量子力學創立之后，物理學與唯物主義和二元論這兩種哲學理論之間的關系變得微妙起來。歷史地看，物理學所確立的客觀主義自然觀直接推動了唯物主義的迅速發展，直至在哲學領域中居于支配地位。在當代哲學中，物理學是唯物主義的天然同盟者，在以賴爾、克里普克等為代表的英美分析哲學家那里，唯物主義與物理主義通常被認為是一樣的，物理主義被看成是一種強的唯物主義綱領。但20世紀量子力學的創立，既顛覆了人們有關傳統物理學的認識，又顛覆了人們有關與物理學存在密切聯系的自然哲學的認識。其結果是，在一些物理學家看來，如果要恰當地理解量子物理學，就離不開人的意識;而在一些哲學家看來，如果要恰當地理解人的意識，亦離不開量子物理學。由此，在對量子理論的一些解釋中，自然科學與哲學的關系發生了戲劇性的轉變:過去唯物主義一直是以物理學為榜樣的，物理學也支持唯物主義的自然觀，但如今，物理學的基本理論竟然要求引入主觀性條件，二元論竟然能夠與物理學的基礎理論相互支撐。
一哥本哈根學派的量子意識理論
在量子力學的創立和闡釋中，以丹麥物理學家波爾(NielsHenrikDavidBohr)為代表的哥本哈根學派曾發揮重要作用，以致他們有關量子物理學的解釋被稱為“哥本哈根詮釋”(CopenhagenInterpretation)。在物理學領域，哥本哈根學派被評價為“把我們的思想卷入了一場徹底的革命”[1]68。
眾所周知，哥本哈根的量子力學中存在著三大核心原理:概率解釋、不確定性原理和互補原理。根據波爾、海森堡等哥本哈根學派代表人物的觀點，所謂概率解釋，即認為量子世界在本質上是不確定的，只能通過概率來描述，任何對量子狀態的測量過程只能是隨機地“抓住”其波動函數所允許的可能狀態之一;所謂不確定原理，也就是人們常常講到的“測不準原理”，由海森堡首先提出，即一個微觀粒子的某些物理量(如位置和動量，或方位角與動量矩，還有時間和能量等)，不可能同時具有確定的數值，其中一個量越確定，另一個量的不確定程度就越大，測量一對共軛量的誤差的乘積必然大于常數h/2π(h是普朗克常數);所謂互補原理，主要由波爾提出，即認為微觀粒子同時具有波動性與粒子性，而這兩個性質是相互排斥的，不能用一種統一的圖像去完整地描述量子現象，但波動性與量子性對于描述量子現象又是缺一不可的，必須把兩者結合起來，才能提供對量子現象的完備描述，量子現象必須用這種既互斥又互補的方式來描述。
在哲學領域，以波爾為代表的哥本哈根學派認為，量子物理學暗示了將主體性的意識、經驗納入到人類知識統一體的可行性。對于波爾等人來說，量子物理學中的上述原理并不能借助于統計學規律，在傳統物理學的決定論框架中給予解釋。相反，量子的物理后果顯示了與主觀精神之間的顯著相似性，“原子現象的觀察對該現象所發生的不可避免的影響，就和心理經驗的一種眾所周知的色調變化相對應;這種變化是由于對心理經驗的各種要素之一加以注意而引起的”[2]38。
