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 [新智元編者注]：意識的本質是量子糾纏嗎？近期，一篇有關量子腦理論的學術論文受到了廣泛關注。作者Matthew Fisher是 IBM T. J. Watson 研究中心史上第一位訪問學者，隨后在加利福尼亞大學物理學系及Kavli理論物理學研究所工作。2007年，他暫時離開UCSB物理學系，以研究物理學家的身份加入了微軟Station Q實驗室。在2009到2010學年，Fisher在Caltech擔任教職，并于2011年夏天回到UCSB物理學系。今年 Matthew Fisher 獲得美國物理協(xié)會的奧利弗·巴克利獎，這是物理學的頂級獎項，這也讓他獲得諾貝爾獎的呼聲非常大。他在2003年當選美國文理科學院院士，于2012年當選美國國家科學院院士。

任全勝      北京大學信息學院電子學系 副教授

Fisher在量子腦理論的論文中給出了多種實驗驗證方案。考慮到相關實驗的可行性，學術界或許在今年就能給出部分結論，我們不妨拭目以待。如果意識的本質真的是量子糾纏，Fisher的這一工作無疑是諾獎級猜想。為此，新智元邀請靜沙龍群友任全勝老師對量子腦理論等相關問題做了進一步解讀。

意識的本質是量子糾纏嗎？

——暨量子、生命、AI與科學的極限

一，緣起

       2016年1月17日，清華大學副校長施一公院士在“未來論壇”年會上做了一場大膽新穎的演講，其中涉及了有關生命本質的思考、神經活動中的量子機制、量子相干保持時間的技術進化、第六感官、人類的認知極限、宏觀——微觀——超微觀世界的關系等跨界和前衛(wèi)的科學問題，給國內略顯沉寂的科學氛圍帶來了陣陣漣漪。這個演講在贏得喝彩的同時，也招致了一些非議，一些學者分別從缺乏實驗驗證、有失嚴謹、接近偽科學、簡單還原論、外行跨界等角度提出了自己的看法。

       “這是要創(chuàng)建一個‘量子糾纏’教嗎？”的質疑言猶在耳，中科大常務副校長潘建偉院士就于2月3日在一篇報道中就量子糾纏、人類和人工智能(Artificial Intelligence, 簡稱AI)三者的關系亮明了自己的觀點：“人類大腦里面的思維機制和量子糾纏、量子疊加是緊密聯(lián)系在一起的。量子測不準原理告訴我們，你是不可測的，‘不可測’就保證了人類和機器人的本質區(qū)別，人類有自由的意志和自由的思想。從這個角度上來講，沒有到量子用上去之前，即不到量子人工智能的時代，我是一點兒不擔心人工智能會取代人類。”潘校長的觀點則在人工智能界引起了關注和討論。

       實際上，施校長和潘校長上述觀點的核心，都聚焦在量子與生命的關系，及其對生命科學、量子信息、人工智能等領域的前瞻性啟示意義。他們作為中國一流大學的副校長與中國科學院院士，理應對科學發(fā)展的趨勢提出自己戰(zhàn)略性的預見。“量子與生命的關系”這一科學命題本身也非異端邪說，對應于量子生物學這一新興交叉學科。筆者應新智元之約，嘗試結合前期的一些調研和思考，對上述量子與生命的相關爭議做進一步解讀。

       1978年的真理標準大討論打破了“兩個凡是”的思想教條，在當時僵化的意識形態(tài)壁壘上撕開了一道口子，為“改革開放”開辟了空間。科學相比于政治，更是不唯上、不唯書，只唯實的，歷史上的科學革命，也都是以個別“違教條、反常識”的學說或實驗為先導，在沉悶的科學意識形態(tài)壁壘上撕開一道口子，為新科學的誕生開辟空間。圍繞重大而根本的科學問題，開展一次百家爭鳴的學術討論，會促進中國科技事業(yè)的發(fā)展、融入科學革命的進程。但筆者尚非“學家”，且于不同學科班門弄斧，錯漏淺薄難免，不值方家一笑，聊以拋磚引玉。

