中科院士施一公:世界可能根本就不存在 我的认知崩塌了

机器人博览 2018-07-11 09:09 次阅读

一个生物学家面对生命之谜的不懈追问

清华大学副校长、清华大学生命科学学院院长,中国科学院院士施一公教授在“未来论坛”年会上发表题为《生命科学认知的极限》的演讲。

与以往不同的是,施一公此番并未局限于生命医学,他从人类生命饱受心血管疾病、癌症和神经退行性疾病的三大挑战开始,讲述了人类如何通过科学来接受生命挑战。

但最终,人对生命认知的极限问题将他的科学思索,由生物医学带向量子力学,向我们展现了一个生物学家面对生命之谜的不懈追问。

中科院士施一公:世界可能根本就不存在 我的认知崩塌了

▲施一公在演讲现场

以下是演讲全文:

今天,我想跟大家探讨一下生命的本质和生命的极限。

我们先看看人从哪而来?人的整个出生过程是这样的:一个精子在卵子表面不停地游逛,寻找一个入口,找到合适位点以后,会分泌一些酶,然后钻进去。卵子很聪明,一般不会让第二个精子再有机会,所以一有精子进来,马上把入口封死。精子进来后就被降解,然后精子的细胞核和卵子的细胞核结合,形成双倍体,受精卵开始发育,逐渐分裂为2个细胞、再分裂为4个细胞、8个细胞、16个细胞,此时受精卵还在子宫外面游逛,还没有着床。继续分裂下去,形成64个细胞、128个细胞,这时它快要找到着床地点了。着床之后,继续发育。

你们可能知道也可能不知道,短短四个礼拜,胎儿开始有心跳。慢慢地,神经管形成了,脊椎形成了,四肢开始发育,通过细胞凋亡,开始形成手指头。到四五个月的时候,胎儿开始在母亲肚子里踢腾。出生之前,胎儿的大脑发育非常快,各种神经突触迅速形成。然而不要忘了,这样一个鲜活的生命来自于一个受精卵。

生命开始之后,生命的历程很漫长,这里面有很多苦恼。我记得我看过一首打油诗是这样说的:0岁闪亮登场,10岁茁壮成长,20岁为情彷徨,30岁拼命打闯,40岁基本定向,50岁回头望望,60岁告老还乡,70岁搓搓麻将,80岁晒晒太阳,90岁躺在床上,100岁挂在墙上。

科学如何应对生命挑战

我们生命的历程饱受挑战,有很多来自于疾病,其中三类疾病和人类有很大关系。

其中心血管疾病是最重要的杀手,仅在中国每年就有303万人死于心血管疾病,占32%。第二种疾病也很可怕,就是癌症,我们身边的人常常被癌症夺去生命,中国每年有265万人死于癌症,占28%。第三类疾病死亡率不高,但是对人的困扰很大,严重影响生活质量,就是神经退行性疾病,有多位世界名人都曾受这类疾病的折磨。此外还有34%的人死于其他原因,其中大部分是传染病,一小部分是交通事故和意外伤害。

我今天想告诉大家的是,我们如何运用科学去接受生命的挑战。

在古代,我们在黑暗中摸索,比如说当代的屠呦呦为找到治疗疟疾的方法,就是看了古典药学得到灵感,导致了青蒿素的发现。后来弗莱明发现青霉素,已经是用科学的方法论来探索。1985年以后,由于戈尔茨坦和布朗发现了低密度脂肪颗粒的受体(LDL受体),开启了真正的征服心血管疾病的历程。

人类始终用科学在应对挑战,从简单的摸索和经验积累,到最后通过基础研究驱使药物的发现。我有三个例子在此分享。

第一个例子就是心血管疾病。研究发现,导致心血管形成斑块的低密度脂蛋白和受体结合以后会被细胞内吞,内吞以后低密度脂肪的颗粒会被降解,而受体会回到细胞表面,可以重生,再去把新的低密度脂蛋白拉到细胞内去,从而减少对人体有害的低密度脂蛋白。1985年,戈尔茨坦和布朗两位科学家,(也是在座的王晓东的博士后导师),就是因为发现了低密度脂蛋白的受体而获得诺贝尔生理或医学奖。

