意识是指对自我和周围环境的主观体验，包括感觉知觉、思维和情感。哲学家们一直在探讨意识的本质和起源，但科学家们也没有放弃寻找一个客观的解释。在物理学中，有两种主要的理论来描述自然界的现象：经典力学和量子力学。
经典力学是由牛顿等人建立的，它适用于宏观尺度的物体，如行星、汽车或苹果。经典力学认为物体的位置和速度是可以精确测量和预测的，而且物体之间只有通过直接接触才能相互作用。
量子力学是在20世纪初发展起来的，它适用于微观尺度的粒子，如电子、光子或原子。量子力学认为粒子的位置和速度是不确定的，而且只能用概率来描述。此外，量子力学揭示了一些奇异的现象，如叠加、纠缠和隧穿。
在双缝实验里，从光源a传播出来的相干光子束，照射在一块刻有两条狭缝b和c的不透明挡板S2在挡板的后面，摆设了摄影胶卷或某种侦测屏F，用来纪录到达F的任何位置d的光子数据。最右边黑白相间的条纹，显示出光子在侦测屏F的干涉图样。
叠加是指一个粒子可以同时处于两种或多种状态，比如同时向上和向下旋转。纠缠是指两个或多个粒子之间存在一种超距作用，即使它们相隔很远，也能彼此影响。隧穿是指一个粒子可以穿过一个看似不可逾越的势垒，比如电子可以从一个原子跳到另一个原子。
那么，人类意识是由经典力学还是量子力学来支配呢？这个问题一直引起了许多科学家和哲学家的争论和猜想。其中最有影响力的一个理论是由物理学家罗杰·彭罗斯和麻醉学家斯图尔特·哈默罗夫在上世纪90年代提出的。
彭罗斯-哈默罗夫理论认为，人类大脑中的神经元包含了一种叫做微管的结构，它们负责将物质运输到细胞的不同部分。他们认为微管具有一种分形的模式，这使得它们能够进行量子过程。分形是一种既不是二维也不是三维，而是介于两者之间的某个小数值的结构。在数学中，分形呈现出美丽的图案，它们无限地重复自身，产生了一种看似不可能的情况：一个有限面积但无限周长的结构。
彭罗斯-哈默罗夫理论进一步认为，微管中的量子过程与大脑中产生意识的神经活动相协调，并受到基本物理定律（如广义相对论）的制制约。他们认为，当微管中的量子态达到一个临界点时，它们会发生一种叫做量子态塌缩的过程，这就是意识的产生。量子态塌缩是指一个粒子从多种可能的状态中选择一个确定的状态，比如从同时向上和向下旋转变成只向上或只向下旋转。
彭罗斯-哈默罗夫理论试图用量子力学来解释人类意识的复杂性和非算法性。复杂性是指意识具有多样性、灵活性和创造性，而非算法性是指意识不能被简单的计算规则所模拟。他们认为，经典力学是不足以描述意识的，因为它是确定性的、线性的和可逆的，而量子力学则是不确定性的、非线性的和不可逆的。
彭罗斯-哈默罗夫理论在科学界引起了很大的争议。一些科学家认为它是一种大胆而富有创造力的尝试，而另一些科学家则认为它是一种没有实证依据的猜想。量子意识理论的主要挑战之一是如何在实验上验证它。目前，我们还没有足够精确和灵敏的仪器来测量大脑中的微观量子效应，而且我们也不清楚大脑中的温度、湿度和噪声是否会破坏微管中的量子相干。
在环境光子对于标靶物体的经典散射里，平均而言，标靶物体的运动不会因为被散射光子的作用而改变。在量子散射里，被散射的光子与处于叠加态的标靶物体相互作用，因此会导致量子纠缠，将标靶物体的相位相干性退定域至整个系统．促使干涉图案消失无踪。
尽管如此，一些科学家仍然在努力寻找证据来支持或反驳量子意识理论。例如，由上海交通大学的金显民教授领导在实验室中测试了一些量子意识理论的基本原理。
如果我们未来能够将我们的发现与大脑中测量到的活动进行比较，我们可能会更接近于验证或驳斥彭罗斯-哈默罗夫理论。当然，这只是一个初步的探索，还有许多问题需要解决。人类意识是经典的还是量子的？这个问题还没有一个确定的答案，但它值得我们继续探索和思考。
参考：
- [1] 彭罗斯，哈默罗夫. 量子计算与意识. 物理学进展，1996, 16(4): 455-468.
- [2] 赵鹏，李晓东. 量子力学与人类意识. 科学通报，2008, 53(3): 225-232.
- [3] 王晓峰，王磊. 量子力学与人类意识的本质. 科技导报，2019, 37(7): 67-71.
- [4] Sunny Labh. Human Consciousness — Classical or Quantum Mechanical? Medium, 2021.
- [5] Cristiane de Morais Smith. Can consciousness be explained by quantum physics? My research takes us a step closer to finding out. The Conversation, 2021.
- [6] Jin X-M, Zhang Y-T, Zhang S-J, et al. Quantum simulation of low-temperature metallic liquid hydrogen. Nature, 2020, 584: 227-231.
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