二，從量子腦理論到量子生物學

       讓“上帝的歸上帝，愷撒的歸愷撒”，我們這里應當回歸“量子與生命”的科學問題本身。神經活動背后的量子機制，或曰量子腦理論，圍繞這個問題的研究和爭論由來已久。

       廣義相對論領域與霍金齊名的羅杰·彭羅斯(Roger Penrose)于1989年在其《皇帝的新腦》一書中即提出，已知的物理學定律不足以解釋意識現(xiàn)象，而他認為未來正確的量子引力新物理學應當在經典與量子力學之間架起一座橋。他認為大腦可能利用了量子測量時波函數塌縮的特性，而目前單純由算法驅動的電腦不足以實現(xiàn)強人工智能。而今年1月24日剛剛去世的“人工智能之父”馬文·明斯基(Marvin Minsky)早在1991年即針對彭羅斯的觀點亮明了自己的態(tài)度，他相信人類本質上是機器，盡管在功能上很復雜，卻完全能夠被當代的物理學所解釋。——都是開山鼻祖式的人物，“布里頓的驢子”會聽誰的？

       隨后，彭羅斯與斯圖亞特·哈梅羅夫(Stuart Hameroff)合作，提出了他們的神經微管量子引力效應理論。后來針對這個學說，學術界也展開了持久的爭論，而爭論的焦點則集中在微管量子相干的保持時間上。正如施一公在演講中提到的，“微管可以形成量子糾纏，但是微管的時間尺度是10^(-20)秒到10^(-13)秒，遠遠小于人的記憶和意識的形成時間。”——量子相干保持時間或量子退相干問題是整個“量子與生命”問題中最緊要的關鍵點，而這涉及到施一公所談的宏觀——微觀——超微觀世界的分野。

       從本質上看，一只螞蟻或一個小球都是由巨量的微觀粒子構成的。為何人類不嘗試用量子力學來描述這些宏觀物體呢？是因為這些巨量微觀粒子間的隨機熱運動導致波函數之間難以“步調一致”，兩個粒子之間即使能夠產生糾纏態(tài)，也會隨即被嘈雜、混亂的周圍環(huán)境所破壞，換句話說，就是難以形成具有功能意義上的量子相干保持時間。當然，宏觀尺度上有時也可以表現(xiàn)出量子效應，這屬于超流、超導等宏觀量子現(xiàn)象的研究領域，一般需要足夠低的溫度做保證。可以理解為，在接近絕對零度的時候，原子或電子的隨機熱運動才能夠“冷靜”下來，發(fā)生超導或超流的相變。而反觀生物體內的環(huán)境，它溫度太高了，量子力學的理論與實驗經驗毋庸置疑地表明，如此濕熱、嘈雜、混亂的環(huán)境里不可能存在與生命功能密切相關的量子效應。

       果真如此嗎？

       施一公演講中有關神經活動中存在量子效應的觀點，主要引述自加州大學圣塔芭芭拉分校(UCSB)著名凝聚態(tài)物理學家Matthew Fisher于2015年9月3日發(fā)表于Annals of Physics的一篇文章，題為《Quantum cognition, the possibility of processing with nuclear spins in the brain》[1]，從理論上論證了基于磷原子核自旋的量子神經機制的可能性。這篇文章最吸引人之處在于，它在理論上論證了以波斯納分子集群(Posner molecule or cluster)形式存在的磷酸鈣，可以作為磷原子自旋量子比特的存儲器，其量子相干保持時間可以大于10的5次方秒，也就是一天以上的時間。而神經科學中學習與記憶的基礎——類似STDP等長時程突觸增強與抑制現(xiàn)象的持續(xù)時間就是幾小時到1天的尺度。因此，這么長的量子相干時間尺度足以覆蓋大多數的神經活動。

       在量子信息科學的視角下，這又意味著什么呢？讓我們先回首澳大利亞國立大學助理教授Matthew Sellars領導的量子信息研究組于一年前發(fā)表在Nature上的一個工作。他們通過激光在稀有元素銪原子核的自旋態(tài)上寫入量子比特后，實現(xiàn)了長達6個小時的量子相干時間。訣竅在于，他們將晶體放在一個固定和振蕩磁場的結合體內以保存脆弱的量子信息。

       這篇文章的第一作者、中國留學生鐘滿金在接受新華社記者采訪時說：“量子態(tài)非常脆弱，一般會在幾毫秒內坍塌。我們把這個存儲時間延長到幾個小時，這可能會徹底改變量子糾纏態(tài)在通信網絡中的傳輸方式。即使是以行人的速度傳輸我們的晶體，在特定距離內我們這種方法的損耗也要遠遠少于激光系統(tǒng)。也就是說，人們可以將這些晶體當做用于量子糾纏的可攜帶的硬盤。”——從這個角度看，量子相干保持時間，如晶體管門電路尺寸之于傳統(tǒng)信息科技一樣，的確可以作為衡量量子信息科技的進化指數。

