再从朱清时院士提过的“麦克斯韦妖” 谈意识产生的根源

中国科学院院士、原南方科技大学校长朱清时有几篇报告中特别提到了“麦克斯韦妖”，朱清时院士说：真气就是为生命把门的麦克斯韦妖。我这里谈一下为生命把门的“麦克斯韦妖”到底是什么？

我认为意识产生的根源，就是这个“麦克斯韦妖”，朱清时这一点说的没错，但这个“麦克斯韦妖”不是真气，而是某种特殊的高分子物质，有可能就是复制酶（replicase），这是一种具有自我复制能力的分子。有充足的理由表明，现代人RNA中的复制酶可能类似于地球生命伊始就开始存在的复制酶。如果有人可以用实验证明RNA复制酶可以影响光量子，那么就可以说明这就是最早期具有“意识”的高分子物质，也可以说最早期的生命。

到了DNA，已经有各种实验证明了。俄罗斯量子生物学家普普宁和格瑞尔菲曾经做了一个实验，发现DNA可以影响光量子，也就是说DNA不仅可以接受光量子，还可以影响光量子，这就是“意识”，具有量子力学上的意识特征，是双向的互为影响才能称之为意识。

1871年物理学家麦克斯韦设计的一个头脑实验—麦克斯韦妖，如图所示。起初两侧温度相同，当高速分子由A向B运动或慢速分子由B向A运动时，妖魔就打开阀门令其通过，反之，当高速分子由B向A运动或慢速分子由A向B运动时，妖魔就关闭阀门。久而久之，高速分子都跑到了B区，慢速分子都跑到了A区，于是这个封闭系统的有序性大大增加，而熵就大大减少了。这是一个思想实验，后来的科学家发现，即使找到了“麦克斯韦妖”，但无一例外的这个封闭系统都参与了与外界的能量交换。也就是说在更广义上，还是摆脱不了热力学第二定律。

法国物理学家L.布里渊（L.Brillouin）1956年发表《科学与信息论》专著，从热力学和生命等许多方面探讨信息论，把热力学熵与信息熵直接联系起来：由于容器是密闭的孤立系统，妖处于绝对黑体中，它是不可能看清任何东西的，当然也就无法分辨分子运动的速度和方向，系统只能继续处于原来的平衡态中。除非外面提供光亮，它才有可能看清楚并正确控制阀门，从而增加系统的有序性并使熵减少，即熵减过程必须伴随着能量的消耗。

注意，布里渊提出的信息熵理论，麦克斯韦妖就是借助外界的光，同时熵减过程伴随能量消耗。

如果将意识理解为一种信息，毫无疑问这是一种“智慧信息”，智慧信息具有以下特征：

1、具有驱动自身及其影响的外部系统熵减的能力，也就是自身的信息熵减和其所影响范围的物理熵减；

2、智慧信息具有“自驱动”的复制传播能力。

广义的智慧信息，包括量子层面的意识信息和亚宏观下的DNA信息，都具有以上特征。两种智慧信息的特征，或许是一个本质：对光量子的双向感应，即不仅能够“接受”光量子，还能够“影响”光量子自旋信息。这种双向性也符合量子理论，即量子运动由观测产生（观测就是最初级的意识），意识由量子塌缩产生，这是双向的。

由最初级的意识，再由此进化出三个层次：无条件应激反应、条件反射、意识信息纠缠网络。人类最高智慧来自纠缠网络，具有脑全息特征。

从机制上说，智慧信息具有的信息熵减和物理熵减，正是源自DNA的这种对光量子感应的双向性，即它既接受光量子，还能够影响光量子的自旋信息。也就是“意识”信息产生的机制。

人工智能如果要突破临界，必须要制造出具有最原始“意识”的能力，如果连原始意识的产生机制都不知道，如何从原理上突破这种极限。

DNA既可以受光量子感应，也可以影响光量子自旋信息，这一双向性特征，可能是意识具有物理熵减特性的原因之一，意识具有熵减能力，不仅仅具有驱动实体影响的外部物理熵减特性，还具有同类意识信息的集合组成的信息熵的减少。即这就是生命的“麦克斯韦妖”。

