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二、雨伞·包袱·我
不识庐山真面目，只缘身在此山中.
——苏东坡
科学家研究大脑几百年，仍处于“臭皮囊”阶段，仍无法回答“我是什么？”
还记得小时候听过的一个笑话：傻和尚出门去云游，师父不放心，教他不停地念口诀：“雨伞、包袱、我”，以免丢失了.傻和尚打着雨伞，背着包袱，念着口诀，冒雨出发了.走着念着、念着走着，冷不防摔了一跤.爬起来发现手中雨伞还在，摸一摸背上包袱也在，就是不见了我.于是放声大哭：“我没了！我没了！”一位好心的路人问清情由后，指着他光头说：“这不就是吗？”傻和尚摸摸光头，破涕为笑：“找到我了！找到我了！”当时我感到很好笑，傻和尚竟傻到不知道“我是什么？”
现在回想起来，感觉与小时候的就很不一样了：说来惭愧！我们其实并不比傻和尚聪明.“我是什么？”这个问题貌似简单，好像谁都能回答出来.其实不然，这个问题非常复杂，具有多层次的丰富而又深刻的内涵，是现代科学所面临的最基本的难题之一.科学家如能在21世纪中找出完全的答案，就值得大大庆贺了.不信吗？让我试着回答看看.
最简单的回答是：“我是沈致远.”这是我的名字，但它只是代表我的一个符号，并不代表实体.
要实体吗？好吧！“我是组成我身体的原子和分子之总和.”这个“唯物主义”的回答似乎有道理，却经不起推敲.由于新陈代谢，人体中原有的原子、分子都换新了.按照这个说法，岂不是我已非我了吗？所以原子、分子虽然代表“我”的物质实体，却并不代表“我”的本质.再回到那傻和尚，他摸到的光头并不真正代表他的“我”，这与他信奉的佛教教义也不符，佛说讲究心灵解脱，躯体只是“臭皮囊”.
实体不行，结构如何？“我是我的遗传基因所代表的身体结构.这个回答比上面那个进了一步，在人体的新陈代谢过程中，物质流变而结构常存.由双亲传来的遗传基因确实代表个体所具有的生理特征，这似乎可以代表“我”.但仔细想想仍有问题：由单个受精卵分裂所形成的同卵双胞胎具有完全相同的遗传基因，但是他们的心灵并不相同，总不能说孪生兄弟两人共同拥有同一个“我”吧？所以遗传基因虽然决定了“我”的生理结构，却并不能代表“我”的心灵.这里附带提一下：自从英国的“多利”羊诞生以来，人们对“克隆”技术议论纷纷.最担心的是有朝一日造出克隆人来，“这不就复制出另一个‘我’来了吗？那还了得！”其实这是误解.克隆人与其母体虽然具有完全相同的遗传基因，但这和同卵双胞胎的孪生兄弟并无原则的区别，克隆人并非复制出来的另一个“我”.
那么“我”到底是什么呢？不妨从小看起.婴儿刚诞生时除了与生俱来的本能以外，大脑中还没有“我”这个概念.随着婴儿的成长，与外界的接触的增多，“我”这个概念逐渐建立起来：婴儿不如意时会哭，高兴时会笑，这说明已有了模糊的主观意识；牙牙学语后开始与别人交流，已知道你我有别；慢慢地会和弟妹争夺玩具，懂得趋利避害以保护自己，这说明已知道为“我”打算；再长大些就有了爱憎之别，会向母亲撒娇以表达自己的欲求，这就是七情六欲之萌芽；喜欢唱歌、跳舞、画画，懂得对镜弄姿，把自己打扮得漂亮些，这就逐渐培养出欣赏美的能力，欣赏不能没有主体，这个主体就是“我”；如此等等.朦胧中代表“我”的“自我意识”逐步形成，而且随着知识增长和大脑发育越来越完备.自我意识代表一个人的心灵，决定了我之所以为我.每个人的自我意识都是独一无二的，世界上决没有两个人具有相同的自我意识.