       Sellars研究組的工作與Fisher探討的量子神經機制有三個共同點：一是都“選擇了”原子核的自旋態(tài)作為量子比特的存儲載體；二是都要“千方百計”地屏蔽周圍環(huán)境的電磁場對原子核自旋量子態(tài)的干擾和破壞作用；三是二者給出的量子相干保持時間在量級上是接近的，而磷酸鈣波斯納分子的量子相干保持時間更長，達到了天的量級。那么，在類似人體體液的體外溶液中存在的納米級磷酸鈣波斯納分子，何以能夠PK人類最前沿的量子存儲技術呢？原因在于，波斯納分子在水中以每秒10的11次方高速轉動，即磷原子核處的偶極磁場幅度和方向將以10皮秒為時間量級而飛快改變，這意味著可以等效地“屏蔽”掉周圍水分子的質子偶極磁場對其的影響。如果Fisher的理論推算在不久的將來能夠被體外溶液中的同位素實驗所證實，人類將再次見識自然與生命的鬼斧神工。

       Fisher的工作比起之前的量子腦理論更吸引人的原因是多方面的。除了前述相干時間的因素外，還有如下一些亮點：

       一，他提出了一套完整的神經量子信息體系。

       包括量子比特、量子糾纏的產生、量子傳輸與存儲、量子測量，及分子層面的量子相干與測量對細胞層面神經脈沖活動的影響機制等，它們都有潛在的生物分子及相關酶化學反應過程等作為載體，整個邏輯鏈條的每個環(huán)節(jié)都清晰明確、有理有據。即使單純從量子信息系統(tǒng)的研究角度看，其思路也是有創(chuàng)新意義的。

       二，量子糾纏產生機制所發(fā)生的載體——焦磷酸鹽及其水解的酶化學過程，與生命體能量存儲運輸的基本單元ATP直接相關。

       焦磷酸鹽是ATP水解過程的兩個產物之一(另一個是AMP)，焦磷酸酶也在生命體里普遍存在。ATP對于體內細胞來說異常重要，因為它作為儲能器，可以輕易地被輸送到各處細胞為生命活動供給能量。這聽起來給人的感覺是，似乎量子糾纏機制不僅僅會涉及神經活動，這方面尚有待進一步的探索。但ATP水解的逆過程，即將具有較高能量的磷酸鹽與AMP組裝為ATP的過程，分別涉及動物體內的氧化作用及植物體內的光合作用，而量子生物學的研究表明，量子隧穿、量子游走等機制在其中都扮演著關鍵的角色。

       三，Fisher不僅做了理論論證，還提出了可行的多種實驗驗證途徑上的。

       例如作者提到，液態(tài)核磁共振(NMR)方法可以用來測量波斯納分子集群中磷原子核的自旋動力學（自旋相干時間），用原子核自旋非零的鈣、氧同位素替換方法可以使分子中磷原子核自旋態(tài)退相干，并通過NMR測量到。據NewScientist的報道，Fisher正在與斯坦福大學的神經科學家和分子生物學家合作，試圖通過實驗給出證據；很多實驗方案在中國也是不難開展的。考慮到相關實驗的可行性，學術界或許在今年就能給出部分結論，我們不妨拭目以待。

       目前，Fisher的研究尚未有任何實驗事實做支撐，有些人稱其為臆想，也有人說是偽科學。筆者百度了偽科學的定義，摘錄如下：“自稱為科學，但又不遵循科學方法的知識或理論；偽科學貌似科學，但無法用科學方法予以檢驗；可證偽性是區(qū)分科學與非科學（包括偽科學）的標準。” Fisher的理論遵循了科學的研究方法，并能夠用科學方法予以檢驗，是可以證偽的，因此稱其為臆想或偽科學都不夠嚴謹，至少它比難以證偽的弦論更不像偽科學。“科學”好比孫悟空，廣博艱深、真假難辯，有些是人類“非科學”的系統(tǒng)化經驗總結，有些真的是“偽科學”，有些則仍在科學探索的范疇里，而且越是前衛(wèi)的科學探索最初越顯得不那么成熟，對其更為負責任的稱呼是“邊緣科學”，有別于“主流科學”或“時髦科學”。

