【诺奖级猜想】意识的本质是量子纠缠?

编者注:意识的本质是量子纠缠吗?近期,一篇有关量子脑理论的学术论文受到了广泛关注。作者Matthew Fisher是 IBM T. J. Watson 研究中心史上第一位访问学者,随后在加利福尼亚大学物理学系及Kavli理论物理学研究所工作。2007年,他暂时离开UCSB物理学系,以研究物理学家的身份加入了微软Station Q实验室。在2009到2010学年,Fisher在Caltech担任教职,并于2011年夏天回到UCSB物理学系。今年 Matthew Fisher 获得美国物理协会的奥利弗·巴克利奖,这是物理学的顶级奖项,这也让他获得诺贝尔奖的呼声非常大。他在2003年当选美国文理科学院院士,于2012年当选美国国家科学院院士。

Fisher在量子脑理论的论文中给出了多种实验验证方案。考虑到相关实验的可行性,学术界或许在今年就能给出部分结论,我们不妨拭目以待。如果意识的本质真的是量子纠缠,Fisher的这一工作无疑是诺奖级猜想。为此,新智元邀请静沙龙群友任全胜老师对量子脑理论等相关问题做了进一步解读。

意识的本质是量子纠缠吗?

——暨量子、生命、AI与科学的极限

任全胜

北京大学信息学院电子学系 副教授

一,缘起

2016年1月17日,清华大学副校长施一公院士在“未来论坛”年会上做了一场大胆新颖的演讲,其中涉及了有关生命本质的思考、神经活动中的量子机制、量子相干保持时间的技术进化、第六感官、人类的认知极限、宏观——微观——超微观世界的关系等跨界和前卫的科学问题,给国内略显沉寂的科学氛围带来了阵阵涟漪。这个演讲在赢得喝彩的同时,也招致了一些非议,一些学者分别从缺乏实验验证、有失严谨、接近伪科学、简单还原论、外行跨界等角度提出了自己的看法。

“这是要创建一个‘量子纠缠’教吗?”的质疑言犹在耳,中科大常务副校长潘建伟院士就于2月3日在一篇报道中就量子纠缠、人类和人工智能(Artificial Intelligence, 简称AI)三者的关系亮明了自己的观点:“人类大脑里面的思维机制和量子纠缠、量子叠加是紧密联系在一起的。量子测不准原理告诉我们,你是不可测的,‘不可测’就保证了人类和机器人的本质区别,人类有自由的意志和自由的思想。从这个角度上来讲,没有到量子用上去之前,即不到量子人工智能的时代,我是一点儿不担心人工智能会取代人类。”潘校长的观点则在人工智能界引起了关注和讨论。

实际上,施校长和潘校长上述观点的核心,都聚焦在量子与生命的关系,及其对生命科学、量子信息、人工智能等领域的前瞻性启示意义。他们作为中国一流大学的副校长与中国科学院院士,理应对科学发展的趋势提出自己战略性的预见。“量子与生命的关系”这一科学命题本身也非异端邪说,对应于量子生物学这一新兴交叉学科。笔者应新智元之约,尝试结合前期的一些调研和思考,对上述量子与生命的相关争议做进一步解读。

1978年的真理标准大讨论打破了“两个凡是”的思想教条,在当时僵化的意识形态壁垒上撕开了一道口子,为“改革开放”开辟了空间。科学相比于政治,更是不唯上、不唯书,只唯实的,历史上的科学革命,也都是以个别“违教条、反常识”的学说或实验为先导,在沉闷的科学意识形态壁垒上撕开一道口子,为新科学的诞生开辟空间。围绕重大而根本的科学问题,开展一次百家争鸣的学术讨论,会促进中国科技事业的发展、融入科学革命的进程。但笔者尚非“学家”,且于不同学科班门弄斧,错漏浅薄难免,不值方家一笑,聊以抛砖引玉。