在戈尔茨坦、布朗和日本科学家Endo Akira等一大批人的努力下,很多降胆固醇的他汀类药物问世了,包括1987年问世的第一个心血管疾病的药物。迄今为止,最有名的他汀类药物立普妥(阿托伐他汀)已经过了专利保护期,在座的就应该有人服用过这种药。在它于2011年专利过期之前,全球销售额高达160亿美元,堪称药神。

我们一直在用基础研究去探索最前沿的和疾病做斗争的方式,我们虽然有很多他汀类药物,但是很多高血脂的人仅仅靠吃他汀类药物,并不能阻止心血管软斑块和硬斑块的形成。为什么呢?科学家发现,是因为这些人体内的低密度脂蛋白受体逐渐被降解得找不到了,如何把他们的受体的数量恢复出来,就是问题的核心。

几年之前,科学家找到了PCSK9蛋白,它可以结合低密度脂肪蛋白的受体。结合到受体以后,低密度脂蛋白颗粒被受体一起拉到细胞内内吞了,也就是说,低密度脂蛋白受体在被细胞内吞的同时就牺牲了,也就不能再把流淌于血液中的低密度脂蛋白降解掉,这样低密度脂蛋白大量堆积,就形成了软斑块和硬斑块,最后带来致命的心血管疾病。这个过程是基础研究发现的,而发现这个过程的著名科学家海伦,是一位女性,获得了2015年的生命科学的突破奖。

第二个例子我们讲讲治疗癌症的新的曙光,也就是大家听过很多次的“免疫疗法”。这个免疫疗法最有名的一个例子,是2015年8月20日,美国前总统卡特向所有世界上关心他的人宣布,自己得了晚期黑色素瘤,而且当时已经有4个2毫米大的肿瘤在脑子里,已经扩散了,他认为自己的时间不多了。然而短短3个月以后,2015年12月6日,他再次出现在大家面前,告诉人们,通过分子疗法,他脑子里的4个肿瘤已经完全找不到了。

他的分子疗法就包括一个很有名的免疫疗法,就是针对PD-1表面受体的单克隆疗法。免疫疗法从根本上改变了人类对疾病的斗争方式。这种疗法的创始人,也是这一概念的发现者James Allison同样获得了生命科学突破奖。对这一过程也做出了重大贡献的科学家中,还包括一位中国人,就是陈列平博士。

第三个例子是神经退行性疾病。非常遗憾,至今人类根本不知道病因,尽管我可以告诉大家很多的理论、数据和实践,但我们只是大概知道这个病是怎么回事。现在世界上有4700万人饱受这种疾病的困扰,预计2050年时,每3秒钟就有一个新的病人出现,我们会有超过一亿三千万人受它的困扰。

神经退行性疾病中最有名的就是老年痴呆症症,也叫阿尔茨海默综合症。得这个病的病人很痛苦,因为生活不能自理。老年痴呆晚期的患者大脑里面有一个个很可怕的洞,大脑被吞噬掉了。虽然不知道到底是什么原因导致了老年痴呆症,但是大家公认,如果从分子水平上认识老年痴呆症,也许会为治疗带来曙光。

我自己的实验室也在朝这个方向努力。我们去年在原子分辨率上首次报道了与老年痴呆有直接关系的人源γ分泌酶的结构,这个人源γ分泌酶被认为是导致老年痴呆症必不可少的一个致病蛋白,所以也许通过后续的深化研究,我们可以找到治疗老年痴呆症的办法。

认知生命有极限

我举了心血管疾病、癌症、老年痴呆症的例子,最后过渡到大脑。不要说我们对老年痴呆症的病因不清楚,对大脑这样一个神秘的器官我们也知之甚少,我们基本上可以说什么都不知道。尽管我们有很好的学习记忆的模型,我们可以模拟出学习记忆的过程,但究竟是不是这样?我们真的不知道。