生命的麦克斯韦妖并不是人产生的真气，而是某种高分子物质如RNA复制酶具有的独特特征，使得物质从“非生命”进化到了“生命”。

看到一个问题：如果没有人类存在，宇宙还是今天这样子吗？

可以先假设如果没有人类，宇宙还是今天这个样子，那么人类存在所能涉及到的范围，就与人类无关了，实际上现实并不是这样，那肯定是与人类有关了。

所有生命，包括人，能够生存发展的关键就是它们（他们）的感应信息的能力，生命的进化，最关键的就是这个感应能力的进化。人类的科学认知是人类群体性感应信息（即经验认知）的意识工具化。群体感应不到的、无法感应的，可以认为不存在。从宇宙的基础构成“量子”来说，如果没有人类的观测，单独谈单一量子的运动规律（包括轨迹、因果、时间等）也没什么意义。从这一点上说，宇宙的存在来自于人类群体的感应。脱离了人谈宇宙，就是脱离了感应谈宇宙，其实就是宗教宇宙观或者哲学宇宙观或者旧科学宇宙观。

我想一定有人疑惑，这不和古代的“天人感应”同出一辙吗。我记得看过一篇科普文章还专门写过古代中国某著名诗人（大概是白居易）的反传统的天人感应思想，称赞古代诗人思想的先进性。

来看看古代常用到的“道”字的起源，有人研究发现，道字的原型为人首蛇身，其来源为伏羲人首蛇身的传说。“道”字不见于甲骨，见于金文，其形象是手托着首（脑袋）或直接将脑袋藏在衣服中。作为一个合理的猜测，道的本义来自远古巫术中的祭祀场景。用手拖着脑袋并不是他在想问题而托着脑袋，或者将脑袋藏在衣服中其意思也并不是蒙住双眼，这些分明远古祭祀时的人祭。人祭在苏美尔和殷商时期都有。最早的道意味着远古巫师通过“道”这个祭祀行为而产生“通天之术”，道即与天相通。后来道的涵义演变为道路、坦途，以后逐渐发展为道理，用以表达事物的规律性。这一变化经历了相当长的历史过程。看来古人的“道”，仅仅是“巫师”、“首领”的感应，是个体的感应，这是早期万物有灵时期的含义。

儒家六经《洪范》中有：“肃，时寒若”，“乂，时旸若”，认为君主施政态度能影响天气的变化。这是天人感应思想的萌芽。春秋时盛行的占星术，依据天体的运行推测人事的吉凶祸福，是天人感应思想的直接来源。汉代董仲舒继承和发挥了阴阳家的思想，使天人感应说臻于成熟。战国后期，阴阳家邹衍“深观阴阳消息而作怪遇之变”，使天人感应思想趋于系统化。无论这些“天人感应”内容如何神秘复杂，其特点都是某些个体的感应，只有这些特殊的人才能感应得到，为感应的内容增加了神秘性。

所以，这种感应，局限于某些个体的感应，都不能算人类整体的感应，不能算人类整体的经验认知。发展至今，可以说都不能算科学意义上的感应，因为科学，就是经验认知发展的高级阶段，是人类群体性感应信息的意识工具化。

我原来曾经在一篇文章中提到：意识的起源，来自对光量子的感应。也因为具有这种对光的感应能力，才“突变式”实现了RNA和DNA亚宏观层面信息的解旋、复制。这就是智慧信息的特征，无论是最原始的生命DNA信息，还是人类的经验意识信息，本质都是来自“感应”。

量子层面的意识信息和亚宏观结构的DNA信息，是同时诞生的。这个诞生不仅仅是起源上的，也是时时刻刻上的。也就是说，意识不可能脱离DNA存在，意识不可能脱离肉体存在。

如果将来有人说要上传人类意识到服务器上，估计那个服务器也是DNA存储机制的。

信息，是一种序列。宇宙中所有的自相似性源于这种序列，也就是说这种序列不仅仅是极微观结构上的排列，也同时在宏观和宇观上具有相同的排列，也就是相同的信息。而智慧生命具有驱动自身及其影响的外部系统熵减的能力，也就是秩序化的能力，这种能力根源在于智慧生命内在的智慧信息在起作用，包括基因信息以及人类认知信息。这是所有智慧信息的特征，或者说，所有智慧信息（广义上的，包括DNA信息和人类思想）可以做这样的定义：

1、具有驱动自身及其影响的外部系统熵减的能力，也就是自身的信息熵减和其所影响范围的物理熵减；

2、智慧信息的根源，可以认为是意识的起源，来自对光量子的感应（或者说量子相干和退相干）。意识由此进化出三个层次：无条件应激反应、条件反射、意识信息纠缠网络。人类最高智慧来自纠缠网络，具有脑全息特征。