二,从量子脑理论到量子生物学

让“上帝的归上帝,恺撒的归恺撒”,我们这里应当回归“量子与生命”的科学问题本身。神经活动背后的量子机制,或曰量子脑理论,围绕这个问题的研究和争论由来已久。

广义相对论领域与霍金齐名的罗杰·彭罗斯(Roger Penrose)于1989年在其《皇帝的新脑》一书中即提出,已知的物理学定律不足以解释意识现象,而他认为未来正确的量子引力新物理学应当在经典与量子力学之间架起一座桥。他认为大脑可能利用了量子测量时波函数塌缩的特性,而目前单纯由算法驱动的电脑不足以实现强人工智能。而今年1月24日刚刚去世的“人工智能之父”马文·明斯基(Marvin Minsky)早在1991年即针对彭罗斯的观点亮明了自己的态度,他相信人类本质上是机器,尽管在功能上很复杂,却完全能够被当代的物理学所解释。——都是开山鼻祖式的人物,“布里顿的驴子”会听谁的?

随后,彭罗斯与斯图亚特·哈梅罗夫(Stuart Hameroff)合作,提出了他们的神经微管量子引力效应理论。后来针对这个学说,学术界也展开了持久的争论,而争论的焦点则集中在微管量子相干的保持时间上。正如施一公在演讲中提到的,“微管可以形成量子纠缠,但是微管的时间尺度是10^(-20)秒到10^(-13)秒,远远小于人的记忆和意识的形成时间。”——量子相干保持时间或量子退相干问题是整个“量子与生命”问题中最紧要的关键点,而这涉及到施一公所谈的宏观——微观——超微观世界的分野。

从本质上看,一只蚂蚁或一个小球都是由巨量的微观粒子构成的。为何人类不尝试用量子力学来描述这些宏观物体呢?是因为这些巨量微观粒子间的随机热运动导致波函数之间难以“步调一致”,两个粒子之间即使能够产生纠缠态,也会随即被嘈杂、混乱的周围环境所破坏,换句话说,就是难以形成具有功能意义上的量子相干保持时间。当然,宏观尺度上有时也可以表现出量子效应,这属于超流、超导等宏观量子现象的研究领域,一般需要足够低的温度做保证。可以理解为,在接近绝对零度的时候,原子或电子的随机热运动才能够“冷静”下来,发生超导或超流的相变。而反观生物体内的环境,它温度太高了,量子力学的理论与实验经验毋庸置疑地表明,如此湿热、嘈杂、混乱的环境里不可能存在与生命功能密切相关的量子效应。

果真如此吗?

施一公演讲中有关神经活动中存在量子效应的观点,主要引述自加州大学圣塔芭芭拉分校(UCSB)著名凝聚态物理学家Matthew Fisher于2015年9月3日发表于Annals of Physics的一篇文章,题为《Quantum cognition, the possibility of processing with nuclear spins in the brain》[1],从理论上论证了基于磷原子核自旋的量子神经机制的可能性。这篇文章最吸引人之处在于,它在理论上论证了以波斯纳分子集群(Posner molecule or cluster)形式存在的磷酸钙,可以作为磷原子自旋量子比特的存储器,其量子相干保持时间可以大于10的5次方秒,也就是一天以上的时间。而神经科学中学习与记忆的基础——类似STDP等长时程突触增强与抑制现象的持续时间就是几小时到1天的尺度。因此,这么长的量子相干时间尺度足以覆盖大多数的神经活动。

在量子信息科学的视角下,这又意味着什么呢?让我们先回首澳大利亚国立大学助理教授Matthew Sellars领导的量子信息研究组于一年前发表在Nature上的一个工作。他们通过激光在稀有元素铕原子核的自旋态上写入量子比特后,实现了长达6个小时的量子相干时间。诀窍在于,他们将晶体放在一个固定和振荡磁场的结合体内以保存脆弱的量子信息。这篇文章的第一作者、中国留学生钟满金在接受新华社记者采访时说:“量子态非常脆弱,一般会在几毫秒内坍塌。我们把这个存储时间延长到几个小时,这可能会彻底改变量子纠缠态在通信网络中的传输方式。即使是以行人的速度传输我们的晶体,在特定距离内我们这种方法的损耗也要远远少于激光系统。也就是说,人们可以将这些晶体当做用于量子纠缠的可携带的硬盘。”——从这个角度看,量子相干保持时间,如晶体管门电路尺寸之于传统信息科技一样,的确可以作为衡量量子信息科技的进化指数。