我甚至认为包括我们的电信号记录的神经冲动电位,只是一个表象,不一定是学习记忆的本质。为什么?因为我们确实是这样一个生物人,是一堆原子构成的人在理解生命。

我们在用我们的五官,就是视觉、嗅觉、听觉、味觉、触觉理解这个世界。这个过程是不是客观的呢,肯定不是客观的。我们的五官感受世界以后,把信息全部集中到大脑,但是我们不知道大脑是如何工作的,所以在这方面也不能叫客观。

我们人究竟是什么呢?仔细想一想,人是怎么样处理信息的呢?我们先来对信息也就是物质做一个定义。

我们有三个层面的物质:

第一个物质是宏观的,就是我们可以感知到的,直觉可以看到的东西,比如人是一个物质,房子也是一个物质,天安门、故宫都是物质。

第二个层面是微观的,包括眼睛看不到的东西也叫微观,我们可以借助仪器感知到、测量到,从直觉上认为它存在,比如说原子、分子、蛋白,比如说很远的一百亿光年以外的星球。

第三个层面,就是超微观的物质。对这一类,我们只能理论推测,用实验验证,但是从来不知道它是什么,包括量子,包括光子。尽管知道粒子可以有自旋和能级、能量,但是我们真的很难通过直觉理解,这就是超微观世界。

但尽管如此,我们还是要想一想,这个世界是超微观世界决定微观世界,微观世界决定宏观世界。我们人是什么?人就是宏观世界里的一个个体,所以我们的本质一定是由微观世界决定,再由超微观世界决定。我毫不怀疑我就是一个薛定谔方程、一个生命形式、一个能量形式,但不知道怎么解这个方程,不知道思维是怎么产生的,仅此而已。我相信,你也应该相信,我们每个人不仅是一堆原子,而是一堆粒子构成的。

所以,我们真的就是一堆由粒子构成的原子,如此之简单。我们有多少原子?大约有6×10^27个原子,形成大约60种不同的元素,但真正的比较多的元素,不过区区11种。原子通过共价键形成分子,分子聚在一起形成分子聚集体,然后形成小的细胞器、细胞、组织、器官,最后形成一个整体。但是你会觉得,不管你怎么做研究,都无法解释人的意识,这超越了我们能说出和能感知的层面。我认为要解释意识,一定得超出前两个层次,到量子力学层面去考察。我自己认为是这样的。

量子纠缠是可以进化的现象吗?

所以我想班门弄斧讲一讲量子纠缠。1935年,当爱因斯坦(Einstein)和波多尔斯基(Podolsky)以及罗森(Rosen)一起,写出了著名的EPR佯谬之后,提出了量子纠缠。实际上“量子纠缠”这个词并不是爱因斯坦提出来的,而是薛定谔提出来的,当时看来是很不可思议的。

量子纠缠的意思是说,两个纠缠的量子不管相距多远,它们都不是独立事件。当你对一个量子进行测量的时候,另外一个相距很远的量子居然也可以被人知道它的状态,可以被关联地测量,很不可思议。但这样一个简单的现象既然存在于客观世界,我相信它会无处不在,包括存在于我们的人体里。是不是这样呢?当然是这样。量子纠缠怎么样影响我们的生命,其实我们不知道,为什么?因为这不是我们可以用直觉去感受的。

加州大学圣塔芭芭拉分校(UCSB)著名的理论和实验物理学家Matthew Fisher就笃信,人的意识、记忆和思维是量子纠缠的,要用量子理论来解释。那怎么证明呢?他说我一定要在实物上证明,要寻找量子纠缠的实体。很多科学家找了很长时间,发现神经细胞里面的微管可以形成量子纠缠,但是微管的时间尺度是10^(-20)秒到10^(-13)秒,远远小于人的记忆和意识的形成时间。但是他通过理论的实践,以模拟的方式找到了,他正在进行实验验证。

中科院士施一公:世界可能根本就不存在 我的认知崩塌了

比如把磷和钙放在一起,也就是磷酸钙,当磷酸钙以波斯纳分子集群(Posner molecule or cluster)形式存在的时候,它的量子纠缠时间可以长达105秒!能把这样一个极其脆弱的,对声、光、电、热都极其敏感的量子纠缠现象的持续时间提高15个数量级,那么如果再提高5个数量级,就可以达到年的水平,以年为单位来保存量子纠缠现象。

