李剑锋：意识科学就在身边

来源： 科技日报-中国科技网

近些年，生命科学家开始关注神奇的大脑，因此各国纷纷提出各自的脑计划;当前有一个更基础的、但极富争议性的领域却被大家忽视了，就是意识科学。事实脑计划的终点应该就是意识科学，但由于目前大多数科学家都觉得离这个目标太远而干脆不去怎么提及。

复旦大学高分子科学系副教授李剑锋是我国目前为数不多从事严肃的意识科学研究的学者，他从2003年就开始进入这个领域，并于2013年就提出了一个无时空的意识量子理论(相关文章已发表于一个SCI英文杂志上)，该理论认为意识可能并非多粒子体系的非线性的浮现现象，而是由某种内部自由度巨大的基本粒子的内在属性产生，并预测意识在衰亡过程中其质量会减少。这是国际上目前关于意识的少有几个比较完整的物理理论，如果其中一些理论预测能被实验证实的话，它极有可能成为未来意识科学的基础理论及范式。

科技日报记者就意识科学的相关问题请李剑锋进行了解疑释惑。

什么是意识?

李剑锋：大致说来意识就是我们(包括人类在内的部分动物)在感知外部世界时，除了刺激物理响应之外，我们还伴随有神奇的意识体验。这个意识体验由什么产生，如何产生是非常有趣的事。定义意识要说清楚两件事，什么是意识体验，什么是意识的承载体。我在置顶微博(李剑锋的新浪微博为：@复旦李剑锋-意识科学)的海报里给出了意识的一个较为明显的物理数学定义。其大意如下：若把世界上所有事物包含在一个系统里，它可用一个量子态D描述，然后可试图分裂成两个系统分别为M和W,若这个分裂使得M能够获得关于W的一系列有意义的信息流，那么就称M为一个意识主体，而在某时间段M与W的一个子系统E组成的量子叠加态本身就对应于此时的意识体验，这里注意是态直接对应于体验，态存在不可结构化的部分。

更明确一点，一个系统要产生意识需要满足下面两个条件：一是其物理属性与现象属性具有一定的一致性;二能产生时间，意识体与外在世界构成的量子态的序列展开中，存在一个序列使得意识体验片段在最大信息获取原则下不会将所有态叠加进来，从而能够形成一系列体验片段。

意识定义用到了最大信息获得原则，任何意识体验片段都试图将尽可能多的态叠加进来以获取对外界尽可能多的信息，但有时可能会有个极大值，即更多的态反而会使得信息量减少，因此这就使得只有部分态被包括进来来产生某个时刻的体验，剩下态产生下一时刻再下一时刻，从而形成时间等等。若相反不存在极大值所有态都会被包括进来，这样灾难便发生了，因为这样意识主体将只有一个意识体验片段，那么将没有时间空间等等，这就等效于没有意识体验。如果普通物体之所以不能体验这个世界就是因为这个原因。

意识科学为什么重要?

李剑锋：因为意识科学是理解人类存在的终极问题。另外它可能是人类自然科学史最后一块大的蛋糕，如果现在不进来抢，以后就没机会了;若再等十年，你会发现你面前突然出现了一个叫意识科学的庞然大物。不过进来抢之前，先把工具准备好，不能再仅仅用“哲学思辨”、“心理学”这些工具了，你除了把这些带上，还得把现代几乎所有物理工具都带上，才有大的胜算。

什么是意识科学著名的“困难问题”?

李剑锋：1995年左右，著名的哲学家查尔默丝对意识科学中的问题进行了分类，认为大致可分成简单问题与困难问题。简单问题是指可归结为结构和功能的问题，比如所有的认知相关的问题都为简单问题，当然目前很热的人工智能相关的问题亦为简单问题;而困难问题是指不能归结为结构和功能的问题，一般此类问题主要涉及到解释意识体验的来源及其本质。

事实上，如果研究意识而不懂何为简单问题何为困难问题，就等于意识科学还没入门。上世纪90年代中，D Chalmers总结以前哲学家的思考结果，提出意识相关的问题可以分成简单问题和困难问题，后来Hard Problem这个词几乎就是特指意识科学中的困难问题。所谓简单问题是指可归结为结构与功能的问题为简单问题，诸如认知科学、人工智能要解决的问题一般都为简单问题。困难问题是指不能归结为结构与功能的问题，此类问题直接与意识体验相关。比如，在视觉神经活动过程中，一切活动都可用物理过程来解释，这里面涉及的物理因果关系似乎是闭合的，那为什么还需要多余的意识体验参与其中。

意识科学是一个怎样的科学研究领域?