最原始的“意识”，起源于对光量子的感应，或者反过来说可以影响光量子，这就是“意识”的诞生。

如果说早期最原始的高分子物质具有吸光性，但却不能影响光量子，这样看它们并不具有“意识”，也就是他并没有生命特征，不能进行信息复制传播。即使有的大分子团具有了吸收外界物质、能量的能力，也不能说就是生命。科学家对生命的定义，生命即复制和演变。

可以理解复制是最重要的最关键的能力，广义上说就是信息的传播能力。智慧信息都具有传播能力。复制能力是如何开始的？其中最通行的一个假说认为生命起源于一堆无机物中鬼使神差地产生了复制酶。复制酶（replicase）是一种具有自我复制能力的分子。有充足的理由表明，现代人RNA中的复制酶可能类似于地球生命伊始就开始存在的复制酶。如果有人可以用实验证明RNA复制酶可以影响光量子，那么就可以说明这就是最早期具有“意识”的高分子物质，也可以说最早期的生命。

到了DNA，已经有各种实验证明了。俄罗斯量子生物学家普普宁和格瑞尔菲曾经做了一个实验，发现DNA可以影响光量子，也就是说DNA不仅可以接受光量子，还可以影响光量子，这就是“意识”，具有量子力学上的意识特征，意识是量子相干到退相干的过程，是双向的互为影响才能称之为意识，这一点上，可能是意识具有物理熵减特性的原因之一，意识具有熵减能力，不仅仅具有驱动实体影响的外部物理熵减特性，还具有同类意识信息的集合组成的信息熵的减少。

可以说，DNA和“意识”的紧密联系不可分割的，DNA具有“意识”，而“意识”的载体与DNA有紧密关联。当然意识的进化随着生命从最简单的RNA开始，逐渐进化到今天的人类智力。有没有脱离了DNA的意识，目前看没有，因为感应光量子的双向性就是DNA的特性，这个特性就可以说是“意识”的性质，最初级的意识就是DNA的这个特性。这就如同磁带上的信息无法脱离磁带一样，当然可能会有其他存储、激发智慧信息的介质。

来自美国加利福尼大学的科学家 Stephen 博士在顶级杂志《Cell》上发表成果称，所在团队创奇迹般的摄录了单个 DNA 分子复制的近距离高清无码影像。事实证明人类半个多世纪以来“臆想”的模型是何其错误百出，此发现彻底改写我们高中所学的生物知识。团队的科研人员从大肠杆菌中提取出单个 DNA 分子并施加着色剂，令科学家震惊的是，实时镜头显示出真实的 DNA 在复制过程中，连接酶并不相互协调，而是每条单链高度独立复制，充满随机性，最后却能够完美与母链相匹配！

这种复制过程中的高度随机性，我认为有可能就是DNA内部的“自由意志”属性，是初级“意识”的特性。DNA不仅具有复制信息的能力，还具有对光量子感应的双向性，这两个性质都是“智慧信息”的特征。

信息，是一种序列。智慧生命具有驱动自身及其影响的外部系统熵减的能力，也就是秩序化的能力，这种能力根源在于智慧生命内在的智慧信息在起作用，包括基因信息以及人类认知信息。这是所有智慧信息的特征，或者说，所有智慧信息（广义上的，包括DNA信息和人类思想）可以做这样的定义：

1、具有驱动自身及其影响的外部系统熵减的能力，也就是自身的信息熵减和其所影响范围的物理熵减；

2、智慧信息的根源，可以认为是意识的起源，来自对光量子的感应（或者说量子相干和退相干）。意识由此进化出三个层次：无条件应激反应、条件反射、意识信息纠缠网络。人类最高智慧来自纠缠网络，具有脑全息特征。

我们都知道，量子力学中，观测可以导致量子的波函数塌缩。现代量子意识理论则认为意识是海量量子塌缩形成，这应该是较高级的意识，即我们通常理解的意识。

我将意识分成三种大类，人的“意识”能力，其实也是地球所有生命进化的浓缩版，人具有三种意识的全部功能：

1、通过直接对外部量子感应的意识我称之为I类意识，这种意识的处于游离态量子比特产生的，具有随机性，游离态量子比特一方面可以与外部进来的光量子等通过相干到退相干过程形成即时视觉（其他外部刺激可以转换成量子比特信息，这种外部刺激意识产生的原理都是相同的），也可以与存储量子比特序列纠缠形成“记忆意识”，这种记忆意识也是自我意识产生的原因。这就是无条件反射意识。