       施一公和潘建偉作為國際知名的科學家，公開發(fā)言一般會比較謹慎，他們敢于那樣表態(tài)，背后或許有他們的信息來源和獨立思考，不會空穴來風。另一方面，在跨領域的交叉學科問題上，即使身為某個相關領域的權威學者，也不宜輕率地對他人的科學觀訓練盲目質疑、在沒有深入調查的情況下對他人的科學研究輕易否定，這便是謙虛謹慎的科學態(tài)度。這在量子生物學領域，不乏前車之鑒：

       我們現(xiàn)在已知道葉綠素光合作用中量子效應在其中起了關鍵而不可替代的作用。這個發(fā)現(xiàn)最初于2007年發(fā)表在Nature上，并被紐約時報報道。加州大學伯克利分校格雷厄姆•佛萊明(Graham Fleming)領導的實驗室利用飛秒激光技術，在極短的時間內往光合作用復合物上照射激光，并觀察到了像是打著節(jié)奏一般的光回波，這些“量子鼓點”意味著光子的能量不是通過單一路徑傳入反應中心的，而是利用量子相干性同時從所有可能的路徑進行傳遞。在微生物與植物體內濕熱、混亂環(huán)境中發(fā)現(xiàn)的這種量子相干給量子科學家們帶來了巨大的震撼，2014年出版的《Life on the edge: the coming of age of quantum biology》一書對此進行了生動的描述：

       麻省理工學院(MIT)一個由Seth Lloyd領導的量子信息研究組在看了紐約時報的報道后，稱之為“量子欺詐(quantum hanky-panky)”。在后來的一次CBC訪談中Lloyd回憶說：“我們認為那是真正的歇斯底里…… 就好比，‘我的天，它是我一生中聽過的最不切實際的事！’” 他們覺得世界上很多最聰明最有錢的研究組花了數十年去試圖搞懂如何創(chuàng)造一臺量子計算機，而紐約時報的那篇報道卻宣稱一片卑微的葉子卻能夠完成量子計算最核心的一些功能。困擾這些MIT研究人員的主要挑戰(zhàn)是如何保持脆弱的量子相干態(tài)，物理學家們千方百計地要屏蔽外界環(huán)境對他們機器的影響，而量子相干卻被宣稱能夠在濕熱、喧囂的生物環(huán)境中得以保持，這意味著午餐品味沙拉時他們剛剛吃掉了一臺量子計算機，自然會令他們發(fā)瘋。在懷疑之余，Seth Lloyd開始全面審查這個工作。令所有人吃驚的是，Lloyd的調查結論是伯克利Fleming研究組發(fā)現(xiàn)的“量子鼓點”確是量子糾纏的信號，Lloyd認為葉綠素分子里的激子的確在以量子游走的方式尋找到達反應中心的路徑，恰對應于量子計算中的旅行商問題(Traveling Salesman Problem)。后續(xù)的研究表明，諸如菠菜、海藻等大部分植物的葉綠素中，都發(fā)現(xiàn)了基于量子相干的量子游走機制。現(xiàn)在正在研究的問題是生命體何以能保護并利用它們的量子相干態(tài)，而這些研究的結果未來必將促進量子計算機技術的發(fā)展。[2]

       由此，在人類實驗技術進入飛秒與納米的時空尺度后，量子機制在重要生命過程中“可以”起到關鍵而不可替代的作用，已經有了確定無疑的實例，這是人類科學經驗的意義世界中量子通向生命的第一束光，在保守、教條、沉悶的生命科學和量子科學的意識形態(tài)壁壘上撕開了一道口子，為量子視角在其他眾多生命科學領域的潛在可能開辟出了廣闊的空間。于是有關“量子與生命”的展望不再那么“偽科學”，似乎可以廣開言路了。但有人或許會害怕，害怕這口子一開，牛鬼蛇神都趁機鉆了進來……這自然有可能。可還是那句話，讓“上帝的歸上帝，愷撒的歸愷撒”，我們應當回歸科學本身，而非鴕鳥政策、因噎廢食。除了光合作用外，量子生物學領域的其他研究已表明，量子隧穿與量子糾纏在嗅覺、鳥類導航、神經活動乃至基因的適應性突變中也可能發(fā)揮著關鍵的作用，這個list相信在未來還會不斷延長。