李剑锋：现在意识科学主要是指以解决困难问题为导向的一个新兴的科学研究领域。

目前关于意识和困难问题的思考还处于起步阶段，但相信再过十年二十年，这种状况会发生巨大的变化，人们会在这二十年里见证一个新兴学科(意识科学)的兴起，它不再专属于哲学家;而在这兴起的过程中，充满了机遇和挑战，这似乎也是自然科学留给中国人最后一个能证明自己的机会，如果谁提出的理论范式能最终被接纳为将来意识科学的基本理论范式，那么他就是意识科学的奠基人;但这需要极高的哲学修养和物理数学修养，以及超强的耐力与智慧。”李剑锋说。

意识科学的困境和物理学的局限性是什么?

李剑锋：一方面，根据罗素的观点，物理学只能研究事物之间的关系与结构，也即物理学只能研究能归结为结构关系功能的物理过程，这是物理学的局限性;另一方面，意识科学的困难问题又恰好是不能归结为结构与功能的问题。这明显就是想把人家逼死的节奏嘛，一会说要把物理学引入到意识研究才会有新的进展，一会又说困难问题表明物理学不能研究意识哦，说清楚你到底要干嘛!嗯，这就是意识科学的困境，这是意识科学要面对的第一个大问题。任何号称意识相关的理论，又不想告诉我如何解决此困境的理论都是耍流氓。　

如何走出意识科学第一困境?

李剑锋：第一困境表明，困难问题都是不可结构化的，而物理又只能研究可结构化的问题，但要命的是“领导”要求用物理来解决困难问题。或许走出第一困境的关键是要学会维根特斯坦的沉默，他说“凡能够说的，都能够说清楚;凡不能谈论的，就应该保持沉默。”即能结构化的都能说清楚，不能结构化的就应该沉默。但沉默不代表什么都不做，关键是如何沉默，你可将不可结构部分映射到其它事物，只要不去描述它即可。物理学中量子态既包含了可结构化的部分也包含了不可结构化的部分，某态在某组基态下的展开表达是可结构化的，但某态自身的本质是什么是不可言说的，是不可结构化的，可将其映射到某一意识体验。相信这种处理为走出第一困境提供了一个突破口，也是我们仍然能用物理学研究意识的根本原因。

什么是意识科学第二困境?如何走出此困境?

李剑锋：意识科学第二困境是指如何保证意识主体的物理属性与其体验现象属性具有一致性的困境。走出此困境分两步，第一步从理论定义什么叫物理属性与现象属性具有一致性，这可以在我的意识理论(Pre-ST Theory)框架下去严格定义;第二步证明何种系统会实现这种一致性。我初步的猜想是或许只有基本粒子的这两种属性才具有一致性，但由于需要产生诸如时间、智能复杂结构的事物，因此此基本粒子必须具有极大的自由度;不过这只是个猜想，有待证明。

什么是僵尸世界与闭合的物理因果关系?

李剑锋：设想一个僵尸世界为我们这个世界的一个拷贝，只是里面的人都没意识。当僵尸世界的“你”被刀割了一下，神经信号传到大脑，大脑一阵狂算后，指挥嘴吧发出“啊，好痛”叫声，只是在此过程中，“你”并没有体验到任何疼痛。当然在这个世界里，发生了同样的事，所有物理过程都一模一样，但不同的是你体验到了真切的疼痛。那么这里就有问题了，物理学家们会认为其实在僵尸世界所有物理因果关系都已经闭合了，也就是说如果你侦探要调查这过程中发生的所有事件，你会发现僵尸世界里的所有的事情都说得通的。似乎反而是现实世界的意识体验是完全多余的!而为什么我们要有意识体验这个事情让我们深深地感到迷茫。另外为什么大自然要进化出意识也让人们百思不得其解。这个论题还和Type-E二元论、自由意志等论题有关联。

什么是玛丽的黑白屋?