波爾早期所寫的一系列闡述量子力學基本理論的論文，表現出較為明顯的唯心主義哲學傾向。例如，在《量子公設和原子理論的晚近發展》一文中，波爾談及量子力學的不確定原理時指出，傳統物理學描述的通常是不受干擾的對象，而在量子力學的理論框架下，所涉及的任何對象都必須考慮到觀察對象與觀察器械之間的相互作用。由此，傳統物理學中觀察對象的客觀性消解了。從觀察對象客觀性的消解出發，波爾得出的結論是:“每一種觀察，最終都可以歸結為我們的感覺。”[2]25談及量子力學的互補性原理時，波爾將之與相對論比較。波爾指出，就像相對論有關時空的理解超出了人們的常識經驗一樣，對量子物理學的理解也要超越根深蒂固的知覺概念模式，因為在理解互補原理時面臨的情形，“這種形勢和人類概念形成中的一般困難深為相似，這種困難是主觀和客觀的區分中所固有的”[2]35。在《作用量子和自然的描述》《原子理論和描述自然所依據的基本原理》等文中，波爾暗示說，與傳統物理學困囿于無機世界不同，量子力學的解釋范圍將擴展至有機生物領域、生命現象。之所以如此，波爾認為是因量子力學確立的物理規律與心理規律存在著類似性，其涉及的因果鏈條適用于主觀性的經驗，而且在復雜的相互作用關系中，人的感性情緒也是必須考慮的因素之一。
在一些量子物理學家看來，哥本哈根學派關于測量的解釋取消了外部世界的客觀性，直接導致了關于外部世界形而上學上的主觀唯心主義。因為在量子力學中存在著兩個系統:測量系統與被測量系統。不僅被測量系統是一個量子系統，而且測量系統本身也是一個量子系統。這樣問題就產生了，因為測量系統本身就是一個量子系統，根據量子物理學的基礎理論，在沒有對一個系統進行觀察測量之前，該量子系統是不確定的，那么我們還需要另外的測量系統去測量前面的一個測量系統。如此一來就產生了一個測量鏈，并且這個測量鏈似乎是無窮無盡的。為了解決這個問題，哥本哈根學派引入了有意識的觀察者，即認為測量鏈終止于有意識的觀察者。為什么如此呢?因為人有一種特殊的品質，與其他的一般的測量裝置相比，人是有意識經驗的觀察者。作為觀察者的人對測量本身是有意識的，測量事件存在于他的腦中，他能夠把我們自身與宇宙中的其他的客體區分開來。如此一來，經典物理學所確信的客觀實在性已經被量子物理學的結果所蒸發，哥本哈根學派的量子理論中所蘊含的形而上學與17世紀的唯心主義哲學家貝克萊的“存在即被感知”的觀點驚人地相似。波爾在1927年的《量子公設和原子理論的晚近發展》曾談到量子系統的這一特性，并表現出唯心主義的哲學立場，他說:“量子公設意味著，原子現象的任何觀察，都將涉及一種不可忽略的和觀察器械之間的相互作用。因此，就既不能賦予現象又不能賦予觀察器械以一種通常物理意義下的獨立實在性了。歸根結底，只要觀察概念取決于哪些物體被包括在所要觀察的體系之內，這一概念就是不確定的。當然，每一種觀察，最終都可以歸結為我們的感覺。”[2]25
哥本哈根學派對互補原理的說明與經典物理學中的決定論相對立，顛覆了人們日常持有的世界中一切事物是處于因果相關的聯系中的觀念。互補原理的一個中心思想是:被測量系統的特征與我們使用的測量工具密切相關，測量的結果取決于你所使用的工具。在波粒二象性中，粒子的波動性與粒子性是一對互補的變量，它們的特性不能同時被觀察到。由此波爾認為，在自然界中，事物之間不是以決定論的關系形式存在，而是以一種互補性的關系形式存在的。但同是量子物理學創立者的愛因斯坦并不贊同哥本哈根學派的非決定論的觀點，他堅信我們對自然界進行理解的基礎物理學理論應該體現出簡潔、和諧、優美等特點，而決定論符合了這種要求，互補性的關系則顯得相當的怪異。以至愛因斯坦向哥本哈根學派問道:“上帝擲骰子嗎?”1935年，愛因斯坦、波爾多斯基和羅森共同發表了一篇論文《量子力學對物理世界的描述可能是完備的嗎?》，為論證量子力學的不完備性而提出的一個悖論，又稱EPR論證。盡管后來的貝爾定理和艾斯貝克特實驗證明了波爾猜想的正確性，但是決定論與非決定論的爭論仍然存在于今天的量子物理學中。