三，AI、量子、科學、生命的極限與超越

       量子生物學的這些研究進展表明，自然再次超乎人類的理解，這提示人類應當放下自負與傲慢，重新回歸對自然與生命的敬仰，以敬畏和謙卑的心態(tài)去面對自然、探索生命的奧秘。這恰對應于施一公的演講主題 “生命科學認知的極限”。他是這么總結的：“我認為人類的認知極限就在于，我們是一堆原子，我們處在宏觀世界，但我們希望隔著兩個世界去看超微觀世界。那是一個最美好的、極其美妙的世界。”筆者認為有關“極限”問題的討論是施一公演講的一大亮點，潘建偉2月3日表明的觀點則對應于人工智能的極限。（這是非常有趣的一個事情，要知道一年以前人們都還在暢想人工智能的“奇點”，如今討論的卻是“天花板”……）而彭羅斯與明斯基近30年前圍繞這個問題的交鋒甚至涉及到現(xiàn)有理論物理學的極限。由此展開，人們可以討論不同的極限：馮·諾依曼型計算機的極限、深度學習的極限、人工智能的極限、生命科學的極限、理論物理學的極限、科學的極限、人的極限。這并非春節(jié)假期里漫無邊際的暢想，它們在人文、科學、技術、世界經濟、國際政治、科學革命、民族復興等方面有著深刻的現(xiàn)實意義。量子生物學、量子腦理論當下及未來的研究進展，必會深刻影響人類對這些極限問題的認知，從而影響在前述諸多方面的判斷。

       2015年10月美國白宮召集了很多計算領域的專家們開了一個國家戰(zhàn)略研討會：        the White House National Strategic Computing Initiative Workshop (NSCI），有關計算科學的“極限”，專家們形成了諸多共識（摘錄自微軟研究員Doug Burger的與會總結）

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. 

       技術創(chuàng)新戰(zhàn)略的“代差優(yōu)勢”是美國、歐盟等發(fā)達國家能夠主導國際經濟、政治格局的關鍵要素之一，面對計算科學的“新常態(tài)(New Normal)”，美歐從國家戰(zhàn)略上必須尋找新的技術創(chuàng)新戰(zhàn)略高地。這里邊提及的量子計算與神經形態(tài)計算（類腦計算）與本文的主題直接相關。在歐盟“人腦工程”項目的報告書中，即明確提到：“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.”類腦計算相比于深度學習等傳統(tǒng)人工智能技術的主要優(yōu)勢包括低能耗、低延遲、算法通用、自主學習等，除此之外，最能夠引人遐想的是其類腦潛力，即通向強人工智能的可能。量子腦理論目前在實驗驗證方面還沒有塵埃落定，如果量子機制在腦信息處理中的確起到了關鍵作用，會否為類腦計算的未來發(fā)展劃定極限？這是值得密切關注的問題。

       另一方面，微軟和谷歌目前在量子計算方面都有了大量的投入，2015年將量子計算與機器學習相結合的研究報道也屢見不鮮。那么，一個很自然的問題就是，未來的量子人工智能時代，人類能否實現(xiàn)強人工智能而臨近奇點呢？這個極限問題涉及到前述彭羅斯與明斯基交鋒的焦點。彭羅斯認為，已知的物理學定律不足以解釋意識現(xiàn)象，未來正確的新物理學應當在經典與量子力學之間架起一座橋。2009年在一篇discover雜志的訪談中，彭羅斯給出了他最新的看法，即生命與大腦可能超過了現(xiàn)有量子力學能告訴我們的極限；當代的物理學家永遠不會了解宇宙的終極理論，除非他們能透過今天那些不成熟理論的表象看到我們所生活的客觀世界的最深層的實在。彭羅斯認為：“有意識的大腦活動并不遵循經典物理，它甚至不依照傳統(tǒng)的量子力學活動。描述它活動方式的理論我們現(xiàn)在仍不知道。……所以我仍然希望能發(fā)現(xiàn)一些結構自洽的東西，因為我相信它應該存在。當最終物理學家了解量子物理核心的時候，我想這個理論應該很美。……我很肯定，解決量子力學謎題將會對許多科學產生巨大的影響，諸如量子力學是如何應用在生物學中這些問題。最終，它很可能以各種我們想象不到的方式，導致一個完全不同的理論，帶來一場新的思維上的革命。”（《世界科學》2009.12，譯自 discover雜志）

