光子纠缠可以解释意识背后的快速脑信号

Josiah01 · 发表于 2024-8-19 15:06:59

理解意识的本质是科学界最难的问题之一。一些科学家认为量子力学，尤其是量子纠缠，是解开这一现象的关键。
现在，中国的一个研究小组已经证明，在覆盖神经纤维的髓鞘内可以产生许多纠缠光子。这可以解释神经元之间的快速通信，迄今为止，这种通信速度一直被认为低于声速，太慢以至于无法解释神经同步是如何发生的。
该论文发表在《物理评论E》杂志上。
陈永聪在给 Phys.org 的一份声明中表示：“如果进化的力量在于寻求远距离的便捷行动，那么量子纠缠将是这一角色的理想候选者。”陈永聪是上海定量生命科学中心和上海大学物理系的教授。
大脑通过向神经元之间发射突触电信号进行内部沟通，突触是神经组织的主要组成部分。意识（以及其他大脑活动）依赖于数百万个神经元的同步活动。但这种精确同步的发生方式尚不清楚。
神经元之间的连接称为轴突（类似于电线的长结构），覆盖它们的是一层由髓鞘（一种由脂质构成的白色组织）制成的涂层（“鞘”）。
髓鞘由多达数百层组成，它不仅能隔离轴突，还能塑造轴突并向轴突传递能量。（实际上，一系列这样的鞘沿着轴突的长度延伸。髓鞘通常长约 100 微米，它们之间有 1 到 2 微米的间隙。）最近的证据表明，髓鞘在促进神经元之间的同步方面也发挥着重要作用。
但是信号沿轴突传播的速度低于声速，有时甚至低于声速——太慢了，无法产生数百万个神经元同步，而这些同步是大脑能够完成的所有惊人事情的基础。
为了解决这个问题，陈和他的同事研究了轴突-髓鞘系统内是否存在纠缠光子，通过量子纠缠的魔力，可以在所涉及的距离内即时通信。
三羧酸循环释放营养物质中储存的能量，并在循环过程中释放出一连串红外光子。这些光子与脂质分子中碳氢 (CH) 键的振动耦合，并将其激发到更高的振动能态。当该键随后转变为较低的振动能态时，它会释放出一连串光子。
该中国研究小组将腔量子电流体动力学应用于髓鞘包围的完美圆柱体，合理地假设髓鞘的外壁是一个完美的圆柱形导电壁。
他们利用量子力学技术，量化腔内的电磁场和电场以及光子（即将它们全部视为量子对象），然后通过一些简化的假设求解所得方程。
这样就得到了两个光子与腔内物质相互作用的系统的波函数。然后，他们利用科学博学家约翰·冯·诺依曼开发的经典熵的扩展，通过确定量子熵（无序性的度量）来计算光子的纠缠度。
陈在声明中表示：“我们证明了，在某些情况下，两个光子确实可以有更高的纠缠率。”
导电壁限制了圆柱体内可以存在的电磁波模式，使圆柱体成为一个电磁腔，大部分能量都集中在其中。这些模式与自由空间中存在的连续电磁波（“光”）不同。
正是这些离散模式导致髓鞘腔内频繁产生高度纠缠的光子，与两个未纠缠的光子相比，其产生率可以显著提高。
纠缠意味着双光子状态不是两个光子状态的经典组合。相反，测量或与其中一个光子相互作用会立即影响第二个光子的相同属性，无论距离有多远。
纠缠现象已在成员相距 1,000 公里以上的系统中得到证实。古典物理学中不存在类似现象；它纯粹是一种量子现象。在这里，纠缠将提高沿髓鞘部分（包裹轴突长度的片段）进行更快信号传输的可能性。
作者写道，一种可能性是光子的纠缠可以转变为神经元中钾离子通道的纠缠。如果是这样，一个通道的打开和关闭可能会影响其他地方另一个通道的性能。
陈告诉 Phys.org，他们的研究结果是两种存在但仍然很大程度上神秘的现象的结合：意识（更不用说量子意识）和量子纠缠。
“我们不会说存在直接联系。在这个早期阶段，我们的主要目标是确定神经同步的可能机制，这会影响许多神经生物学过程。通过这项工作，我们希望获得更好的理解。”

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