二斯塔普的“量子相互作用二元論”
斯塔普是一名美國物理學家，他因為量子力學的工作而出名。斯塔普于1993年出版了《心靈、物質與量子力學》(Mind,MatterandQuantumMechanics)一書，詳細闡述了他的“量子相互作用二元論”。斯塔普的量子意識理論主要包括如下三個重要方面。
首先，斯塔普認為量子規律是一種心理物理的規律。在斯塔普看來，量子力學之所以能夠與意識相關聯，一個重要原因是量子力學本質上是一種心理物理規律的理論。斯塔普說:“量子理論與經典力學的不同關鍵在于，經典理論是關于物質世界的因果規律的理論，量子力學理論是一種基本的心理物理的規律，它提供了一種在神經過程中的意識的因果效力的解釋。”[3]
斯塔普從表達物理學規律數學公式的角度區分了經典物理學與量子物理學。第一，經典物理學的數學公式是通過數量來表達的，而數量對順序是不敏感的。量子物理學的數學公式則包含了行為的意義，行為順序的改變直接影響到數學公式表達結果的改變。因為行為不同于數量，在順序排列中，數量沒有什么問題，2乘3與3乘2是一樣的，但在行動中，順序的顛倒則是非常成問題的。第二，經典物理學是一個關于物質的物理世界的理論，它通過被指定為時空中的點的數字所完全說明，其完全是動力學的，在某種意義上，在全部時間中，這些數字的行為被涉及數字自身的規則和初始的條件完全地說明。但在量子力學中，“行為取代數量是量子力學的數學的基礎”[3]。一個充分的物理學理論要求比只是數學的規則要多得多，除了數學的規則，它也要求一個觀念的框架，這個觀念的框架允許把數學的說明與人的意識經驗聯系起來。由此，斯塔普方法的重要方面是，存在不僅僅是心物的相互聯系，而且還存在著真正的因果相互作用。更準確地說，他的方法主張“人的意向能夠影響他的大腦的活動”[4]。
其次，斯塔普提出了“量子相互作用二元論”(QuantumInteractiveDualism)，并認為“這是在現代哲學中重新回到笛卡爾哲學、甚至是古希臘哲學的傳統”[5]43。這種相互作用的二元論假定兩個完全不同的實體，心理的與物理的實體的存在，它們相互作用。心理實體有感覺的特征，被認為包括思維、觀念、覺知、疼痛、高興、悲傷和所有進入我們意識經驗流的東西，主要被心理的語言所描述。物理的實體是這樣一些元素，它們在我們的自然理論中被一些指定為時空中的點的數學的語言所描述。
斯塔普認為，“量子相互作用二元論”避免了傳統二元論的問題。傳統的相互作用的二元論，尤其是笛卡爾的相互作用的二元論，是與經典力學研究對象相聯系的相互作用的二元論，在三百年前已經被哲學家們猛烈地攻擊，在過去半個世紀這種攻擊更加激烈。對經典的相互作用的二元論的第一個重要反對意見是，它設定了兩個不同類的事物的存在，但對它們是否能夠相互作用，以及如何相互作用，并沒有提供一個合理解釋。第二個重要反對意見是，物理描述自身一直是因果完備的，對時間中每一個被物理地描述的實體的演化都給出了一個完全決定論的說明，這就意味著心靈實體沒有做任何事情，也沒有影響物理實體的可能性。在斯塔普看來，“量子相互作用二元論”避免了上述反對意見。對上述第一個反對意見，斯塔普的回答是:心理與物理相互作用的形式能夠借助于紐曼對測量過程的說明而得到解釋。