       理論物理學和生命科學能否突破彭羅斯所謂的極限，將人類帶往那個新的科學高地呢？它離我們是否還很遙遠？沿Fisher的文章順藤摸瓜，似乎能找到一點點線索，那看起來像一線曙光，盡管十分地微弱。

       在基于原子核自旋的神經量子理論探索方面，Fisher并非第一個吃螃蟹的人。Fisher在文章引言中引用了胡虎平及其妻子、美國紐約西奈山醫(yī)學院病理學系兼職教授Maoxin Wu的工作。胡虎平1986年在蘭州大學生物物理學專業(yè)碩士畢業(yè)后，于1987年留學美國，并于1991年在伊利諾伊大學香檳分校獲得了生物物理學的博士學位。他們長期研究的結論更富顛覆性：“自旋有可能是驅動量子力學、時空動力學和內在意識的根本自指過程。自旋是意識的載體和精神與大腦的接口，可以稱之為‘精神像素’。量子力學的隨機性結構源于自旋態(tài)的自指塌縮，這里所謂的塌縮是語境相關的、非計算的、非局域的和不可逆的。”

       彭羅斯堅信大腦最深層的奧秘是非計算的，胡虎平夫婦的研究似乎對此給出了一個回應。當然，他們的工作如果不被扣上偽科學的帽子，也必然屬于邊緣科學的敏感禁地。它不僅尚未被實驗數據驗證，而且已涉及精神與物質的分野，實質上已觸及科學的邊界。我們最好就此打住，但這又涉及到施一公演講中提到的“第六感官”問題，且是演講內容中爭議最大的部分，看起來有繼續(xù)討論的必要。

       所謂第六感官，或稱超感知覺（extrasensory perception，簡稱ESP），指無須來自感覺器官的刺激和感覺器官為中介而知覺外界事物的一種現(xiàn)象，泛指所有暫時無法解釋的人體特異功能。超心理學(parapsychology)指采取科學方法對超感官知覺或超常心理現(xiàn)象的研究。這里筆者無意多談，感興趣的讀者可參閱Claude Swanson共1000余頁的兩卷綜述性巨著：《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本科就讀麻省理工學院的物理學專業(yè)，后在普林斯頓大學取得了物理學博士學位，受過嚴謹的科學觀訓練，其綜述比其他相關書籍更為全面和嚴謹。

       現(xiàn)在回到最后的兩個極限問題：科學的極限與人的極限。我們知道，科學研究離不開經驗的支持，現(xiàn)代科學是物質化的，其獲取經驗的方式是科學實驗。如施一公所言：“科學發(fā)展到今天，我們看世界完全像盲人摸象一樣，我們看到的世界是有形的，我們自己認為它是客觀的世界。其實我們已知的物質的質量在宇宙中只占4%，其余96%的物質的存在形式是我們根本不知道的，我們叫它暗物質和暗能量。”而量子腦理論、胡虎平的自旋理論及Claude Swanson所綜述的眾多邊緣科學，似乎預示了科學已日益臨近精神與物質的交界，這便涉及到科學探索方法的極限問題。前述量子生物學的研究進展再次表明，當前科學經驗的邊界絕非人的邊界。那么科學探索方式的極限等同于人類探索生命奧秘的極限嗎？

       我們知道，量子計算技術中超導量子比特利用了超導約瑟夫森隧道結的非線性效應。這個超導領域的重大發(fā)現(xiàn)者、科學史上最年輕的諾貝爾獎獲得者布賴恩·約瑟夫森(Brian David Josephson)在獲得諾貝爾獎之后的30多年時間里，遠離了科學的主流，轉而投身于“精神－物質統(tǒng)一計劃(Mind－Matter Unification Project) ”。這一計劃主要從理論物理的觀點去了解自然界中智力與大腦的有關過程，包括大腦如何工作、語言和理智能力、音樂和心緒的基本聯(lián)系等，其基本出發(fā)點是，量子力學不是自然的最終理論和完整圖像（這與彭羅斯的觀點不謀而合）。約瑟夫森認為對于物質世界與精神世界而言，都存在一種高度有序化的純一狀態(tài)：前文所述的宏觀量子效應中，金屬導體在臨近絕對零度的狀態(tài)，其電子當電流通過時毫不騷動，處于有序化的純一狀態(tài)，形成超導現(xiàn)象；不同的流體在各自的特定低溫下，其阻力減小，以致趨近于零，形成超流現(xiàn)象。就精神世界而言，人的念頭持續(xù)不斷、紛繁蕪亂，通過精誠不懈地調節(jié)，意識場可以像處于絕對零度的超導體一樣，達到完全有序化的狀態(tài)。約瑟夫森借用超導、超流理論作為比量，說明人腦的意識場，當“精神溫度”降低到“絕對零度”時，可能進入“頓悟狀態(tài)”(state of insights)，涉及由誠而明的境界。

