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现代物理学中的量子力学在人的意识中起作用吗?

这是因为最近的研究表明,智力与动物大脑中生物光子的频率之间存在联系。2016年,中国中央民族大学的王卓及其同事研究了谷氨酸(一种兴奋性神经递质)所激发的各种动物(牛蛙,小鼠,鸡,猪,猴和人)的大脑切片。他们发现增加的智力与生物光子的频率向光谱的红色端移动有关。

现代物理学中的量子力学在人的意识中起作用吗?

诚然目前尚不清楚什么是智力的量度,这项研究因缺乏解释机制而受到批评。正如口头禅所说,相互关系并不意味着因果关系。生物光子的作用-在生物系统中自发的超弱近紫外光到近红外光子-是神经生物学研究领域中一个不断发展的领域。

光对人类具有这种象征性的共鸣。它以艺术,宗教,文学甚至我们谈论知识的方式为特征-我们所说的是“启蒙”和“看见光”两种方式。

它似乎也可以发挥生理作用似乎是合适的,尚不清楚光是如何参与到构成中枢神经系统的信号传递过程及其出现的特性(意识)机制。但是不可避免地,在有光子的地方,可能会有量子力学。

光子与量子力学的诞生有着千丝万缕的联系:爱因斯坦于1921年获得诺贝尔奖不是因为相对论或其他发现,而是因为他对光电效应的解释。他推论说,通常被认为具有连续波特性的光也可以被视为以离散的包或量子(我们称为光子)传播。这与马克斯·普朗克对黑体辐射的理解,尼尔斯·玻尔的原子新模型,阿瑟·康普顿对X射线的研究以及路易·德·布罗意的建议相结合,共同引入了量子时代。

大脑中的量子效应

量子理论的怪异性使人们对意识的一些无用伪科学解释产生了影响,但科学家一直抵制将两者结合在一起。仅仅因为两个主题都难以理解量子意识第一个详细理论还是在1990年代从获得诺贝尔奖的牛津大学物理学家罗杰·彭罗斯和亚利桑那大学的麻醉学家斯图尔特·哈默罗夫身上提出的,他们“精心设计的目标约简”理论经过了多次修订,在称为微管的细胞结构中进行量子计算会影响神经元的发射,并进而影响意识。

现代物理学中的量子力学在人的意识中起作用吗?

该理论引起了许多批评,但也许最令人发指的是量子理论的基本原理。量子系统-可能涉及光子的动力学-是一件微妙的事情。

在更广泛的量子生物学领域中进行的研究在某种程度上减轻了这一反对意见。量子理论在生物领域的应用在光合作用方面取得了最大的成功,但是对鸟类指南针,嗅觉,酶甚至DNA的研究也表明,量子效应可能更广泛地牵涉到生物机体的功能。

现代物理学中的量子力学在人的意识中起作用吗?

1神经细胞的结构和功能大脑中的量子效应可能更好地表述为神经过程中的量子效应,可以用神经细胞图来说明。

神经细胞由三个主要元素组成一细胞体、树突和轴突。细胞体一包含各种细胞器,树突一接收输入信号和轴突一该轴突发送该信号。

可以认为信号是在神经之间传递的,其中一个神经细胞的轴突末端与另一个神经突突的树突棘相交。

当信号穿过神经细胞到达轴突末端时,它触发神经递质释放到突触间隙中。神经递质与树突棘神经膜上的受体结合,打开离子通道,从而沿着信号传递,改变下一个细胞的膜电位。

从平凡的意义上讲,所有生物学都是量子力学,就像所有物质都是量子力学一样,它是由原子组成的,因此要服从于20世纪初由玻尔首次正式化的原子结构的物理定律。量子生物学的重点是量子效应-那些似乎违背我们经典想象的量子现象,例如叠加态,相干性,隧穿和纠缠

什么是在大脑中的量子效应?

大脑由神经细胞组成,神经细胞是由细胞体,树突和轴突组成的细长细胞(图1)。简而言之,信息是通过激发或不激发神经元而传递到大脑和从大脑传出的,神经细胞的电化学势决定了这一过程。该电势取决于带电离子在细胞膜上的扩散,使膜的任一侧或多或少呈阳性。为了使神经发火,必须将其静息电位提高到必要的阈值电位。这种信号如何从一个细胞传递到另一个细胞仍是一个争论的问题,但是公认的理论是这种神经通讯是由释放到突触间隙中的称为神经递质的化学物质控制的,该化学物质随后与下一个神经细胞的受体结合,

意识状态改变

有什么比在改变的状态下观察意识更好的方法来研究意识了,特别是可以达到这种目的的化学物质,例如全身麻醉剂。

在量子意识的背景下,神经细胞包含诸如微管和线粒体之类的结构,这些结构可能以与光合作用类似的方式支持相干能量转移。

现代物理学中的量子力学在人的意识中起作用吗?

麻醉剂并非唯一与意识改变有关的化学物质。人们普遍认为,神经递质(神经元通过其交流的分子)的活动受到破坏会导致多种精神疾病。

例如人们认为抗抑郁药可以通过增加神经递质(例如血清素)来起作用,血清素是幸福的海报。

但是神经递质作用的确切机制仍不完全清楚,传统理论认为,它们通过锁钥机制与神经细胞上的膜受体结合,其中特定神经递质的形状与适当受体的形状相匹配。锁定和钥匙机制与许多生物学功能相关

嗅觉的替代理论表明,它可能使用振动辅助量子隧穿原理,而不是依赖于分子形状。最近,该理论也已经应用于神经递质的作用。振动辅助隧穿是指分子运动的能量与电子穿过势垒隧穿所需的能量相匹配。这在某种意义上特定神经递质的振动将由其特定受体识别。

使用数学和计算模型,研究人员测试了这种通过观察不同的神经化学物质如血清素,组胺和腺苷的同位素。当它们的质量发生变化但形状保持不变时,它们的振动频率也会发生变化。

量子现象

在量子生物学中,叠加,相干和退相干,隧穿和纠缠的量子效应起着重要作用。

现代物理学中的量子力学在人的意识中起作用吗?