至此，我们已经看到“我”具有不同层次的内涵：名字是符号的“我”；原子、分子是物质的“我”；遗传基因是生理的“我”；而自我意识则是心灵的“我”，它最能代表“我”的本质.以上各层次的顺序是由浅入深的，在所有这些层次之上，还有一个社会的“我”，作为社会之一分子，“我”是错综复杂的社会关系网络的一个结点.而且社会的“我”与心灵的“我”又是密切相联的.这已经够复杂了吗？但还没有深入到更复杂的核心问题呢！
“自我意识的机制是什么？”这是现代科学所面临的最基本的问题之一.自我意识属于认知、思维、智慧等心灵的范畴，有一门新兴的“认知科学”专门研究这类问题.自我意识存在于大脑中，大脑有许多不同的功能：大脑能记忆，但磁带与光盘也有记忆功能；大脑能通过五官感知，但图像识别器也能通过摄像机感知；大脑能根据不同情况作出反应，但具有反馈的自动机也能作出类似的反应；大脑会进行计算及逻辑推理，但电子计算机的计算逻辑功能比大脑的更准更快，它虽然号称电脑却并没有自我意识.可见自我意识不可能用大脑中之单个或部分功能来解释，而是与其整体的系统功能有关.对自我意识机制的研究只是刚开始，目前科学家甚至对研究的方向也有不同的意见：英国著名数学家彭罗斯认为自我意识是人类大脑所特有的，其机制应在亚原子微观世界中尚未发现的规律中去找.彭罗斯此说倾向于物质的硬件——虽然他是数学家.美国的著名物理学家盖尔曼则认为大脑是一个极为复杂的大系统，自我意识之机制应该从系统的组织结构规律中去找.盖尔曼此说倾向于系统的软件——虽然他是物理学家.反正硬件也好，软件也好，软件硬件兼而有之也好，自我意识仍然是一个未解之谜.“我是什么？”这个问题至今仍无确切的答案，所以我们还不够资格取笑傻和尚.
自我意识的研究不仅有深刻的科学意义，而且有重要的实际应用.如果有朝一日自我意识之谜真的揭开了，那一定会极大地促进人工智能的发展，造出媲美于人脑的名副其实的电脑来，此外，自我意识奥秘的揭示，还将有助于解答美学中与主观性有关的一些难题，以及哲学中“心与物”的关系问题，艺术、人文等也将因此而受益.
搁笔伏案，朦胧中自己仿佛变成了那傻和尚，在斜风细雨中孑孑独行，念念有词.不知还要走多远，再摔多少跟斗？才能悟出“我是什么？”
三、蝴蝶效应
语不惊人死不休，科学家亦如是.
美国的一位大学教授曾发表惊人之论：“巴西的亚马孙丛林中一只蝴蝶轻轻地扇几下翅膀，就会在美国的得克萨斯州掀起一场龙卷风.”蝴蝶真有这么大的威力？还是这位教授在开玩笑？
首先是“事出有因”.
物体的运动可以用微分方程来作定量的描述，它揭示出在某一时刻的运动状态（位置和速度）与其前后时刻的运动状态之间的关系.如果知道了现在的运动状态（即初始条件），就可以据此通过解微分方程，求出以后任何时刻的运动状态.上述“蝴蝶效应”源出于一类非线性微分方程，其初始条件极微小的变化会引起以后的运动状态极大的剧烈变化.有一门“混沌理论”，专门研究这类效应.
现实中这类效应砌实存在：管道中的水流遇到障碍时会产生不规则的湍流；使飞机急升陡降甚至失事的高空乱流也属于这一类；大气中湿度过饱和时，用飞机洒下少许干冰，就可以引发一场暴雨……这样的例子还可以举出很多.
但产生这类效应要有条件，首先是能量.蝴蝶扇翅膀与龙卷风的能量相差何止亿万倍，所以蝴蝶效应是一种高度的能量放大过程，但能量是守恒的，不会无中生有.任何能量放大过程都只是以小能量来控制大能量，其必要条件是要有大能量处于“一触即发”的待控状态.只有这样，才可能用小能量加以控制.因此问题归结为：在什么条件下大能量才能处于这种待控状态？这就引出了下面的条件.
