認知過程中的量子特征

劉潔

【摘 要】文章通過引入量子力學為認知研究提供了新的理論框架，闡述了認知記憶過程中具有的量子糾纏、量子不確定性等特征，為自由意志在認知形成過程中的重要意向作用進行了解釋。

【關鍵詞】記憶 認知 量子認知

人類認知領域和量子力學的相似性源于：調查對象與調查過程的不可分離性。我們無法在原子行為和與之有交互作用的測量儀器之間給出清晰的分界，儀器定義了原子行為出現的條件。在心理學中，通過調查個體的情緒認知狀態來反映個體狀態；社會科學中，通過觀察個體在選擇中的偏好來反映他的偏好。量子力學，特別是它的數學形式體系，旨在應對認識論的挑戰：我們怎樣才能了解一個隨我們對它的了解而改變的系統。本文在承認神經元層次物理作用的同時，將傳統物理力學無法解釋的部分帶進了量子理論范疇。

一、認知整體是不斷建構的

大腦記憶的形成基礎是對外界信息的接收，即對原始意識信息的感知。這些意識信息是記憶形成的必要條件。對于意識信息如何在大腦中被存儲，已成為研究記憶形成的關鍵。在量子認知的模型中，記憶存儲被看成是一種量子存儲。對可存儲的意識信息而言，量子計算存儲更符合意識信息片段式接收模式，以及大腦對信息的存儲龐雜性和低耗能的要求；量子糾纏可以解釋意識信息的容錯性和不確定性；眾多生物科學研究的結果為大腦中量子活動產生的可能性提供了支持。

微觀粒子行為所表現出來的概率性、不確定性與人類認知、決策有相似之處，它的運動極易被情景影響。認知信息并不處于一個固定的狀態，它受到不同時間、不同地點等外界環境因素的影響，在認知的進化過程中不斷進行修正與豐富，同時，個體的內省式觀察也是影響認知信息變化的重要因素。當下情境的記憶受到相關記憶點的糾纏影響，各時間點的記憶共同構成了當下提取出的記憶信息，因此在這個意義上各時間點的記憶是一個完整的整體。而認知整體在相關情境以及提取過程中不斷重新建構，對過去信息的回憶作為整體認知信息的部分具有整體的特征。

二、第一進程影響下的認知

認知系統在量子認知中被認為是多種概率性可能的組合，認知變量在被測量前不需要賦值，而賦值也僅僅是一種可能性，當且僅當觀察者測量的時候系統才會從組合態坍縮為單一態。這就像薛定諤的貓，雖然測量之前是無序的混亂狀態，但這些不確定在一定的概率下卻是最終結果的必要條件，有序和規律來自無序。測量的主體無法是系統本身，否則系統確定則與量子的不確定性相違背。因此測量來自系統之外，超越系統，是絕對自由的，稱為第一進程（process 1）。馮紐曼將第一進程視為個體意識中為達成某種特定回饋的意向，代表人類的心靈，量子物理被認為是用以解釋連接心靈與物理世界的通道。心靈是絕對自由的，但人卻不能成為神，這是受到量子芝諾效應[ 量子力學認為測量會改變被測量的系統。古希臘哲學家芝諾曾提出一個飛矢不動的悖論，根據這個悖論，在量子測量中當觀測頻繁到一定程度時量子體系會表現出芝諾效應，一個系統被連續不斷的測量，那么它將是不變的、不衰減的。圖靈認為，“假如一個系統處于某種特征狀態之下，現在每秒對這個系統進行N次測量，那么即便這個狀態是不穩定的，當N趨向無窮大的時候，系統狀態發生變化的概率是零，也就是測量可以消除運動”。]的限制。物理學家E.C.G.Sudarshan 和R.Misra將量子測量中類似于飛矢不動悖論的現象被稱為“量子芝諾效應”。根據量子芝諾效應，測量的次數達到無窮多時，測量結果的概率性將消除。

僅規定“是”“否”兩個答案，其中“是”是期待回饋，個體僅提出問題，答案根據指定統計規律自然選擇。回答者不設定答案，而是根據提問逐漸形成答案。在測量過程中已經確定的意識狀態不會因自由意志再發生變化，前后問題的回答必須保持邏輯一致性。假設某一提問得到“是”，接著在原始狀態“是”演變的連續性時間尺度上進行相似的快速提問，根據量子動態規則，這些提問的答案很大可能上為“是”。在缺乏這種一系列快速的意向性提問時，原始狀態將迅速轉化為不同狀態。在這個例子中，量子隨機性的加入使意識的意向有效性被消除，無序形成了有序，即提問的不確定最終將答案確定下來。在這些答案的統計變化中量子規律形成強力趨勢消除了問題選擇帶來的有效影響。在此，個體控制著問題的提出，對答案進行測量的問題即第一進程，那么我們可以假設心理因素對物理世界具有潛在的影響力。

馮紐曼認為一個人的經驗生活是一連串的意識經驗，個體所經歷過的經驗事實會轉變為意識信息存儲于大腦。個體經歷過的經驗自我是意識經驗的一部分，經驗自我為意識的關注焦點提供了背景支持。他區分了第一進程干預和機械化的第二進程，第二進程在沒有第一進程干預時影響物理系統的演化。第二進程提出了對經典理論的量子化過程，它在沒有任何觀察系統的干預下對物理系統的演化進行具體說明。依據確定的第二進程機械化演化的人體的大腦必然會在持續演化中產生存在大量重疊和沖突的模糊行為模板，而非一個單一的清晰界定的行為模板。第一進程從這些混亂的可能性中提取出一對非此即彼的可能性，分別被稱為“是”和“否”。如果答案為“是”并且包含一個可形成對問題快速重新界定的積極評價因素，那么量子芝諾效應可以將這個積極評價轉變為積極行動。對量子芝諾效應性質的應用會促進物種生存。由這個量子模型所引起的意識作用力的物理功效可以合理地解釋我們的大腦怎樣及為何會以可以利用量子芝諾效應的方式進化。

第二進程下大腦產生未經個體意向性參與引導的混亂信息，個體無法決定這些信息的產生，下一個意識產生之前無法對頭腦中的信息做出預測。心靈在審視自我意識時，正如對這些信息進行測量，不同審視角度決定不同意識的產生，不斷進行相同角度的審視則可能得出同樣的意識。個體可以決定產生怎樣的意識，大腦中存在不為主體所知的絕對自由意識。在主體觀測之前并不能自我表征，意念投射的方向決定了意識產生的種類，大腦會集中處理所需信息，排除干擾信息，意向是意識的能量來源。在被主體意向投射之前各類信息混沌自處，提取后的模糊信息只有在不斷進行有意向性的測量后才能最終確定下來。人類生活環境的復雜性使個體無法預知自身未來的具體意識，被經驗環境所決定的個體又可以控制自身意識，這樣個體將察覺到的意識當作世界本身。

三、結語

人類認知的量子模型為人類認知和人類行為打開了全新的視角。首先，它引起對認知的整體模型的研究：認知不可以被完全分解為它的最簡組成部分，而是以整合系統運作。再者，這意味著人類認知是不斷進化的，受到同外部世界的交互作用以及其內部作用（如內省）的持續影響。這樣就為我們研究認知提供了一個內在語境的、可塑性的模型，它不具有確定的特征，而是在與環境的交互作用中逐漸形成。量子力學成功解釋了微觀系統中的一些問題，用量子力學的概念和形式為認知研究的發展提供了新的可能和啟發是人類認知過程中的巨大進步。

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