李剑锋：玛丽从小生活于黑白世界，她狂学关于人类视觉系统方面的物理知识，知道所有视觉形成机理。现在小白问，玛丽能否从这些物理知识推知看到红色是何种体验?按理她无法从这些物理知识推知此体验是何种体验，于是上帝就笑了：因为物理知识不能穷尽所有的知识，物理学也不能用于理解意识体验，哈哈。现在有些哲学家认为体验不能算知识，甚至有人认为其不包含信息，因此他们认为玛丽黑白屋没什么;我个人不同意这些哲学家的观点。

您怎么看待万物有灵论逻辑?

李剑锋：最近几年，看似最不靠谱的万物有灵论得到了许多哲学家及心理学家甚至物理学家的肯定，这是目前意识科学领域一个大的趋势。因此，无论如何它或许有其可取之处。其基本逻辑如下：若承认意识体验乃某现实存在物(或某些粒子的集合体)，那表明这些存在物的某些属性(暂时称为现象属性)可产生意识体验，由于我们无法给出充分的理由说明这些存在物与其它所有存在物有哪些特殊之处，因此我们只好认为所有存在物都有与意识体验本质上一样的现象属性。即所有事物本质上都有所谓的意识体验。这就是万物有灵论。只是普通物体的意识体验是碎片化的，不能形成结构化有意义的意识体验，更妄论会思考。

万物有灵认为所有事物都具有体验属性，但这些碎片化的体验属性是如何组织成有结构、有意义的意识体验是万物有灵必须解决的问题;另外，系统实现的物理功能如何与其体验属性的结构具有一致性，比如如何使电脑在用电子信号实现1+1=2这个物理功能时，电脑也能体验到这个过程。这就是所谓的Combination Problem(组合问题)，也是意识科学必须面对的第二大问题，第一大问题是如何克服物理学的局限性。现在有些人理想当然地认为只要把系统的物理属性组织起来了，它的体验属性会自动组织起来，因此有些人甚至认为我们电脑已经具备了意识。这完全是一厢情愿的想法。我们必须直面这个问题，并充分说明在什么情况下物理属性才跟体验属性具有一致性。当然首先得用数学物理方法清晰地定义什么叫物理属性，什么叫体验属性，什么叫它们的结构具有一致性。

谈了这么多的意识科学，可以谈谈人工智能的未来发展趋势吗?

李剑锋：虽然非常关心人工智能，但我并不熟悉这个领域。那我就基于我对意识的了解来谈谈这个问题吧。近年来人工智能取得了巨大的发展，人们热衷于畅想未来人工智能的各种可能性，特别是AlphaGo战胜人类顶级棋手后，有人甚至认为人工智能已具有意识。也有人认为人工智能其实还很傻，不可能实现诸如创造、自主等人类思维才特有的能力。

我认为这两种观点都不太对。首先基于“困难问题”，认知科学只能解决可结构化的问题，另外基于上面我们对组合问题的讨论也知道人工智能并没有保证物理功能与内在属性的一致性，因此现在的人工智能不可能有意识;当然未来的人工智能也不可能有意识。

但第二种悲观的看法也是不对的，事实上，人工智能原则上可实现任何可归结为结构的各种功能，比如诸如推理演绎、学习、创造、自主等能力，它们原则上都可以归结为一种结构与功能。注意，可结构化的功能分为算法的和非算法的，但都是可结构化的。我认为即便是非算法的功能人工智能仍然是可以实现的，现在许多人的认为诸如创造、自主这些过程是非算法的。未来人工智能将具有创造力并能自主学习。当然非算法的人工智能仍然不具备意识，因为它仍然是结构化的。但并不是说人类永远都创造不出意识机器人，不用这么绝望，事实上我新提出的意识理论就给出了制造意识机器人的大体方案，不过实施起来并不容易，或许再过半个世纪吧。

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