为的发生不再是先前状态的必然结果，那么主体或许可以在其中“介入”。

然而，从不确定性到自由意志之间存在一个关键且常被忽视的概念缺口。随机性本身并不构成选择，更不等同于主体控制。一个事件如果只是以不可预测的方式发生，并不能因此被视为自由行为；相反，它更接近于噪声或偶然扰动。

如果人类行为只是由不可预测的量子事件所触发，那么这种行为同样缺乏自由意志所要求的核心要素，例如意图、理由以及责任归属。随机性或许可以打破严格决定论，但它并不能自动引入“我选择如此行动”这一意义层面的内容。

图 5｜量子不确定性并不能直接支撑自由意志的解释示意。图中以“房间内部/外部”为隐喻对多种“内部解释”路径作出否定性评估，其中包括基于量子不确定性的尝试。随机性虽然打破了严格决定论，但并不能提供主体控制或责任基础，自由意志的问题因此无法仅通过引入量子过程得到解决。

因此，量子不确定性在哲学上的意义主要是消解一种极端的决定论立场，而非直接建立自由意志的积极理论。是否存在自由意志，仍然取决于更高层级的解释，例如行动如何与理由、信念和目标相关联，而这些问题本身并不由量子物理直接回答。

意识是否需要新的物理定律？

在关于量子与意识关系的讨论中，最终往往会浮现出一个更为根本的问题：意识之所以难以解释，是否意味着现有物理理论在原则上是不完备的？换言之，我们是否需要引入新的物理定律，才能理解意识现象？

这一问题之所以具有吸引力，是因为意识在多个方面都显得“非典型”。主观体验、整体统一性以及第一人称视角，似乎都难以在标准的物理描述中找到直接对应。然而，仅仅因为某一现象难以解释，并不足以推导出物理定律本身存在缺陷。

从科学史的角度看，复杂现象多次被误认为需要新的基础定律。生命现象曾被视为超出物理和化学解释的领域，热力学中的不可逆性也一度被认为无法从微观动力学中推出，复杂系统的整体行为更是长期被认为不可还原。然而，这些问题最终并未通过引入新的微观定律解决，而是通过引入新的描述层级、组织概念和理论框架得到理解。在这些例子中，物理定律并未改变，改变的是我们理解现象的方式。新的概念并非出现在微观层面，而是出现在宏观结构、动态模式和系统层级之中。

图 6｜科学解释中的多层级结构与涌现关系。图中展示了从微观物理层级到宏观社会过程的连续层级结构。随着层级上升，系统的关系复杂性与组织形式显著增强，涌现出无法在低层描述中直接表达的整体特征。在这一框架下，上层现象并不要求新的基础物理定律，而通常需要新的描述层级与理论概念。意识的解释困难可能更多源于层级与组织问题，而非物理定律本身的不完备。

从这一角度看，意识问题可能同样更关乎解释层级，而非物理基础的缺失。意识是否需要量子理论，或者甚至新的物理定律，取决于我们希望在何种层级上解释意识。如果问题在于如何从神经活动中理解主观体验，那么困难未必源于物理定律本身，而可能源于我们尚未建立起合适的理论桥梁。

因此，在讨论量子理论与意识关系时，一个重要的结论是保持方法论上的克制：在没有明确理由之前，不应轻易假设意识现象必然指向新的物理定律。量子理论或许能够提供启发，但它并不自动承担解释意识的终极责任。

保持开放，而非仓促下结论

量子理论与意识之间的关系，既不应被神秘化，也不应被简单否定。不同研究路径所做的，并不是在同一层面上竞争答案，而是在回应不同类型的问题。真正重要的，或许不是立即判断量子理论是否“解释了意识”，而是清楚地区分：我们究竟在试图解释什么，又希望解释达到何种层级。在这一意义上，量子意识之争更像是一面镜子，它反映的并不仅是意识本身的难题，也包括我们如何理解科学解释的边界。

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