紐曼的說明是關于量子理論基本原則的一個謹慎的數學的描述，其把量子理論看作是一種工具，這種工具允許物理學家們去計算，而計算把物理學家關于確立探測實驗的經驗與他們關于對這些探測行為的可觀察的反應期待聯系起來了。對于上述第二個反對意見，斯塔普認為，存在于經典二元論與量子二元論之間的一個重要的不同是，在量子理論的情況中，物理地被描述的部分并不是因果完備的，完備的動力學還需要其他的一些東西。心理實體的功能即使因果的結構更加完備，也鞏固了存在于我們意識經驗流之間的結構聯系。
最后，“量子相互作用二元論”特別強調了有意識的選擇行為，因為“有意識的選擇行為說明了量子相互作用是如何進行的”[5]48。在這里，斯塔普再次引入紐曼的程序1行為來說明有意識的選擇。程序1行為是一種突然的探測行為，或者說是一種測量行為。它們是心理———物理的事件，這些事件的內容和時間選擇既不被一些所知的規則決定，也不與一些隨機的原則相關。斯塔普認為意識在腦神經元的刺激之上執行了一種高層次的控制作用。量子腦事件發生在整個腦的水平上，是從腦的大尺度刺激中進行選擇。神經刺激是一種編碼，每一個意識經驗可以被看成是一種來自這個編碼的一個選擇。在斯塔普的理論中，大腦被認為是一個自我編程的計算機，具有一個來自記憶的自我支持的輸入，記憶自身是來自前經驗的一個編碼，這個進程導致了意識經驗必須去選擇的大量的可能性。他說:“意識行為是一個選擇，其對神經刺激實行控制。這個進程指的是高層次的腦部行為，包括信息的收集、做出計劃和計劃執行的激勵。”[5]49意識經驗被認為能夠把握活動的整個模式，然后能夠說明意識的統一，并為“捆綁問題”提供一個解決辦法。
三彭羅斯與哈默羅夫的微管量子意識理論
彭羅斯是英國牛津大學的羅斯·玻勒教學講席教授，著名的數學家和物理學家。他與霍金一起創立了現代宇宙論的數學結構理論。哈默羅夫是美國亞利桑那大學的麻醉學教授和意識研究中心副主任，哈默羅夫在意識研究中的主要成果是把意識產生作用定位于神經元中的微管。由于彭羅斯與哈默羅夫對意識問題懷有的相同的興趣，且他們意識理論的互補性，彭羅斯與哈默羅夫在意識問題上結成了合作關系，共同提出了關于意識的客觀還原的量子理論。
在提出量子意識理論之前，彭羅斯和哈默羅夫首先對當今流行的關于意識的人工智能還原方案進行了批評。在彭羅斯看來，那些把人工智能等同于真正智能的人，就像是那些在“皇帝的新裝”中認為皇帝穿了衣服的人一樣，他們不愿意正視問題的真正的本質。人工智能的實質是算法的加工，而人的智力遠遠地在算法的加工規則之外。因此，彭羅斯把人工智能譏諷為“皇帝的新腦”[6]。
為什么說人的意識不是一種計算，人腦不是一個計算機?彭羅斯在《心靈的幽靈》(ShadowsoftheMind)一書中，一開始就區分了計算與意識之間的可能的四種關系[7]:
1．強的人工智能。
意識和其他心理現象完全存在于計算過程當中。
2．弱的人工智能。
大腦過程引起意識，這些過程可以在計算機的過程上進行模擬。但是，計算模擬不能夠保證意識的存在。
3．
大腦過程引起意識，但這些過程“甚至都不能通過計算方式準確進行模擬”。
4．
意識不能通過任何科學的手段進行解釋，不論是計算性的手段還是其他的手段。