       對于這個問題，中國科學院大學已故數學教授牛實為老先生曾指出[4]：“探索真理應該是兩條道路互補：一條是器證與推理，另一條是悟證與直覺。”“中國古代有些哲人，像研究科學一樣，精進不懈，開顯良知良能，認識到與終極實體有關的人類自性問題。”他進一步說：“六祖慧能明心見性，說明了自性寂光開顯，這是無住生心的自然成就；愛因斯坦抓住了物質輻射之光，通過奇妙的構思與時空聯(lián)系起來，建立了相對論，揭開了宇宙、原子的奧秘。這兩種光能截然不同，但可能是一紙之隔，兩者一隱一顯都是人類的燈塔，是互補而相通的。”——這提示我們，如果將這兩條探索真理的道路結合起來，或可超越現(xiàn)有科學探索方式的極限。

       我們知道愛因斯坦是以十分微妙的方式篤信宗教的，愛因斯坦認為：“我們現(xiàn)在所看到的，只是一個尚未完全理解的真正實體的局部。這就會使一個有思想的人，為一種謙恭的感情所征服。這是一種真正的感情，與任何神秘主義毫不相干。我的宗教在于：對至高無上的精神，懷有一種謙恭的贊美；這種精神，在我們理解現(xiàn)實的事務中，可以部分地顯示出來。我想知道上帝是怎樣創(chuàng)造這個世界的；我想了解它的思想，其余都是次要的。”——愛因斯坦信仰“斯賓諾莎的上帝(Spinoza's god)”。斯賓諾莎認為，宇宙間只有一種實體，有時稱之為“上帝”或“大自然”，無論是上帝或自然，指的是既存的每一件事物，包括所有精神上的東西。——對于斯賓諾莎與愛因斯坦來說，上帝就是所有事物的秩序與和諧中顯現(xiàn)出來的大自然，這便涉及到了人的極限。

       生命體是最典型的非平衡態(tài)系統(tǒng)。這個非平衡態(tài)統(tǒng)計物理與耗散結構理論的奠基人是1977年諾貝爾化學獎獲得者伊利亞·普里高津(Llya Prigogine)。施一公演講的結束語——“那是一個最美好的、極其美妙的世界”，使筆者聯(lián)想到了普里高津在《從存在到變化》(From Being to Becoming)一書中的一段話：“對于目前大多數的科學發(fā)現(xiàn)者而言，科學可以說是一種意圖，希望超出我們這個看得見的世界，進入一個無時間的世界（斯賓偌莎的世界——the world of Spinoza）。或許存在有一個更精細形式的實體(a more subtle form of reality)，……那是一個開放的世界(open world)，人與自然要進行新的對話。”——如果真能達致這樣一個無時間的世界，或許便已超越人的極限。而在中國的文化傳統(tǒng)中，也有很多類似的表述，如明代釋蓮池所言的：“靈明洞徹，湛寂常恒，非濁非清，無背無向，大哉真體，不可得而思議者，其唯自性歟”。 

四，中國科學事業(yè)的極限與超越

       一路走來，我們似乎從一個納米級量子神經機制的科學問題，逐漸走向了一個宏大的歷史敘事：

       2010年，中國科學院召集300多位專家經過一年多研究認為，當今世界正處在新科學技術革命的前夜。中國科學院大學已故數學教授牛實為先生認為，21世紀的科學革命將呈現(xiàn)出兩個主旋律，第一個是“物理學與生命科學的合流”，我們已看到，生物學和物理學各自呈現(xiàn)的對自然之描述現(xiàn)在開始合而為一；而第二個主旋律則是“現(xiàn)代科學與中國哲學的合流”。中國科學院的科學史專家董光璧研究員也曾指出：“如何在中國傳統(tǒng)文化中尋找新文化的種子，向世界提供我們文明中的最佳遺惠，以在現(xiàn)代科學技術文明的基礎上發(fā)展新的科學知識系統(tǒng)和新的人文價值體系，當是中華民族復興的一項偉大的歷史使命。”