其初始系统必须处于某种有序状态.可以用多米诺骨牌效应来说明这个道理.将骨牌立起排成一列，轻轻推倒第一张骨牌，就会引起连锁反应，使随后的千百张骨牌相继倒下.产生多米诺效应的条件是，相邻骨牌必须立起并保持适当距离.千百张立起的骨牌所具有的位能，由于排成一列而处于“一触即发”的待控状态，只待那轻轻一推，就触发了多米诺效应.否则，像麻将桌上洗牌时那样一堆乱骨牌，神仙也变不出多米诺效应来.前述在产生湍流、乱流前的水流和气流，以及过饱和的大气都属于某种有序系统.
因此，如果大气圈中确实存在某种特定的有序状态，原则上并不排除“蝴蝶效应”发生的可能性.所以说“事出有因”.
但最终还是“查无实据”.
大气圈的状态受到多种因素的制约，其中很多是无序的.自发出现有序状态的几率非常之低，只有在特定条件下的局部范围内才有可能，而纵贯美洲大陆的大范围内的有序状态实际上不可能出现.其实这毋须高深的科学知识就可以理解；如果那位教授所说的“蝴蝶效应”真的会发生，那么全球每天有几千架喷气机在天空呼啸而过，岂不是要把天都震塌了吗？所以大可不必杞人忧天，亚马孙丛林中再多的蝴蝶扇翅膀，也不会把你的屋顶掀掉.
不过也不要责怪那位教授，他的惊人之论也有益处.可以当作一种“理想实验”，帮助我们以形象化的思维来理解一些科学道理.自然界有许多奥秘，值得我们去思考，去探索……
四、薛定谔猫的生与死
猫若有灵，不知作何感想.
乍看这个题目以为是开玩笑，其实是严肃的科学问题.英国著名科学杂志《自然》2000年7月6日刊登文章专门讨论这个问题，并加以评论，评论文章的题目就是：《薛定谔猫变胖了》.
什么是薛定谔猫？这要从头说起：薛定谔（E.Schr
dinger，1887—1961）是奥地利著名物理学家，量子力学的创始人之一，曾获1933年诺贝尔物理学奖.薛定谔猫是他在1935年提出的关于量子力学解释的一个佯谬（也译为悖论），这些年来物理学大师们绞尽脑汁试图解开.直到最近经过一系列精巧的实验，才逐渐有了眉目.《自然》的文章报告了最新的实验结果.
量子力学是描述原子、电子等微观粒子的理论，它所揭示的微观规律与日常生活中看到的宏观规律很不一样.处于所谓“叠加态”的微观粒子之状态是不确定的，例如电子可以同时位于几个不同的地点，直到被观察测量（观测）时，才在某处出现.这种事如果发生在宏观世界的日常生活中，就好比：我在家中何处是不确定的，你看我一眼，我就突然现身于某处——客厅、餐厅、厨房、书房或卧室都有可能；在你看我以前，我像云雾般隐身在家中，穿墙透壁到处游荡.这种魔术别说常人认为荒谬，物理学家如薛定谔也想不通.于是他就编出这个佯谬，以引起注意.果然！物理学家争论至今.