Sellars研究组的工作与Fisher探讨的量子神经机制有三个共同点:一是都“选择了”原子核的自旋态作为量子比特的存储载体;二是都要“千方百计”地屏蔽周围环境的电磁场对原子核自旋量子态的干扰和破坏作用;三是二者给出的量子相干保持时间在量级上是接近的,而磷酸钙波斯纳分子的量子相干保持时间更长,达到了天的量级。那么,在类似人体体液的体外溶液中存在的纳米级磷酸钙波斯纳分子,何以能够PK人类最前沿的量子存储技术呢?原因在于,波斯纳分子在水中以每秒10的11次方高速转动,即磷原子核处的偶极磁场幅度和方向将以10皮秒为时间量级而飞快改变,这意味着可以等效地“屏蔽”掉周围水分子的质子偶极磁场对其的影响。如果Fisher的理论推算在不久的将来能够被体外溶液中的同位素实验所证实,人类将再次见识自然与生命的鬼斧神工。

Fisher的工作比起之前的量子脑理论更吸引人的原因是多方面的。除了前述相干时间的因素外,还有如下一些亮点:

一,他提出了一套完整的神经量子信息体系。包括量子比特、量子纠缠的产生、量子传输与存储、量子测量,及分子层面的量子相干与测量对细胞层面神经脉冲活动的影响机制等,它们都有潜在的生物分子及相关酶化学反应过程等作为载体,整个逻辑链条的每个环节都清晰明确、有理有据。即使单纯从量子信息系统的研究角度看,其思路也是有创新意义的。

二,量子纠缠产生机制所发生的载体——焦磷酸盐及其水解的酶化学过程,与生命体能量存储运输的基本单元ATP直接相关。焦磷酸盐是ATP水解过程的两个产物之一(另一个是AMP),焦磷酸酶也在生命体里普遍存在。ATP对于体内细胞来说异常重要,因为它作为储能器,可以轻易地被输送到各处细胞为生命活动供给能量。这听起来给人的感觉是,似乎量子纠缠机制不仅仅会涉及神经活动,这方面尚有待进一步的探索。但ATP水解的逆过程,即将具有较高能量的磷酸盐与AMP组装为ATP的过程,分别涉及动物体内的氧化作用及植物体内的光合作用,而量子生物学的研究表明,量子隧穿、量子游走等机制在其中都扮演着关键的角色。

三,Fisher不仅做了理论论证,还提出了可行的多种实验验证途径上的。例如作者提到,液态核磁共振(NMR)方法可以用来测量波斯纳分子集群中磷原子核的自旋动力学(自旋相干时间),用原子核自旋非零的钙、氧同位素替换方法可以使分子中磷原子核自旋态退相干,并通过NMR测量到。据NewScientist的报道,Fisher正在与斯坦福大学的神经科学家和分子生物学家合作,试图通过实验给出证据;很多实验方案在中国也是不难开展的。考虑到相关实验的可行性,学术界或许在今年就能给出部分结论,我们不妨拭目以待。

目前,Fisher的研究尚未有任何实验事实做支撑,有些人称其为臆想,也有人说是伪科学。笔者百度了伪科学的定义,摘录如下:“自称为科学,但又不遵循科学方法的知识或理论;伪科学貌似科学,但无法用科学方法予以检验;可证伪性是区分科学与非科学(包括伪科学)的标准。” Fisher的理论遵循了科学的研究方法,并能够用科学方法予以检验,是可以证伪的,因此称其为臆想或伪科学都不够严谨,至少它比难以证伪的弦论更不像伪科学。“科学”好比孙悟空,广博艰深、真假难辩,有些是人类“非科学”的系统化经验总结,有些真的是“伪科学”,有些则仍在科学探索的范畴里,而且越是前卫的科学探索最初越显得不那么成熟,对其更为负责任的称呼是“边缘科学”,有别于“主流科学”或“时髦科学”。

施一公和潘建伟作为国际知名的科学家,公开发言一般会比较谨慎,他们敢于那样表态,背后或许有他们的信息来源和独立思考,不会空穴来风。另一方面,在跨领域的交叉学科问题上,即使身为某个相关领域的权威学者,也不宜轻率地对他人的科学观训练盲目质疑、在没有深入调查的情况下对他人的科学研究轻易否定,这便是谦虚谨慎的科学态度。这在量子生物学领域,不乏前车之鉴:

我们现在已知道叶绿素光合作用中量子效应在其中起了关键而不可替代的作用。这个发现最初于2007年发表在Nature上,并被纽约时报报道。加州大学伯克利分校格雷厄姆•佛莱明(Graham Fleming)领导的实验室利用飞秒激光技术,在极短的时间内往光合作用复合物上照射激光,并观察到了像是打着节奏一般的光回波,这些“量子鼓点”意味着光子的能量不是通过单一路径传入反应中心的,而是利用量子相干性同时从所有可能的路径进行传递。在微生物与植物体内湿热、混乱环境中发现的这种量子相干给量子科学家们带来了巨大的震撼,2014年出版的《Life on the edge: the coming of age of quantum biology》一书对此进行了生动的描述:

麻省理工学院(MIT)一个由Seth Lloyd领导的量子信息研究组在看了纽约时报的报道后,称之为“量子欺诈(quantum hanky-panky)”。在后来的一次CBC访谈中Lloyd回忆说:“我们认为那是真正的歇斯底里…… 就好比,‘我的天,它是我一生中听过的最不切实际的事!’” 他们觉得世界上很多最聪明最有钱的研究组花了数十年去试图搞懂如何创造一台量子计算机,而纽约时报的那篇报道却宣称一片卑微的叶子却能够完成量子计算最核心的一些功能。困扰这些MIT研究人员的主要挑战是如何保持脆弱的量子相干态,物理学家们千方百计地要屏蔽外界环境对他们机器的影响,而量子相干却被宣称能够在湿热、喧嚣的生物环境中得以保持,这意味着午餐品味沙拉时他们刚刚吃掉了一台量子计算机,自然会令他们发疯。在怀疑之余,Seth Lloyd开始全面审查这个工作。令所有人吃惊的是,Lloyd的调查结论是伯克利Fleming研究组发现的“量子鼓点”确是量子纠缠的信号,Lloyd认为叶绿素分子里的激子的确在以量子游走的方式寻找到达反应中心的路径,恰对应于量子计算中的旅行商问题(Traveling Salesman Problem)。后续的研究表明,诸如菠菜、海藻等大部分植物的叶绿素中,都发现了基于量子相干的量子游走机制。现在正在研究的问题是生命体何以能保护并利用它们的量子相干态,而这些研究的结果未来必将促进量子计算机技术的发展。[2]

由此,在人类实验技术进入飞秒与纳米的时空尺度后,量子机制在重要生命过程中“可以”起到关键而不可替代的作用,已经有了确定无疑的实例,这是人类科学经验的意义世界中量子通向生命的第一束光,在保守、教条、沉闷的生命科学和量子科学的意识形态壁垒上撕开了一道口子,为量子视角在其他众多生命科学领域的潜在可能开辟出了广阔的空间。于是有关“量子与生命”的展望不再那么“伪科学”,似乎可以广开言路了。但有人或许会害怕,害怕这口子一开,牛鬼蛇神都趁机钻了进来……这自然有可能。可还是那句话,让“上帝的归上帝,恺撒的归恺撒”,我们应当回归科学本身,而非鸵鸟政策、因噎废食。除了光合作用外,量子生物学领域的其他研究已表明,量子隧穿与量子纠缠在嗅觉、鸟类导航、神经活动乃至基因的适应性突变中也可能发挥着关键的作用,这个list相信在未来还会不断延长。

