意识真的存在吗？基本粒子是如何产生意识的？

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　　在基本层面上讲，只有少数粒子和力支配着整个现实。那它们的组合如何创造人类意识的呢？
　　人的心智是现代科学的一大谜团，因为我们无法充分解释一般的大脑，或具体的意识是如何工作的。然而，假设电（即电子流）是我们认为我们有意识的感知背后的主要驱动力，这是一个合理的＂无效假设＂。
　　关键要点 在基本层面上，人类仅由一小部分量子和粒子构成，这些粒子通过四种基本相互作用结合在一起，创造了所有已知的现实。 这包括一些非常复杂的现象，包括意识、智力和感觉的现象。 这些粒子和力如此精确地结合在一起，以至于我们这样有意识的生物能够存在。
　　从理论上讲，物理宇宙中存在的一切都仅依赖于我们通过将物质分解到尽可能小的尺度而发现的相同的基本实体和相互作用。生物可以分为细胞；细胞本身由细胞器组成；细胞器可以分解成分子；分子是由原子组成的；原子由电子和原子核组成；电子不能进一步分解，但原子核本身由夸克和胶子组成。因此，我们应该能够采用物质的这些基本成分——夸克、胶子和电子，并以各种方式组合它们，以解释我们在日常生活中遇到的一切。
　　但是，仅凭这些简单的构建块和四种基本交互，这真的可能吗？我们能解释一切，包括有意识的人类吗？这无疑是一个巨大的挑战。
　　一直以来让科学家感到困惑的是，原始夸克胶子汤中的粒子和力是如何 精确 地形成：
　　原子核，当被电子连接时原子（每个都有其独特的特性）无数的分子（每个都有其独特的特性）能够形成生命可以实现意识
　　这种精确的＂契合＂不可能纯属巧合
　　这是一个真实的断言吗？让我们看看证据，就我们今天所知，试着找出答案。
　　标准模型的粒子和反粒子遵守各种守恒定律，但也显示出费米子粒子和反粒子与玻色子粒子之间的根本区别。虽然标准模型的玻色子内容只有一个＂副本＂，但标准模型费米子有三代。没有人知道为什么。
　　标准模型的所有粒子——代表宇宙的已知成分，不包括目前由暗物质和暗能量占位符代表的未知成分——分为两类：费米子和玻色子。费米子就是我们认为的物质成分：夸克和轻子。夸克结合在一起形成质子、中子和所有其他重复合粒子，而轻子由结合并围绕质子和中子（例如电子）运行的带电粒子以及低质量不带电粒子组成几乎不与任何东西相互作用：中微子。
　　但是玻色子对于物质同样重要。这些粒子调节粒子之间发生的所有（非引力）力和相互作用。尽管有 12 种不同的玻色子，但它们被归为一组来描述仅三种相互作用。 8 个胶子介导强核力，只作用于带色荷的粒子：夸克、反夸克和其他胶子。 3 种弱玻色子 W+、W- 和 Z  0  都是质量大的并且调节弱核力。如果你能发生放射性衰变或成为放射性衰变的产物（包括每一个费米子），这些玻色子就能与你相互作用。 而 1 个光子，尽管它很孤独，却负责调节整个电磁力。所有带电粒子都会经历电磁相互作用，包括除中微子和反中微子之外的所有费米子。
　　这张粒子和相互作用的图表详细说明了标准模型的粒子如何根据量子场论描述的三种基本力相互作用。当引力被添加到混合物中时，我们获得了我们所看到的可观测宇宙，以及我们知道的控制它的定律、参数和常数。诸如暗物质和暗能量之类的谜团仍然存在。
　　就其行为而言，这些力具有彼此不同的属性。例如，电磁力是一种远程力：如果你有两个带电粒子，它们将相互吸引或排斥，与每个粒子上的电荷成正比，与它们之间的距离平方成反比。你离得越远，电磁力就越弱，但它永远不会降为零，即使是任意大的距离也是如此。然而，正电荷和负电荷总体上相互抵消；如果将它们中的两个放在一起，它们会形成一个电中性物体，并且在很远的距离处，来自中性物体的电力变为零。
　　另一方面，强大的核力以一种非常不同的方式起作用。在非常小的距离处，带颜色的物体之间的强大作用力逐渐趋近于零，但随着它们之间的距离增加，作用力会增加。只要有净色荷，情况就是如此，但如果你是中性色，力也会变为零，就像中性电磁物体一样。唯一的问题是，获得＂无色＂对象的方法是使用三种颜色（红色、绿色、蓝色）、三种反色（青色、品红色、黄色）或颜色-反色（红色-青色、绿色-洋红色，或黄蓝色）组合。
　　与强核力相互作用的夸克和反夸克具有对应于红色、绿色和蓝色（对于夸克）以及青色、品红色和黄色（对于反夸克）的色荷。任何无色组合，红色 + 绿色 + 蓝色，青色 + 黄色 + 品红色，或适当的颜色/反色组合，在强力规则下都是允许的。