借助于哥德爾數學系統的不完全性證明，彭羅斯批評了上述的第一種和第二種立場，同時，彭羅斯也反對有關意識解釋的神秘主義做法，即反對那種認為意識不能通過任何科學的手段進行解釋的第四種立場。由此，彭羅斯選擇了第三種立場，即認為大腦產生意識的過程有獨特的復雜性，這種復雜性在計算機的算法之外，計算機甚至連模擬都做不到。
在對人工智能的還原方案進行批判的基礎上，彭羅斯和哈默羅夫合作提出了微管量子意識理論。彭羅斯和哈默羅夫認為，盡管人腦產生意識的過程完全不能被計算機的計算過程所實現，甚至也不能被計算過程所模擬，但我們應該相信，我們的大腦還是被某種物理的法則控制著，不過這是一種全新的物理法則，這是一種可以處理那些不可計算的東西的法則，這種新的理論和法則建立在量子理論的基礎上。彭羅斯和哈默羅夫還認為，這種建立在量子理論基礎上的意識理論，不是基于對當前量子理論的理解而做出的解釋，而是立足于對量子理論的可能前景而做出的解釋。他們對量子理論發展的可能前景提出了兩個重要的理論假設。一是客觀還原的理論。二是量子引力的理論。
對當代科學稍微熟悉的人都知道，現代物理學存在兩類解釋方式，一是經典理論的解釋方式，適用于宏觀的物體，二是由薛定諤方程式為基礎的量子理論，適用于微觀世界中的客體。但是，當你從一個水平移向另外一個水平時，問題就出現了。在量子水平，重疊狀態是可以存在的，即兩種不同的可能性能夠同時存在，但在經典的水平則兩者必須只能居其一。當我們觀察時，重疊狀態必定塌縮為其中的一種或另一種，這就是所謂的波動函數的塌縮。在解釋波動函數塌縮何以產生的原因時，量子力學中哥本哈根學派引入了意識，例如波爾、維格納等人認為是意識引發了波動函數的塌縮，這也就是波函數塌縮的“主觀還原”的模式。“客觀還原”是彭羅斯的一個新發現，它是相對于“主觀還原”的一種波函數的塌縮形式。彭羅斯認為，在量子世界中還存在著另外的一種還原或塌縮形式，即客觀的自我塌縮。客觀的自我塌縮是“一種與觀察或測量無關的還原，是某種客觀的因素干擾了疊加，引發了量子狀態的塌縮或還原”[8]。
為了說明客觀還原是如何產生的?彭羅斯與哈默羅夫又提出了量子引力的理論。量子引力是時空幾何本身的內在的特性。他們認為，每一個疊加狀態都有自己的時空幾何，在特殊的環境下，疊加狀態的時空幾何的分離(即這些時空的“彎曲”)達到一個閘值，即量子引力的閘值時，量子系統必定選擇一種狀態，它必定自發地和突然地塌縮到一種狀態，這樣的一種過程就是量子狀態的客觀還原，而導致量子態客觀還原的因素就是量子引力。彭羅斯論證說，過去傳統的對波動函數的解釋都只是近似的結果，而它提出的客觀還原的理論這一過程是引力性的，使得大尺度的“量子同調”成為可能。
量子引力導致的量子狀態的客觀還原在大腦的什么地方進行的呢?在彭羅斯和哈默羅夫看來，首先，我們肯定不可能在神經元的層次找到意識問題的答案，因為神經元太大了，它可以由經典物理學來解釋，并且它們已經是可計算的對象了。其次，產生客觀還原的系統必須與外界環境隔絕時才能發生。因為量子現象的還原過程涉及了量子疊加的物質運動，它們必須與環境隔離開來。哈默羅夫最早提出意識產生于微管中的量子同調。微管，顧名思義，就是遍布身體各處的微小的管狀蛋白質，它們參與了細胞結構的支持、細胞的劃分、細胞內細胞器的傳輸工作。每一個神經元含有無數根微管構成的束，一根根的微管之間流通著生物水，水使微管相互聯系的同時又與外部環境隔離或者絕緣。彭羅斯和哈默羅夫提出，微管就是非算術量子運算的載體，因為它們的形狀、其管壁的螺旋結構以及內部的任何量子同調都能夠有效地與外界隔絕。