三,AI、量子、科学、生命的极限与超越

量子生物学的这些研究进展表明,自然再次超乎人类的理解,这提示人类应当放下自负与傲慢,重新回归对自然与生命的敬仰,以敬畏和谦卑的心态去面对自然、探索生命的奥秘。这恰对应于施一公的演讲主题 “生命科学认知的极限”。他是这么总结的:“我认为人类的认知极限就在于,我们是一堆原子,我们处在宏观世界,但我们希望隔着两个世界去看超微观世界。那是一个最美好的、极其美妙的世界。”笔者认为有关“极限”问题的讨论是施一公演讲的一大亮点,潘建伟2月3日表明的观点则对应于人工智能的极限。(这是非常有趣的一个事情,要知道一年以前人们都还在畅想人工智能的“奇点”,如今讨论的却是“天花板”……)而彭罗斯与明斯基近30年前围绕这个问题的交锋甚至涉及到现有理论物理学的极限。由此展开,人们可以讨论不同的极限:冯·诺依曼型计算机的极限、深度学习的极限、人工智能的极限、生命科学的极限、理论物理学的极限、科学的极限、人的极限。这并非春节假期里漫无边际的畅想,它们在人文、科学、技术、世界经济、国际政治、科学革命、民族复兴等方面有着深刻的现实意义。量子生物学、量子脑理论当下及未来的研究进展,必会深刻影响人类对这些极限问题的认知,从而影响在前述诸多方面的判断。

2015年10月美国白宫召集了很多计算领域的专家们开了一个国家战略研讨会:the White House National Strategic Computing Initiative Workshop (NSCI),有关计算科学的“极限”,专家们形成了诸多共识(摘录自微软研究员Doug Burger的与会总结):1) It is clear that CMOS is coming to an end. 2) It is clear that there is no replacement for CMOS devices within the next ten years. 3) People view quantum as a good long-term bet for a disruptor. 4) No new computational models outside of quantum, neuromorphic and approximate computing were discussed. 5) There was a general concern among the attendees in how legacy codes can benefit in this “New Normal” of computing.

技术创新战略的“代差优势”是美国、欧盟等发达国家能够主导国际经济、政治格局的关键要素之一,面对计算科学的“新常态(New Normal)”,美欧从国家战略上必须寻找新的技术创新战略高地。这里边提及的量子计算与神经形态计算(类脑计算)与本文的主题直接相关。在欧盟“人脑工程”项目的报告书中,即明确提到:“HBP-led innovation in high performance computing, neuromorphic computing and neurorobotics can establish European leadership in future computing technologies of potentially vital importance for the world economy of the 2020s and 2030s.”类脑计算相比于深度学习等传统人工智能技术的主要优势包括低能耗、低延迟、算法通用、自主学习等,除此之外,最能够引人遐想的是其类脑潜力,即通向强人工智能的可能。量子脑理论目前在实验验证方面还没有尘埃落定,如果量子机制在脑信息处理中的确起到了关键作用,会否为类脑计算的未来发展划定极限?这是值得密切关注的问题。

另一方面,微软和谷歌目前在量子计算方面都有了大量的投入,2015年将量子计算与机器学习相结合的研究报道也屡见不鲜。那么,一个很自然的问题就是,未来的量子人工智能时代,人类能否实现强人工智能而临近奇点呢?这个极限问题涉及到前述彭罗斯与明斯基交锋的焦点。彭罗斯认为,已知的物理学定律不足以解释意识现象,未来正确的新物理学应当在经典与量子力学之间架起一座桥。2009年在一篇discover杂志的访谈中,彭罗斯给出了他最新的看法,即生命与大脑可能超过了现有量子力学能告诉我们的极限;当代的物理学家永远不会了解宇宙的终极理论,除非他们能透过今天那些不成熟理论的表象看到我们所生活的客观世界的最深层的实在。彭罗斯认为:“有意识的大脑活动并不遵循经典物理,它甚至不依照传统的量子力学活动。描述它活动方式的理论我们现在仍不知道。……所以我仍然希望能发现一些结构自洽的东西,因为我相信它应该存在。当最终物理学家了解量子物理核心的时候,我想这个理论应该很美。……我很肯定,解决量子力学谜题将会对许多科学产生巨大的影响,诸如量子力学是如何应用在生物学中这些问题。最终,它很可能以各种我们想象不到的方式,导致一个完全不同的理论,带来一场新的思维上的革命。”(《世界科学》2009.12,译自 discover杂志)

理论物理学和生命科学能否突破彭罗斯所谓的极限,将人类带往那个新的科学高地呢?它离我们是否还很遥远?沿Fisher的文章顺藤摸瓜,似乎能找到一点点线索,那看起来像一线曙光,尽管十分地微弱。

