量子纠缠：揭秘人类意识之谜？
量子纠缠：揭秘人类意识之谜？
量子纠缠这一神秘现象不仅引发了科学家们的广泛关注，也激发了人们对灵魂和意识之间联系的深入思考。一些研究者尝试将量子纠缠与人类意识相联系，认为这种微观层面的相互作用可能揭示了我们对生命奥秘的美好想象。尽管目前尚缺乏直接证据支持二者之间的直接关系，但这一主题的探讨为我们提供了丰富的思考空间。未来随着科学技术的进步，或许能更深入地了解这微观世界，并探索人与宇宙间更为复杂而神秘的关系。
量子纠缠与大脑功能的新发现
近期，上海大学理学院物理系定量生命科学硕士生刘泽飞在导师陈永聪教授指导下，首次提出大脑中的神经髓鞘可以产生量子纠缠的光子对，这一发现可能为理解大脑神经活动的同步机制提供了新的线索。该研究成果由上海大学理学院和四川大学生物工程学院合作完成，成果近日在《物理评论E》杂志上发表。其第一时间受到美国科普网站Newscientist.com 关注，物理学科记者Dr. Karmela Padavic-Callaghan在文章发表前夜采访作者并做了新闻报道，国内抖音和今日头条等也跟进相关报道。
大脑内不同脑区间神经同步是多种神经生物学活动的基础也与诸多脑疾病如帕金森病和阿尔茨海默症相关，然而支持这种同步活动的物理机制仍不清楚。包裹在轴突外侧的脂肪分子层的髓鞘可以作为谐振腔限制神经元中产生的光子形成极化子从而增强神经电传导。除了为轴突提供能量，增强动作电位的传导，还在神经系统中充当绝缘体，这项研究提出了髓鞘可能具有的另一项功能——作为量子纠缠光子对的生成源。
研究首先建立了髓鞘包裹下轴突的明确圆柱结构模型，并讨论了圆柱形腔内电磁场的量子化。在红外区域和偶极近似下，双光子过程主要由偶极相互作用下的级联辐射主导。通过精确计算和Schmidt分解，研究团队评估了双光子系统中量子纠缠的程度，并利用实验中得到的有髓神经结构的实际数据，展示了在神经系统中生成量子纠缠的潜力。大脑中一旦产生纠缠光子，纠缠特性就会传递到神经元的其他部分，比如在神经冲动中发挥重要作用的离子通道蛋白。这项研究揭示，神经髓鞘中的C-H键振动单元可以作为量子纠缠资源，这可能为大脑利用这些资源进行量子信息传输提供了新的机制，进而解释了神经元同步活动的潜在来源。随着量子科学与神经科学的交叉融合，我们期待着未来在认知科学和脑疾病治疗方面取得更多革命性的进展。
本工作得到国家自然科学基金项目支持。
论文链接：https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevE.110.024402
此外，都柏林圣三一学院的研究人员通过MRI观察到大脑中的质子自旋可能存在纠缠现象，且与意识状态相关。研究团队利用可以感知纠缠的MRI来观察大脑中的质子自旋是否可以通过未知的中介相互作用并纠缠。与量子引力研究类似，目标是了解“未知系统”。未知系统可能与已知系统相互作用，如大脑内的质子自旋，如果未知系统可以将纠缠介导到已知系统，那么，就可以证明，未知系统一定是量子的。研究人员对40名受试者进行了MRI扫描。然后他们观察了发生的情况，并将活动与患者的心跳联系起来。
心跳不仅仅是我们体内器官的运动。相反，心脏和我们身体的许多其他部位一样，与大脑进行双向交流——两个器官相互发送信号。当心脏对疼痛、注意力和动机等各种现象做出反应时，我们就会看到这一点。此外，心跳还与短期记忆和衰老有关。当心脏跳动时，它会产生一种称为心跳电位（HEP）的信号。随着HEP的每个峰值，研究人员都会在NMR信号中看到相应的峰值，这对应于质子自旋之间的相互作用。这个信号可能是纠缠的结果，而目睹它可能表明确实存在一个非经典中介。HEP是一种电生理事件，就像alpha或beta波一样。HEP与意识有关，因为它依赖于意识。同样，表示纠缠的信号仅在意识清醒时出现，这在两个受试者在MRI期间睡着时得到了说明。当他们睡着时，这个信号就会减弱并消失。
科学界的谨慎态度
尽管这些发现令人兴奋，但科学界对此仍持谨慎态度。上海科技大学的宋波教授和复旦大学的舒友生教授指出，将量子纠缠引入神经科学“本质上是相当推测性的”。他们强调，在声称大脑是一种量子超级计算机之前，还需要做大量的工作。主要的挑战仍然是在我们的大脑这样复杂的生物系统中对这些量子现象进行实验验证。
未来展望
如果这些研究结果得到进一步证实，它们可能会为理解人类大脑如何进行强大计算以及如何管理意识提供新的线索。这不仅可能改变我们对大脑功能的认知，还可能为治疗各种神经疾病开辟新的途径。然而，目前这些发现仍处于初步阶段，需要更多的实验和研究来验证其准确性和可靠性。
量子力学和神经科学的交叉研究继续挑战我们对现实和意识本质的先入之见，也许将帮助我们理解宇宙中一些最深层的秘密就在我们体内。