那么依此类推,你们觉不觉得,有一天我们人类会发现量子纠缠也是一个可以进化的现象,它可以保存一百年、一千年、一万年。也就是说,量子纠缠,它在远古的时候就存在了,在进化过程中被保存了下来。

我要问你们四个问题。第一个问题,你们相信有第六感官吗?很多人会说不相信。第二个问题,有没有可能,两个人会以未知的方式进行交流?你会说也许,不会像第一个问题那样肯定地说不信。第三个问题,量子纠缠是否存在于人类的认知世界里面?存在于大脑里?我相信听了我的讲座,你会觉得很有可能。第四个问题,量子纠缠是不是适用于地球上的物质呢?你一定会说一定适用,因为我们已经证明了。但其实简单讲,这四个问题是完全一样的问题,倒推回去就说明一定有第六感官,只是我们无法感受,所以叫“第六感官”。

那么我们人究竟是什么?我们只不过是由一个细胞走过来的,就是受精卵,所有受精卵在35亿年以前,都来自于同一个细胞,同一团物质,一个处于复杂的量子纠缠的体系,就这么简单。

其实我不知道这里面是什么,但是我相信它。我每呼吸一次会摄入10^22次方的氧原子进入我的身体,进入共价结构。这一口呼吸至少有10^4次方以上的氧原子,被处在世界上一个很遥远角落里的,我没有见过的人呼吸过至少一次,这在一个月内就会做到,人一辈子一直在这么做。而两个人在一个房间里的时候,一天可以有63克的氧气在彼此的肺当中交换。

科学发展到今天,我们看世界完全像盲人摸象一样,我们看到的世界是有形的,我们自己认为它是客观的世界。其实我们已知的物质的质量在宇宙中只占4%,其余96%的物质的存在形式是我们根本不知道的,我们叫它暗物质和暗能量。

那么盲人摸象般地认识世界是科学吗?一定是科学。每个人摸的都是真实存在,而且都是客观存在的,都是看得见摸得着的,我们现在也是如此。只是我们不知道摸的是象的后背,还是尾巴,还是耳朵。我认为人类的认知极限就在于,我们是一堆原子,我们处在宏观世界,但我们希望隔着两个世界去看超微观世界。那是一个最美好的、极其美妙的世界。

世界还有多少我们不知道的东西?

随着量子卫星上天,有关量子的事科普一下: 当代科技最前沿发现了什么?竟然颠覆人类世界观!

中科院士施一公:世界可能根本就不存在 我的认知崩塌了

我们的世界,因为几个最新的科学,全乱了!

一、搅乱了世界的3项科学成果

(一)暗物质

01 怎么发现有暗物质?我们原来认识的宇宙的形态,是星球与星球之间通过万有引力相互吸引,你绕我转,我绕他转,星球们忙乱而有序。

但后来,科学家通过计算星球与星球之间的引力发现,星球自身的这点引力,远远不够维持一个个完整的星系。如果星系、星球间仅仅只有现有质量的万有引力支持的话,宇宙应是一盘散沙。宇宙之所以能维持现有秩序,只能是因为还有其他物质。而这种物质,目前为止,我们都没有看到并找到,所以,称之暗物质。

02 暗物质有多少?科学家通过计算,要保持现在宇宙的运行秩序,暗物质的质量,必须5倍于我们现在看到的物质。

03 有没有观测到暗物质?现在没有真正的测到暗物质。只是能发现光线在经过某处时发生偏转,而该区域没有我们能看到的物质,也没有黑洞。

04 黑洞是不是暗物质?不是。黑洞只是光出不来,它发出其他射线,它仍然是常规物质。

(二)暗能量

02 怎么发现有暗能量?科学家观测发现,我们现在的宇宙,不仅在不断膨胀,而且在加速膨胀。如果匀速膨胀,还可以理解。但加速膨胀,就需要有新的能量的加入。这能量是啥?科学家也搞不清,取名叫暗能量。