在基于原子核自旋的神经量子理论探索方面,Fisher并非第一个吃螃蟹的人。Fisher在文章引言中引用了胡虎平及其妻子、美国纽约西奈山医学院病理学系兼职教授Maoxin Wu的工作。胡虎平1986年在兰州大学生物物理学专业硕士毕业后,于1987年留学美国,并于1991年在伊利诺伊大学香槟分校获得了生物物理学的博士学位。他们长期研究的结论更富颠覆性:“自旋有可能是驱动量子力学、时空动力学和内在意识的根本自指过程。自旋是意识的载体和精神与大脑的接口,可以称之为‘精神像素’。量子力学的随机性结构源于自旋态的自指塌缩,这里所谓的塌缩是语境相关的、非计算的、非局域的和不可逆的。”

彭罗斯坚信大脑最深层的奥秘是非计算的,胡虎平夫妇的研究似乎对此给出了一个回应。当然,他们的工作如果不被扣上伪科学的帽子,也必然属于边缘科学的敏感禁地。它不仅尚未被实验数据验证,而且已涉及精神与物质的分野,实质上已触及科学的边界。我们最好就此打住,但这又涉及到施一公演讲中提到的“第六感官”问题,且是演讲内容中争议最大的部分,看起来有继续讨论的必要。

所谓第六感官,或称超感知觉(extrasensory perception,简称ESP),指无须来自感觉器官的刺激和感觉器官为中介而知觉外界事物的一种现象,泛指所有暂时无法解释的人体特异功能。超心理学(parapsychology)指采取科学方法对超感官知觉或超常心理现象的研究。这里笔者无意多谈,感兴趣的读者可参阅Claude Swanson共1000余页的两卷综述性巨著:《The Synchronized Universe: New Science of the Paranormal》和《LIFE FORCE, The Scientific Basis: Breakthrough Physics of Energy Medicine, Healing, Chi and Quantum Consciousne》[3]。Claude Swanson本科就读麻省理工学院的物理学专业,后在普林斯顿大学取得了物理学博士学位,受过严谨的科学观训练,其综述比其他相关书籍更为全面和严谨。

现在回到最后的两个极限问题:科学的极限与人的极限。我们知道,科学研究离不开经验的支持,现代科学是物质化的,其获取经验的方式是科学实验。如施一公所言:“科学发展到今天,我们看世界完全像盲人摸象一样,我们看到的世界是有形的,我们自己认为它是客观的世界。其实我们已知的物质的质量在宇宙中只占4%,其余96%的物质的存在形式是我们根本不知道的,我们叫它暗物质和暗能量。”而量子脑理论、胡虎平的自旋理论及Claude Swanson所综述的众多边缘科学,似乎预示了科学已日益临近精神与物质的交界,这便涉及到科学探索方法的极限问题。前述量子生物学的研究进展再次表明,当前科学经验的边界绝非人的边界。那么科学探索方式的极限等同于人类探索生命奥秘的极限吗?

我们知道,量子计算技术中超导量子比特利用了超导约瑟夫森隧道结的非线性效应。这个超导领域的重大发现者、科学史上最年轻的诺贝尔奖获得者布赖恩·约瑟夫森(Brian David Josephson)在获得诺贝尔奖之后的30多年时间里,远离了科学的主流,转而投身于“精神-物质统一计划(Mind-Matter Unification Project) ”。这一计划主要从理论物理的观点去了解自然界中智力与大脑的有关过程,包括大脑如何工作、语言和理智能力、音乐和心绪的基本联系等,其基本出发点是,量子力学不是自然的最终理论和完整图像(这与彭罗斯的观点不谋而合)。约瑟夫森认为对于物质世界与精神世界而言,都存在一种高度有序化的纯一状态:前文所述的宏观量子效应中,金属导体在临近绝对零度的状态,其电子当电流通过时毫不骚动,处于有序化的纯一状态,形成超导现象;不同的流体在各自的特定低温下,其阻力减小,以致趋近于零,形成超流现象。就精神世界而言,人的念头持续不断、纷繁芜乱,通过精诚不懈地调节,意识场可以像处于绝对零度的超导体一样,达到完全有序化的状态。约瑟夫森借用超导、超流理论作为比量,说明人脑的意识场,当“精神温度”降低到“绝对零度”时,可能进入“顿悟状态”(state of insights),涉及由诚而明的境界。