薛定谔猫佯谬是一个理想实验（想象的实验，不一定真的做）：将一只猫关在箱子里，箱内还置有一小块铀、一个盛有毒气的玻璃瓶，和一套由检测器控制的榔头所构成的执行机构.铀是不稳定的元素，衰变时放出射线触发检测器，驱动榔头击碎玻璃瓶，释放出毒气将猫毒死.铀未衰变前，毒气未放出，猫是活的.铀原子在何时衰变是不确定的，所以是处于叠加态.薛定谔挖苦说：按照量子力学的解释，箱中之猫处于“死-活叠加态”——既死了又活着！要等到打开箱子看猫一眼才决定其生死.（请注意！不是发现而是决定，仅仅看一眼就足以致命！）这个理想实验的巧妙之处在于通过“检测器—榔头—毒药瓶”这条因果链，似乎将铀原子的叠加态与猫的死与活联系在一起，使量子力学的微观不确定性变为宏观不确定性；微观的混沌变为宏观的荒诞——猫要么死了，要么活着，两者必居其一，不可能同时既死又活！难怪英国著名科学家霍金听到薛定谔猫佯谬时说：“我去拿枪来！”
薛定谔猫佯谬提出了一个问题：什么是量子力学的观测？观察或测量都与人的主观有关，而人在箱外，所以必须打开箱子看一眼才决定猫的死活.谁都知道箱中猫的死活是由铀的衰变决定的——衰变前猫是活的，衰变后猫死了，这与是否有人打开箱子进行观测根本不搭界.所以毛病出在观测的主观性上，应该朝这个方向寻根究底.微观的观测与宏观的不同，宏观的观测对被观测对象没有什么影响.俗话说：“看一眼总行吧.”意思是对所看之物并无影响，用不着担心.微观的观测对被观测对象有影响，会引起变化，以观测电子为例，要用光照才能看见，光的最小单位光子的能量虽小但不是零，光子照到被观测的电子上对它的影响很大.所以在微观世界中看一眼也会惹祸！量子力学认为：观测的结果使得被观测对象的状态改变了，一个确定态从原先不确定的叠加态中蹦了出来.再追究下去，观测无非是观测手段（如光子）与被观测对象（如电子）之间的一种相互作用，这种相互作用并不一定非与观测者联系起来不可，后者可以用检测器之类的仪器代替，这样就可以将人的主观因素完全排除——薛定谔猫的死活不是由人打开箱子看一眼所决定的.
但箱中之猫“死—活叠加态”究竟是怎么一回事呢？
物理学是实验科学，一切要由实验来判定.较早的一批关于薛定谔猫的实验是将处于叠加态的单个原子或分子从周围环境中孤立起来，然后以可控制的方法使之相互作用，以观察其变化.结果发现关键在于与环境的相互作用，它导致原先的量子叠加态转变为经典确定态.但是将这些实验对象当作薛定谔猫是一种极度的简化，单个原子或分子与薛定谔猫相去何止十万八千里.
这次《自然》发表的与上述那些实验不同，纽约州立大学石溪分校的弗利德曼（J.R.Friedman）等人拿来做实验的“薛定谔猫”不是单个粒子，而是在环形电路中由几十亿对电子构成的超导流.实验证明这种宏观量子系统也可以处于叠加态——相当于薛定谔猫的“死—活叠加态”.几十亿对电子构成的超导流当然还不能与若干亿亿亿个原子构成的猫相比，但较之单个原子分子，毕竟前进了一大步.所以有人惊呼：“薛定谔猫变胖了！”
这次最新实验的结果使物理学家对量子力学有了更深刻的理解.据此已能对薛定谔猫为什么不可能存在荒诞的“死—活叠加态”作出符合量子力学的解释.在某种意义上说，薛定谔猫佯谬已经解开.所以别担心，不会拿真猫去做实验的.
“不就是一只假想的猫吗，让霍金拿枪打死不就完了.”事情并非那么简单，否则许多物理学大师就不会那么孜孜以求了.薛定谔猫佯谬衍生出一个根本问题：由大量原子分子构成的生物与这些微观粒子所遵从的量子力学规律之间的关系是什么？这不仅是重要的理论问题，而且具有实际意义.例如自我意识的机制至今仍是未解之谜，有人认为可能与量子力学或更深层次的微观规律有关.再如思维过程中的“顿悟”，会不会与前述之“一个确定态就从原先不确定的叠加态中蹦了出来”有关呢？可能有关的还有：生命的起源，物种的变异、光合作用的机制，如此等等.总之，生命的秘密和思维的奥妙不可能与量子力学的规律无关.这就难怪薛定谔后来转而对生命科学感兴趣了，1946年他写了著名的《生命是什么？》一书，提出了一些很有创见的观点.薛定谔高明之处在于，他提出的薛定谔猫佯谬不仅挑战物理学家达65年之久，而且其衍生问题还在继续挑战下一代的科学家——不仅物理学家.薛定谔真不愧为名家高手，遗憾的是在他有生之年，那可怜的箱中之猫依然生死不明.
意犹未尽，继之以诗：
问猫
西谚云猫有九条命
不死之猫居然生死不明
为什么还不从箱中蹦出来
朝着薛定谔的幽灵“妙呜”一声
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