       2014年的五四青年節(jié)，習近平主席來到北京大學考察，在北京大學師生座談會上發(fā)表了重要講話，其中提到：“中華文明綿延數千年，有其獨特的價值體系。中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化已經成為中華民族的基因，植根在中國人內心，潛移默化影響著中國人的思想方式和行為方式。我們生而為中國人，最根本的是我們有中國人的獨特精神世界，有百姓日用而不覺的價值觀。…… 站立在960萬平方公里的廣袤土地上，吸吮著中華民族漫長奮斗積累的文化養(yǎng)分，擁有13億中國人民聚合的磅礴之力，我們走自己的路，具有無比廣闊的舞臺，具有無比深厚的歷史底蘊，具有無比強大的前進定力。中國人民應該有這個信心，每一個中國人都應該有這個信心。我們要虛心學習借鑒人類社會創(chuàng)造的一切文明成果，但我們不能數典忘祖，不能照抄照搬別國的發(fā)展模式，也絕不會接受任何外國頤指氣使的說教。”

       “黨中央作出了建設世界一流大學的戰(zhàn)略決策，我們要朝著這個目標堅定不移前進。辦好中國的世界一流大學，必須有中國特色。沒有特色，跟在他人后面亦步亦趨，依樣畫葫蘆，是不可能辦成功的。這里可以套用一句話，越是民族的越是世界的。世界上不會有第二個哈佛、牛津、斯坦福、麻省理工、劍橋，但會有第一個北大、清華、浙大、復旦、南大等中國著名學府。我們要認真吸收世界上先進的辦學治學經驗，更要遵循教育規(guī)律，扎根中國大地辦大學。”

       新加坡國立大學東亞研究所所長鄭永年教授則認為：在現(xiàn)代中國，“整個知識群體長期處于思想被殖民的狀態(tài)”，丟失了自己文化傳統(tǒng)的根本。“西方的知識體系自16世紀之后開始得到發(fā)展，在18、19世紀得到長足的進步，到20世紀初基本完成。這個知識體系是建立在一系列‘宏大的論述’基礎之上的。…… 今天，社會科學，尤其是美國，已經轉移到微觀研究。歐洲還繼續(xù)有‘宏大的論述’的傳統(tǒng)。…… 美國的研究主要轉向了微觀。微觀研究是美國人的優(yōu)勢。…… 如果用學術化一些的語言來說，歐洲人建立假設，美國人來檢驗。這種分工和合作，一直相當有效。”

       “中國的知識體系還沒有經歷過這樣一個‘宏大的論述’階段，就直接進入了微觀研究階段。并且，中國似乎沒有主觀條件再去做這樣一個‘宏大的論述’。中國自‘五四運動’以來，就努力接受西方的知識體系，也就是說早已經放棄了知識體系的論述。…… 現(xiàn)在的學者根本就沒有‘宏大的論述’的意識；相反，他們不覺得這樣的論述有什么價值。……這種情況不會得到輕易的改觀，因為中國一切視西方美國為標準，并且把這些標準通過評審制度等等高度制度化了。”

       香港的科學史學者陳方正教授也認為：“吸收、發(fā)展科學，其實相當于一整個文明之移植，是移山倒海那樣的大業(yè)”。“然而，到了二十一世紀，當中國希望在科學的前沿和先進國家競爭，而科學的全面進步則系于整個民族的取向、心態(tài)時，這樣的制約就好像出現(xiàn)了，它表現(xiàn)為：中國人太注重實用和當前的效果，缺乏對科學本身之精深、奧妙的向往與追求”。 

       然而，20世紀西方諸多大科學家卻早已指出，東方文化傳統(tǒng)中保存有“內在而未誕生的、最充分意義上的科學”，“將為科學的未來發(fā)展開辟道路”[李約瑟，《中國科學技術史》]，并由此探索“一種根本不同的社會和經濟結構”，“進行一場真正的世界意義的文化革命”[卡普拉，《物理學之道：近代物理學與東方神秘主義》，《轉折點：科學、社會和正在興起的文化》]。 

       果真如此嗎？

2016年2月7日  

乙未年臘月廿九