对于这个问题,中国科学院大学已故数学教授牛实为老先生曾指出[4]:“探索真理应该是两条道路互补:一条是器证与推理,另一条是悟证与直觉。”“中国古代有些哲人,像研究科学一样,精进不懈,开显良知良能,认识到与终极实体有关的人类自性问题。”他进一步说:“六祖慧能明心见性,说明了自性寂光开显,这是无住生心的自然成就;爱因斯坦抓住了物质辐射之光,通过奇妙的构思与时空联系起来,建立了相对论,揭开了宇宙、原子的奥秘。这两种光能截然不同,但可能是一纸之隔,两者一隐一显都是人类的灯塔,是互补而相通的。”——这提示我们,如果将这两条探索真理的道路结合起来,或可超越现有科学探索方式的极限。

我们知道爱因斯坦是以十分微妙的方式笃信宗教的,爱因斯坦认为:“我们现在所看到的,只是一个尚未完全理解的真正实体的局部。这就会使一个有思想的人,为一种谦恭的感情所征服。这是一种真正的感情,与任何神秘主义毫不相干。我的宗教在于:对至高无上的精神,怀有一种谦恭的赞美;这种精神,在我们理解现实的事务中,可以部分地显示出来。我想知道上帝是怎样创造这个世界的;我想了解它的思想,其余都是次要的。”——爱因斯坦信仰“斯宾诺莎的上帝(Spinoza's god)”。斯宾诺莎认为,宇宙间只有一种实体,有时称之为“上帝”或“大自然”,无论是上帝或自然,指的是既存的每一件事物,包括所有精神上的东西。——对于斯宾诺莎与爱因斯坦来说,上帝就是所有事物的秩序与和谐中显现出来的大自然,这便涉及到了人的极限。

生命体是最典型的非平衡态系统。这个非平衡态统计物理与耗散结构理论的奠基人是1977年诺贝尔化学奖获得者伊利亚·普里高津(Llya Prigogine)。施一公演讲的结束语——“那是一个最美好的、极其美妙的世界”,使笔者联想到了普里高津在《从存在到变化》(From Being to Becoming)一书中的一段话:“对于目前大多数的科学发现者而言,科学可以说是一种意图,希望超出我们这个看得见的世界,进入一个无时间的世界(斯宾偌莎的世界——the world of Spinoza)。或许存在有一个更精细形式的实体(a more subtle form of reality),……那是一个开放的世界(open world),人与自然要进行新的对话。”——如果真能达致这样一个无时间的世界,或许便已超越人的极限。而在中国的文化传统中,也有很多类似的表述,如明代释莲池所言的:“灵明洞彻,湛寂常恒,非浊非清,无背无向,大哉真体,不可得而思议者,其唯自性欤”。

四,中国科学事业的极限与超越

一路走来,我们似乎从一个纳米级量子神经机制的科学问题,逐渐走向了一个宏大的历史叙事:

2010年,中国科学院召集300多位专家经过一年多研究认为,当今世界正处在新科学技术革命的前夜。中国科学院大学已故数学教授牛实为先生认为,21世纪的科学革命将呈现出两个主旋律,第一个是“物理学与生命科学的合流”,我们已看到,生物学和物理学各自呈现的对自然之描述现在开始合而为一;而第二个主旋律则是“现代科学与中国哲学的合流”。中国科学院的科学史专家董光璧研究员也曾指出:“如何在中国传统文化中寻找新文化的种子,向世界提供我们文明中的最佳遗惠,以在现代科学技术文明的基础上发展新的科学知识系统和新的人文价值体系,当是中华民族复兴的一项伟大的历史使命。”

2014年的五四青年节,习近平主席来到北京大学考察,在北京大学师生座谈会上发表了重要讲话,其中提到:“中华文明绵延数千年,有其独特的价值体系。中华优秀传统文化已经成为中华民族的基因,植根在中国人内心,潜移默化影响着中国人的思想方式和行为方式。我们生而为中国人,最根本的是我们有中国人的独特精神世界,有百姓日用而不觉的价值观。…… 站立在960万平方公里的广袤土地上,吸吮着中华民族漫长奋斗积累的文化养分,拥有13亿中国人民聚合的磅礴之力,我们走自己的路,具有无比广阔的舞台,具有无比深厚的历史底蕴,具有无比强大的前进定力。中国人民应该有这个信心,每一个中国人都应该有这个信心。我们要虚心学习借鉴人类社会创造的一切文明成果,但我们不能数典忘祖,不能照抄照搬别国的发展模式,也绝不会接受任何外国颐指气使的说教。”