四反思及其批評
量子物理學的創立，在物理學領域中產生了“哥白尼式”變革的效果，但它能否在哲學中再現“哥白尼式”的效應呢?或者說它能否顛覆當今自然哲學中唯物主義的主導地位，從而重振唯心主義或二元論?對上述問題的回答，主要取決于量子物理學發展的最終形式及其對它的理解。
量子物理學的奠基者波爾曾經說過:“如果誰不為量子論而感到困惑，那他就是沒有理解量子論。”[9]到目前為止，量子概念的誕生已經超過了一個世紀，但人們依然沒能把握住它的理論本質，它依然是當今物理學家面前的一道復雜而又難解的謎題。特別是，在量子物理學的內部，充滿著理論的困惑以及物理學家們對此的爭論。例如，關于測量的問題，量子物理學中的量子測量真的表明了量子物理學的主觀性嗎?物理學家們有不同的意見。有的物理學家認為，量子測量需要引入“觀察者”，“觀察者”通常就是指人，作為人的“觀察者”的最大的特征就是主觀性，因此，意識參與了測量過程。另一些物理學家則認為，量子測量中的“觀察者”強調的是測量裝置的重要性，而不是任何來自于測量主體的影響。關于不確定性的問題，一些物理學家認為，量子測量中的不確定性是由于主體選擇的結果，它正好表明了人的自由意志;不同意上述意見的物理學家們則認為，盡管量子測量中存在不確定的問題，但是測量的整個過程都是客觀真實的，并且遵循定域性以及其他基礎性物理理論。總的說來，目前對于量子物理學的理解，在物理學家內部形成了兩種不同的觀點，即主觀論和多重世界的理論。主觀論的觀點的實質是唯心主義或二元論，多重世界的理論則是唯物主義的。
量子物理學的創立，給自然科學家以及哲學家都帶來了一個難以抗拒的誘惑。對于一些自然科學家來講，長期以來自然科學雖在解釋自然、征服自然的征途上凱歌前進，但是對“何為心靈”的問題卻始終沒有找到一套令人信服的解釋理論。量子力學的創立，使一部分物理學們斷定，解決意識之謎的鑰匙就握在量子力學的手中，量子物理學作為物理學的基礎理論，它不僅僅能夠解釋微觀領域中各類自然現象，而且能夠解釋意識的產生和作用。因此，在這些物理學家看來，從今以后，物理學已能夠完整地、沒有遺漏地解釋我們的整個世界了，既包括外在的客觀世界，也包括內在的心理世界。對于一些哲學家們來講，量子意識理論不僅能夠解釋意識的產生和作用，而且把意識作為我們生存和認識的前提條件，承認了意識在我們世界中的合法地位。
量子物理學能否承擔起解釋意識之謎的責任呢?大多數的物理學家們并不這樣認為。例如物理學家阿萊斯泰爾·雷說:“試圖用傳統的量子觀點去解釋心理操作的做法最終注定是要失敗的，并且這種觀點提出了量子物理學和心理學之間的類似，我認為這種類似充其量僅僅是一個表面的類似。”[1]156對于彭羅斯等人的量子意識理論，量子物理學家保江邦夫評價說:“深入到腦細胞細微結構的量子效應水平……說明產生意識的基本過程。然而該方向目前利弊難分，或許因為從事這方面研究者不是量子物理學的門外漢，就是僅從事量子物理學應用研究的物理學家。他們忽視了量子物理學的基礎部分，而一味地把量子力學原理推廣到遠超過適用的范圍。像彭羅斯的‘量子重力’或者納諾普洛斯的超弦理論，都只是嘩眾取寵的拙劣之舉。”[10]唯物主義者對量子意識理論的批評是，把量子力學與意識聯系起來，其實質是以一種神秘來論證另一種神秘，即量子力學神秘，意識也神秘，所以能夠用量子力學來解釋意識。