从低等生物到高等哺乳动物，都具有I类意识。目前人类已经可以模拟地球早期环境制造出氨基酸，但是生命的关键在于出现了RNA，以及从RNA到DNA。RNA具有对光的感应能力，按照我对意识的定义，说明RNA具有了最初级的“意识”。

俄罗斯量子生物学家普普宁和格瑞尔菲曾经做了一个实验：他们拿来一个试管，抽尽里面的空气，创造出所谓的真空环境。但科学家们知道，就算把空气抽尽，里面还是有东西存在的，那就是光子。来看这个DNA影响光子的实验：开始是光子是以完全随机的方式散布在试管中。接下来，他们把人类的DNA样本放进了试管中，结果出现了令人意外的表现：光子不再像以前那样随机分布，而是进行了重新排列，很显然DNA对光子造成了影响。再接下来，他们又把DNA从试管中移了出去，结果又发生了一个惊人的现象：光子仍然有序地排列着，彷佛DNA仍在试管中一般。

还有一项实验值得关注：一项由以色列与德国研究所共同进行的研究发现，体积远远超出微观层面且通常在常温下运作的DNA，竟然有着分辨基本粒子的量子自旋状态的能力。这项研究的论文发表在《科学》杂志上。据化学教授Ron Naaman介绍，DNA辨识自旋的方式是通过其双螺旋结构中的手性。在这次的研究中，他们在一块金制培养基上安置了一层可以自组成的DNA，然后让其与分别处于+1/2自旋和-1/2自旋的电子们碰触，观察有无不同反应，结果令人吃惊——DNA与一类电子会有激烈的反应，而对另一组电子则几乎毫无反应，并且这种对于电子自旋的选择性是随着DNA的长度、规模和完整性增加而更加明显的：DNA的单链和破损片段对于两组电子就没有这种选择性。换言之，这一属性取决于DNA的手性。可以说完整、长段的DNA是优良的自旋过滤器。

2、猫狗经过训练可以看到它们具有条件反射意识，我称之为II类意识。这种意识是存储量子比特序列信息实现的功能。存储量子比特其实是时时刻刻与前面说的游离态量子比特感应，形成记忆意识，包括自我意识，也包括梦境意识。

只要具有存储意识功能的动物都会做梦。因为存储意识无时无刻不以纠缠的形式感应游离量子比特，形成我们每时每刻会感觉到的随机意识，同时游离的量子比特也在感受着外界的信息的感应。也就是说：游离量子比特实际上时时刻刻在感应着来自外界信息和已存储意识信息，只有睡觉时外部意识才会消失，这时游离量子比特感应到的存储意识其实就是梦境。

3、像人不仅仅具有上述两种意识，其实还具有了在此之上的意识固化基础上的系统化和工具化，这种，我称之为III类意识，III类意识的结构如同宇宙时空一样的量子纠缠网络。III类意识其实是I类意识对II类意识的处理，即游离量子比特将存储量子比特“链接”起来，起到桥接作用，也就是思维处理的能力，包括逻辑链条、记忆整合等。

人类的第III类意识是建立在第II类意识基础之上的，而记忆力可以说是第II类意识的表现，只有拥有数量庞大的记忆信息才是这些信息“再次整合、链接”的基础，所以，拥有“强记忆能力”的人在已存储信息的数量、稳固性上就比“弱记忆能力”的人要多，智商在记忆力这个基础维度上就高出一些。所以就会看到，高智商人不仅是某一个领域的天才，而且在多个领域也比常人更优秀。

由于第III类意识关键作用在于“整合、链接”原有信息链条，所以链接的速度 、广度就是智商表现出来的另一些维度，经常专注于某个领域的人，对于这个领域内的相应信息链条，整合、链接的速度和广度就比其他信息链条更快、更大。这些相关的信息，实际上是某些“同类”自旋量子（或者量子比特）的综合效应，如同形成了一个独立的纠缠起来的“宇宙”，如同量子纠缠构建时空网络那样，这个网络越大、其“抓取”同类量子（或者量子比特）的能力就越强。这些量子比特存在的生物肌体就是神经元突触，突触越发达，智商越高。

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