意识从物质中出现的原理（为什么物理学家说意识是一种物质状态）

​理论物理学正在悄然进行一场革命。自从这门学科存在以来，物理学家一直不愿意讨论意识，认为它是江湖医生和江湖骗子的话题。事实上，仅仅提到“意识”这个词就可能毁掉职业生涯。

由于一种全新的意识思维方式在理论物理领域如野火般蔓延，这种情况终于开始改变。虽然意识的问题远未得到解决，但它最终被数学地表述为一组研究人员能够理解、探索和讨论的问题。

剑桥麻省理工学院的理论物理学家马克斯泰格马克阐述了这种新思维方式所引发的基本问题。他展示了如何用量子力学和信息论来表述这些问题。他解释了以这种方式思考意识是如何引出关于现实本质的精确问题，而科学实验过程可能有助于理清这些问题。

​泰格马克的方法是把意识看作是物质的一种状态，就像固体、液体或气体一样。我猜想意识可以被理解为物质的另一种状态。就像有很多种液体一样，也有很多种意识。

他接着展示了意识的特殊属性是如何从支配我们宇宙的物理定律中产生的。他还解释了这些性质是如何让物理学家推断出意识产生的条件，以及我们如何利用意识来更好地理解为什么我们周围的世界是这样呈现的。

有趣的是，研究意识的新方法来自于物理学界之外，主要来自于神经科学家，如麦迪逊市威斯康辛大学的朱利奥托诺尼。托诺尼提出，一个展示意识的系统必须具备两个特定的特征。首先，系统必须能够存储和处理大量信息。换句话说，意识本质上是一种信息现象。

​其次，这些信息必须整合成一个统一的整体，这样就不可能被分割成独立的部分。这反映了这样一种经验，即意识的每个实例都是一个统一的整体，不能分解为单独的组件。这两种特性都可以用数学方法指定，这使得像马克斯泰格马克这样的物理学家可以第一次对它们进行推理。他首先概述了意识系统必须具备的基本属性。

由于它是一种信息现象，一个有意识的系统必须能够在内存中存储并有效地检索它。它还必须能够处理这些数据，就像一台计算机一样，但它比我们所熟悉的硅基设备更加灵活和强大。

马克斯泰格马克借用computronium来描述可以做到这一点的物质，并引用了其他研究成果，这些成果表明，今天的计算机比计算的理论极限低了约38个数量级。显然，有意识系统的性能还有很大的改进空间。

接下来，马克斯泰格马克讨论了感知器，它被定义为主观自我意识的最普遍的物质。这种物质不仅应该能够储存和处理信息，而且应该能够形成统一的、不可分割的整体。这也需要一定程度的独立性，其中信息动态是由内部而不是外部决定的。

​最后，马克斯泰格马克用这种新的思考意识的方式作为透镜来研究量子力学的一个基本问题，即量子因子分解问题。这是因为量子力学用三个数学实体来描述整个宇宙：一个被称为哈密顿量的物体，它描述了系统的总能量；描述系统中所有量子态之间关系的密度矩阵；薛定谔方程描述了这些东西如何随时间变化。

问题是，当用这些术语描述整个宇宙时，有无数的数学解，包括所有可能的量子力学结果和许多其他更奇异的可能性。

所以问题是为什么我们认为宇宙是半经典的，熟悉的三维世界。当我们看一杯冰水时，我们认为液体和固体冰块是独立的，即使它们是作为同一个系统的一部分紧密相连。这是怎么发生的呢？在所有可能的结果中，我们为什么要感知这个解决方案？

​马克斯泰格马克没有答案。但他的方法最吸引人之处在于，它是用量子力学的语言来表述的，这种方式允许进行详细的科学推理。结果，它提出了各种各样的新问题，物理学家们想要更详细地分析这些问题。例如，意识系统中的信息必须统一。这意味着系统必须包含纠错代码，允许最多一半信息的子集从其余信息重构出来。

马克斯泰格马克指出，任何存储在称为Hopfield神经网络的特殊网络中的信息都会自动具有这种纠错功能。然而，据他计算，一个人脑大小、拥有10^11个神经元的Hopfield网络，只能存储37比特的综合信息。

这给我们留下了一个整合悖论：为什么我们的意识体验的信息内容似乎远远大于37位元？这是一个许多科学家可能最终会仔细思考的问题。对于马克斯泰格马克来说，这个悖论表明他的意识数学公式缺少一个重要的组成部分。他表示：“这强烈暗示，整合原则必须得到至少一项附加原则的补充。“

然而，这种方法的力量在于假设意识并不超出我们的认知范围；没有什么“秘方”是无法驯服的。20世纪初，一群年轻的物理学家开始了一项探索，试图解释我们对宇宙的理解中一些奇怪但看似微小的异常现象。在推导相对论和量子力学的新理论时，它们最终改变了我们理解宇宙的方式。这些物理学家，至少其中一些，现在已经家喻户晓。是不是在21世纪初，一场类似的革命正在进行？