02 暗能量有多少?科学家通过计算,通过质能转换方程E=MC2计算,要维持当前宇宙的这种膨胀速度,暗能量应该是现有物质和暗物质总和的一倍还要多。

03 有没有找到暗能量?目前为止,还没有。

中科院士施一公:世界可能根本就不存在 我的认知崩塌了

(三)量子纠缠

现代科学发现,对物质的研究,在进入分子、原子、量子等微观级别后,意外非常大。出现了超导体、纳米级、石墨烯等革命性的材料,出现从分子水平治愈癌症的奇迹。而最神奇的是——量子纠缠。

01 什么是量子纠缠?科学实验发现,二个没有任何关系的量子,会在不同位置出现完全相关的相同表现。如相隔很远(不是量子级的远,是公里、光年甚至更远)的二个量子,之间并没有任何常规联系,一个出现状态变化,另一个几乎在相同的时间出现相同的状态变化,而且不是巧合。

02 有没有观测到量子纠缠?量子纠缠是经理论提出,实验验证了的。科学家已经实现了6-8个离子的纠缠态。我国科学家实现了13公里级的量子纠缠态的拆分、发送。

搅乱了的世界

01 搅乱了的哲学世界

我们原来认为世界是物质的,没有神,没有特异功能,意识是和物质相对立的另一种存在。现在我们发现,我们认知的物质,仅仅是这个宇宙的5%。没有任何联系的二个量子,可以如神一般的发生纠缠。把意识放到分子,量子态去分析,意识其实也是一种物质。

既然宇宙中还有95%的我们不知道的物质,那灵魂、鬼都可以存在。既然量子能纠缠,那第六感、特异功能也可以存在。同时,谁能保证在这些未知的物质中,有一些物质或生灵,它能通过量子纠缠,完全彻底地影响我们的各个状态?于是,神也可以存在。

02 坍塌了的物理世界

我们现在所有的物理学理论,都以光速不可超越为基础。而据测定,量子纠缠的传导速度,至少4倍于光速。

03 崩溃的内心世界

科技发展到今天,我们看到的世界,仅仅是整个世界的5%。这和1000年前人类不知道有空气,不知道有电场、磁场,不认识元素,以为天圆地方相比,我们的未知世界还要多得多,多到难以想像。

世界如此未知,人类如此愚昧,我们还有什么物事必须难以释怀?

原文标题:人工智能和物联网技术,终将结为一体

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发表于 04-02 11:01 733次 阅读
求基于LabVIEW心电信号读取及预处理的前面版设计和程序框图设计

上帝掷骰子吗——量子物理史话

量子物理科普图书

发表于 03-30 11:18 268次 阅读
上帝掷骰子吗——量子物理史话

音频信号变咪头电信号

想用耳机音频信号直接做咪头电信号输入到识别模块,用电阻衰减还是隔三差五的识别不到,求大神指点如有高见愿付酬劳 ...

发表于 03-25 18:34 442次 阅读
音频信号变咪头电信号

函数发生器可以驱动喇叭发声吗?

函数发生器可以驱动喇叭发声吗?应该怎么连接啊?另外,我现在想把声信号转换成电信号,并在示波器上显示出来,请问我现在是还需...

发表于 03-23 20:01 1727次 阅读
函数发生器可以驱动喇叭发声吗?

示波器的使用简单攻略

示波器是一种使用非常广泛,且使用相对复杂的仪器。用示波器能观察各种不同电信号幅度随时间变化的波形曲线,在这个基础上示波器...

发表于 03-23 11:07 684次 阅读
示波器的使用简单攻略

IBM公司将推行量子云计算服务IBM Q

据《自然》报道,今年IBM公司将推行世界首个商用“通用”量子计算服务IBM Q系统,建立在IBM的Q....

发表于 03-07 15:19 378次 阅读
IBM公司将推行量子云计算服务IBM Q

新手问题 FPGA

怎样利用FPGA把一个图片处理成电信号,供后面系统处理。   有没有相关FPGA例程,或者相关文献书籍学习 ...