从数学上讲,物理系统(例如原子或光子)由包含有关其所有信息的量子状态描述。叠加是量子世界的一种特性,它允许物理系统以两个或多个量子状态存在,直到对其进行测量为止。

这种非直觉的现象促使埃尔温·薛定进行了著名的思想实验,实验中一只盒子里的猫处于同时死了和活着两种状态,直到观察者看着盒子里。量子相干量化了叠加状态的这种关系。与之相对的是退相干,描述了这种量子效应的损失。

同时量子隧穿涉及粒子穿过能垒,尽管它缺乏克服该能垒所需的能量,这是经典物理学所定义的。这种现象在理论上尚未完全理解,但它为从扫描隧道显微镜到闪存的实用技术提供了基础。

最后量子纠缠使两个粒子(例如光子或电子)具有比经典物理学所预测更紧密的关系。多年来在量子技术中发挥了核心作用

例如量子密码术,量子隐形传态技术和用于分发量子信息的网络。在过去的十年中,物理学家已经能够在空中和沿着光纤以越来越远距离传输成对的纠缠光子。

大脑的指南针

许多动物都能够感知地球的磁场,但是究竟它们如何实现这一点仍是一个悬而未决的问题。据推测鸟类利用量子效应来完成其航行的壮举。

这种量子罗盘称为自由基对机制,它依赖于电子自旋与地磁场的相互作用。自由基对是一对电子它们的自旋相互关联,以两个不同状态的叠加形式存在。

这些状态的比率由磁场决定,对于该磁场中的不同排列,会产生不同的化学特征。

这种自旋相关的罗盘被认为位于被称为隐色的分子中,这些隐色被环境线索发出的蓝光激活。

在研究中α波的变化与生物光子产生的波动有关,该波动是通过活性氧的波动间接测量的,活性氧的波动在细胞通讯中起作用,但也造成许多身体问题。

它们与衰老,疾病和抑郁有关,是抗氧化剂被广泛宣传对健康有益的原因。有趣的是,研究表明自由基对机制自旋动力学中的磁场介导变化如何导致活性氧种类的增加。

神经纠缠

自旋动力学是量子粒子在磁场中的行为,也是另一种理论的核心,它表明量子效应在认知中起作用。在这种情况下所讨论的自旋属于核而不是电子。

核具有特别长的相干寿命这意味着它们的量子效应在足够长的时间范围内持续存在,足以在神经激发甚至记忆功能中发挥作用。

认知联系是由“波斯纳分子”介导的神经纠缠起作用,其中磷酸根离子(蓝色)与纠缠的磷核自旋一起与钙离子(紫色)组装在一起。然后这些波斯纳分子被吸收到不同的神经元中。

自旋零钙离子屏蔽了磷自旋以防止退相干,这种自旋纠缠可能影响随后的结合动力学和钙离子释放。

钙离子在神经元的激活中起着重要作用,并以此方式将自旋纠缠转化为纠缠的神经激活。

关于锂,也许更令人惊讶的是,已显示出不同的同位素对大鼠的母体行为具有不同的影响。最近在麻醉药氙气的作用中也记录了类似的现象。

这似乎是非同寻常的,改变像原子核自旋一样小的物体,可能会导致像母体本能或意识本身这样复杂的事物发生宏观的变化。

但是这又有什么用?

尽管大脑中发生量子效应的可能性本质上令人着迷,但它也可能有助于我们治疗大脑和与大脑有关的疾病的方式。

现代物理学中的量子力学在人的意识中起作用吗?

确切阐明神经递质如何与受体结合将有助于理解G蛋白偶联受体,例如神经和嗅觉受体,这是大多数药物干预的主要目标之一。

确定量子效应如何在大脑中发挥作用,还可以提供一种崭新的方式来想象除纯化学物质以外的医学干预。

它可以帮助改善和增强电痉挛疗法(经颅施加电流),以及建立起来较不完善但侵入性较小的经颅磁刺激方法(利用磁场刺激大脑的一部分)作为抑郁症的治疗方法。

光合作用是量子态吗?

解密光的作用也可能是有益的,因为许多最新研究表明光具有一定的生理作用。

研究人员发现暴露于过量人类污染物的基于5-羟色胺类抗抑郁药的虾更有可能寻求光照,结果导致捕食增加。

现代物理学中的量子力学在人的意识中起作用吗?

尽管这对虾有害但这可能告诉我们对自己的生理学中到底有多少参与对光有反应,以及光在多大程度上可药用。

在另一项最新研究中量子点已成功用于消除与帕金森氏症和阿尔茨海默氏症有关的蛋白质团块。已经表明通过红光疗法改善线粒体损伤,视力下降可以改善。

光生物调节红色或近红外激光的应用,也显示出有望治疗各种脑部疾病,以及改善注意力,记忆力和学习能力

不可否认量子力学确实对我们的意识起作用,在生物学上维持了我们调和意识的多状态,我们使用直觉来每秒处理数百万的信息数据以及参与作用到1000多亿的神经元网络中记忆、思考储蓄信息等都是有量子理论定律所约束和起作用。

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