“党中央作出了建设世界一流大学的战略决策,我们要朝着这个目标坚定不移前进。办好中国的世界一流大学,必须有中国特色。没有特色,跟在他人后面亦步亦趋,依样画葫芦,是不可能办成功的。这里可以套用一句话,越是民族的越是世界的。世界上不会有第二个哈佛、牛津、斯坦福、麻省理工、剑桥,但会有第一个北大、清华、浙大、复旦、南大等中国著名学府。我们要认真吸收世界上先进的办学治学经验,更要遵循教育规律,扎根中国大地办大学。”

新加坡国立大学东亚研究所所长郑永年教授则认为:在现代中国,“整个知识群体长期处于思想被殖民的状态”,丢失了自己文化传统的根本。“西方的知识体系自16世纪之后开始得到发展,在18、19世纪得到长足的进步,到20世纪初基本完成。这个知识体系是建立在一系列‘宏大的论述’基础之上的。…… 今天,社会科学,尤其是美国,已经转移到微观研究。欧洲还继续有‘宏大的论述’的传统。…… 美国的研究主要转向了微观。微观研究是美国人的优势。…… 如果用学术化一些的语言来说,欧洲人建立假设,美国人来检验。这种分工和合作,一直相当有效。”

“中国的知识体系还没有经历过这样一个‘宏大的论述’阶段,就直接进入了微观研究阶段。并且,中国似乎没有主观条件再去做这样一个‘宏大的论述’。中国自‘五四运动’以来,就努力接受西方的知识体系,也就是说早已经放弃了知识体系的论述。…… 现在的学者根本就没有‘宏大的论述’的意识;相反,他们不觉得这样的论述有什么价值。……这种情况不会得到轻易的改观,因为中国一切视西方美国为标准,并且把这些标准通过评审制度等等高度制度化了。”

中国香港的科学史学者陈方正教授也认为:“吸收、发展科学,其实相当于一整个文明之移植,是移山倒海那样的大业”。“然而,到了二十一世纪,当中国希望在科学的前沿和先进国家竞争,而科学的全面进步则系于整个民族的取向、心态时,这样的制约就好像出现了,它表现为:中国人太注重实用和当前的效果,缺乏对科学本身之精深、奥妙的向往与追求”。

然而,20世纪西方诸多大科学家却早已指出,东方文化传统中保存有“内在而未诞生的、最充分意义上的科学”,“将为科学的未来发展开辟道路”[李约瑟,《中国科学技术史》],并由此探索“一种根本不同的社会和经济结构”,“进行一场真正的世界意义的文化革命”[卡普拉,《物理学之道:近代物理学与东方神秘主义》,《转折点:科学、社会和正在兴起的文化》]。

果真如此吗?

2016年2月7日

(乙未年腊月廿九)

重要文献和书目:

1.M. P. A. Fisher, Quantum Cognition: The possibility of processing with nuclear spins in the brain, Annals of Physics, 2015, 362:593-602.

2.J. Alkhalili, J. Mcfadden, “Life on the Edge: The Coming of Age of Quantum Biology”, Bantam 2015. M. Mohseni, Y. Omar, G.S. Engel, M.B. Plenio (eds.), “Quantum Effects in Biology”, Cambidge University Press, 2014.

3.C. Swanson, “The Synchronized Universe: New Science of the Paranormal”; “LIFE FORCE, The Scientific Basis: Breakthrough Physics of Energy Medicine Healing, Chi and Quantum Consciousness, Volume II of Synchronized Universe”, Poseidia Press, 2009.

4.牛实为,《中国自然哲学基础丛书:易经系统观》,《中国自然哲学基础丛书:内经生态观》,《中国自然哲学基础丛书:道德经自然观》,《中国自然哲学基础丛书:华严经真空观》,《自性光明论》,北京: 金城出版社,2011

原文发布于微信公众号 - 新智元(AI_era)

原文发表时间:2016-02-16

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