白格，冷门科普 阅读原文 这句话的前半段是对的——1.所有粒子都遵循物理规律，2.人类由粒子组成。但是推论有待商榷，这两个前提并不意味着人的未来可以被预测。 原因在于，粒子所遵循物理规律是量子理论。在量子理论的图景中，单个粒子的行为和宏观物体行为完全不同，表现出极大的随机性，根本无法精确地预测。这一现象的发现可追溯到 1827 年，苏格兰植物学家罗伯特·布朗发现水中的花粉，在显微镜下出现了非常难以理解的现象——它们在不停地做随机运动。当时的科学家非常困惑，以为花粉中包含着“活性分子”。一些鬼魅般的成分驱动了花粉的运动。 显微镜下的布朗运动（Brownian Motion） 但这一解释显然是错误的。我们现在知道，花粉粒子的运动实际上是由更加微小的分子推动的。液体中的分子不断地进行热运动，从各个方向碰撞花粉，从而产生了随机运动。 花粉与水分子的相互作用 所以，在绝大部分情况下（注意，是绝大部分情况），我们的世界在微观层面混乱而无序，无法精确预测。 那么，为什么我们还会看到铁球落地、星球周转，钟表走时——似乎一切都精密运转，丝毫不乱，甚至大部分现象都可以用牛顿力学的公式足够精确地计算呢？难道宏观物体和微观物体遵循着两套不同的物理规律吗？ 这里要谈到一个尺度问题。我们目之所及的物体，即便细微如芥，只要人眼能够分辨，最小尺寸也在 0.1mm 以上，也就是 100000 纳米——包含了几十万甚至上百万个原子。如此众多的粒子组合在一起，各自的量子涨落会被互相抵消，很难形成肉眼可见的宏观运动。为了更加直观地表现这个现象，我做了一张动图： 可以看出，无数个无序的、微小的随机涨落，在微观尺度下活泼好动，好像“活了”一样；但在宏观尺度上却十分稳定，如同“死物”。这就好像沙滩远看是一片单调的颜色，但在显微镜下却显现出形态各异的结构，包含着矿物颗粒，海螺、贝壳、珊瑚……异常丰富而美丽。 左：海滩沙粒 右：砂砾在显微镜下 我们看到的大部分宏观物体都由粒子杂乱地组合在一起，因此整体行为可以被牛顿经典物理学计算和预测。 但是，如果这些粒子不是无序结合，而是有序组织的呢？你会发现整个世界的图景会完全改变——某些物体——比如生命，会表现出层层嵌套的复杂结构，如同精密的仪器，足以把分子层面的信息放大到肉眼可见的尺度。 以生物细胞内的驱动蛋白（Kinesins）为例，这个微小的物体如同一架精巧的机械，能够利用 ATP 水解所释放的能量，驱动自身并携带的货物分子沿微管运动，在细胞内运输物质。 这种驱动蛋白的尺寸仅有 80 纳米长，就像是细胞内的微型机车，负责输送物质，人体内有大约 45 种。试想一下，生命体从里到外，从下而上，到处都是如此精密的结构，还能像铁球或者岩石一样，用经典物理的方法计算、预测吗？ 显然不能。 再以大脑为例，我们可以进一步看到生物的惊人复杂性。人脑大约有 860 亿个神经元，比地球人口 10 倍还多，其相互连接的复杂结构超过人类建造的所有网络。2018 年，谷歌和德国 Max Planck 研究所利用递归神经算法，对脑组织进行了 3D 成像和重构。他们发现，仅仅一个立方毫米的大脑组织，就可以生成超过 1000TB 的数据！ Google 利用人工智能重构的部分神经元结构 更难以置信的是，大脑能够在量子纠缠层面产生效应。美国加州大学圣芭芭拉分校的马修·费希尔（Matthew Fisher）教授提出，大脑中可能在利用核自旋进行着量子处理，他提出了一种叫做“波斯纳”（Posner）的磷酸盐分子 Ca9(PO4)6，可以充当量子比特存储器，能够维持几天之久的相干时间。 类似假设以前也被提出过——1989 年，数学物理学家罗杰·彭罗斯（Roger Penrose）声称意识是神经元细胞微管（构成细胞骨架的蛋白质）中量子引力效应的结果。大部分科学家对此嗤之以鼻，神经生物学家帕特里夏·丘吉兰（Patricia Churchland）甚至讽刺道：认为意识来源于量子效应，就跟认为意识来源于神经元突触中闪着金光的的魔法粉尘差不多（想象一下彼得潘里小精灵身上金光闪闪的粉尘）。 但是，这一理论近年来却被更加严肃地对待。马修·费希尔从一个临床现象获得了突破：很久以来，锂类药物都被广泛用于治疗躁郁症（例如采用锂药物和 2- 丙基戊酸钠可以防止病人狂躁），但没人知道其真实原理。费希尔发现，药房里出售的作为药物的锂基本上就是同位素锂 -7。那么，稀有的同位素锂 -6 是否也有同样的效果呢？费希尔猜测，两种同位素都是同样的化学元素，区别仅仅在于原子核中的中子数。如果锂药物仅在化学层面产生作用，那么锂 -6 和锂 -7 的化学性质完全相同，药效应该完全一样[1]。 但是令人大跌眼镜的是，1986 年的研究显示，康奈尔大学对锂 -7 和锂 -6 的效果进行过对比。摄入锂 -6 的大鼠所表现出来的母性行为比摄入锂 -7 的大鼠强烈得多！费希尔认为，其中奥秘来自于核自旋——核自旋影响了每个原子保持相干态时间长短的量子特征。自旋越低，原子核就越不与电场与磁场发生作用，退相干就越慢。由于锂 -7 和锂 -6 的中子数不同，自旋也不同。其结果就表现为锂 -7 退相干得过快，而不发生量子认知；锂 -6 能保持更长时间的纠缠态，因而体现为迥异的行为。这便暗示，量子过程或许在认知处理中扮演了重要角色。 加州大学圣芭芭拉分校的 Matthew Fisher 教授 目前，科学家对大脑量子过程的研究还在继续进行，谜底还远没有被揭开。但我们相信，人类在漫长的进化中，已经发展出令人难以想象的机能和结构。人体所利用的能量和信息，不仅存在于宏观物理层，也存在于细胞和蛋白质层，甚至有可能已经深入到了更加精细的量子层。大千世界何其精妙！人类的行为虽然遵循着物理规律，但也绝非是经典物理可以简单描述和预测的。 我们知道的越多，就会发现自己越无知。 ——苏格拉底阅读原文