发表于 03-06 12:59 623次 阅读
新手问题    FPGA

最全模拟电路学习笔记

1、 同相放大电路加在两输入端的电压大小接近相等 2、 反相放大电路的重要特征是“虚地”的概念3、 PN结具有一种很好的数学模...

发表于 03-06 09:16 2155次 阅读
最全模拟电路学习笔记

你强大的大脑竟是一台量子计算机!不是天方夜谭

 只要提到“量子意识”,大多数物理学家都会败下阵来,因为这个概念似乎只是一个现代大牛提出的模糊且无聊....

发表于 12-10 10:46 1035次 阅读
你强大的大脑竟是一台量子计算机!不是天方夜谭

基于LabVIEW虚拟仪器的心电信号采集系统的设计

摘 要 : 作为计算机和网络技术与传统仪器融合的产物, 虚拟仪器具有很多传统仪器无法比拟的优势。 以 NI 公司的L a b VI E...

发表于 12-05 10:49 2342次 阅读
基于LabVIEW虚拟仪器的心电信号采集系统的设计

这款超声波清洗机或可成为厂家首选

雷士LSA180超声波清洗机,该设备有两部分组成:超声波发生器(超声波电源)和超声波清洗槽(粘接超声波换能器)。超声波发生器...

发表于 10-19 15:23 699次 阅读
这款超声波清洗机或可成为厂家首选

固态量子研究取得新进展

最近,位在美国和欧洲的实验室,都分别宣布了在应用固态材料储存自旋量子态方面的研究进展,而这一直是在量....

发表于 06-30 11:30 450次 阅读
固态量子研究取得新进展

爆炸现场温度动态测试的方案设计

测量系统就是通过 传感器 把被测信号转换成电信号,从而测量出被测量。温度测量系统就是通过温度传感器把....

发表于 06-18 09:53 579次 阅读
爆炸现场温度动态测试的方案设计

国家重大科学研究“十二五”规划公示

  关于国家重大科学研究计划、科技基础性工作专项“十二五”专项规划的公示

发表于 04-28 11:36 361次 阅读
国家重大科学研究“十二五”规划公示

基于IMEC的生物电信号采集方案

本文介绍采用IMEC的SiC技术,它的开发重点是进一步缩小集成后的EEG系统体积以及将低功耗处理技术....

发表于 07-11 09:15 597次 阅读
基于IMEC的生物电信号采集方案

量子超光速通信,量子超光速通信是什么意思

量子超光速通信,量子超光速通信是什么意思 自19世纪进入通信时代以来,人们就一直梦想着一种比光速更....

发表于 03-06 16:01 1891次 阅读
量子超光速通信,量子超光速通信是什么意思

量子力学的物理基础知识

量子力学的物理基础知识 这里简述一些上个世纪末直到这个世纪 30 年代所进行的著名实验,这些实验奠....

发表于 02-25 17:37 278次 阅读
量子力学的物理基础知识

超导体关键在于磁性?美科学家努力找证据

超导体关键在于磁性?美科学家努力找证据 美国橡树岭国家实验室(Oak Ridge National....

发表于 02-23 08:51 391次 阅读
超导体关键在于磁性?美科学家努力找证据

基于最小二乘支持向量机的胎儿心电信号提取

该文针对胎儿心电信号难以提取的问题,提出一种从母体腹壁混合信号中提取胎儿心电信号的方法。首先利用最小....

发表于 02-10 11:24 233次 阅读
基于最小二乘支持向量机的胎儿心电信号提取

量子芯技术简介

量子芯技术简介 作为国内平板电视巨头的长虹,去年以来,针对平板电视普遍遭遇“缺芯”的困局,长虹整合....

发表于 05-24 17:24 494次 阅读
量子芯技术简介

分析表明量子点的应用出现快速增长

分析表明量子点的应用出现快速增长 根据市场研究集团BCC的介绍,在未来五年内,预计全球量子点(QD....

发表于 09-22 08:44 232次 阅读
分析表明量子点的应用出现快速增长