　　为简单起见，我们可以忽略弱核力，但要注意如果一个基本粒子或复合粒子本质上不稳定，这意味着它在能量上有利于衰变成一个或一组具有较小静止质量的粒子，弱相互作用就是如何它会到达那里。
　　为了了解我们能够在宇宙中形成什么样的结构，你必须回到早期阶段，看看会发生什么，以及为什么会发生。从那时起，我们可以看看剩下的是什么，然后开始理解允许出现什么样的更复杂的结构。
　　在热大爆炸的早期阶段，有足够的可用能量和足够密集的条件，因此碰撞很频繁，使得每一个基本粒子（和反粒子）都能大量产生。然而，随着宇宙膨胀和冷却，可用于产生新粒子的能量（通过E = mc²）变得越来越少，但粒子-反粒子对很容易湮灭掉。此外，任何不稳定的粒子都会通过弱相互作用衰变为更稳定的粒子。
　　经过一段相对较短的时间后，宇宙主要由光子、电子、正电子、中微子和反中微子以及少量的上下夸克组成，其数量略多于反上夸克和反下夸克。
　　大爆炸产生物质、反物质和辐射，在某个时候会产生更多的物质，从​​而形成了我们今天的宇宙。这种不对称性是如何产生的，或者从没有不对称性开始的地方产生，仍然是一个悬而未决的问题，但我们可以确信，与反物质对应物相比，上下夸克的过量是质子和中子得以形成的原因首先在早期宇宙中。
　　这是第一步：上下夸克会结合在一起，形成质子和中子。原因很简单，因为上夸克和下夸克分别带有 +⅔ 和 -⅓ 的电荷，所以在非常小的距离内，电磁力会像电荷一样推开。然而，你不能将它们推得太远，否则强大的核力会变大，导致这些粒子＂弹回＂在一起，就像拉伸的弹簧会增加强度，直到它弹回一起。
　　那么，为什么只能从上下夸克中得到质子和中子呢？
　　需要三个费米子（夸克就是费米子）才能形成一个颜色中性的物体，所以你可以有两个上夸克和一个下夸克（一个质子），或者你可以有一个上夸克和两个下夸克（一个中子）。你不能有三个上夸克或三个下夸克，因为还有另一个规则：泡利不相容原理，它可以防止两个相同的费米子具有相同的量子态。夸克有自旋，因此如果一个＂自旋向上＂而另一个＂自旋向下＂，则质子或中子中可以有两个相同的费米子，但无法在其中获得相同类型的第三个夸克。强力和电磁力的结合解释了质子和中子存在的原因。
　　单个质子和中子可能是无色实体，但其中的夸克是有色的。胶子不仅可以在质子或中子内的单个胶子之间交换，还可以在质子和中子之间的组合中交换，从而导致核结合。然而，每一次交换都必须遵守全套量子规则，而这些强相互作用是时间反转对称的：你无法判断这里的动画电影是在时间上向前移动还是向后移动。
　　从质子和中子，宇宙可以建立更大和更大质量的原子核。强电磁力再次在这里发挥作用。在电磁力作用下，质子会相互排斥，而中子既不会吸引也不排斥质子或其他中子。然而，你会记得，强大的核力作用于所有带色荷的物体之间，如果你让质子和/或中子靠得足够近，一个物体内的夸克将＂看到＂另一个物体内的夸克，使他们交换胶子并体验强大的核力。
　　总的来说，质子和中子都是颜色中性的，所以在远离它们的地方，强核力降为零，可以忽略不计。但是在非常近的距离上，无论是在 质子质子， 中子-中子， 或质子-中子对
　　变得可见。只要出现合适的条件——即足够高的温度和密度——并且所产生的质子和中子的组合对放射性衰变是稳定的，你就可以得到各种重的、稳定的原子核
　　元素周期表按原样排序（按类似行的周期和类似列的组），因为自由/占据的价电子的数量是决定每个原子化学性质的首要因素。在这里，每个原子的天体物理学起源由颜色编码显示。原子可以连接起来形成种类繁多的分子，但每个分子的电子结构主要决定了哪些配置是可能的、可能的和能量上有利的。
　　所有稳定的原子核都带正电，而电子（正电子与大部分电子一起湮灭后从早期宇宙遗留下来，留下一个中性宇宙）带负电。电子不经历强大的核力，但他们确实经历电​​磁力。由于相反的电荷相互吸引，它们会被原子核吸引，并且它们可以形成束缚态，电子进入每个原子核周围的各种轨道。
　　因为电子比原子核轻得多，需要 1836 个电子才能等于一个质子的质量，所以原子核相对静止地位于每个原子的中心，而电子在它们周围以云状结构高速运行. 量子力学的规则——同样，泡利不相容原理起着重要作用——决定了电子壳层呈现什么样的配置和形状，这反过来又决定了各种类型的原子如何相互结合在一起。从强相互作用和电磁相互作用中，我们得到了各种各样的原子。
　　对应于氢原子内不同状态的能级和电子波函数，尽管所有原子的配置都非常相似。当一个人从基本粒子和相互作用开始时，原子结合在一起形成分子和其他更复杂结构的方式是一项具有挑战性的任务，但了解基础知识是我们如何建立解释更复杂系统的方法。
　　现在，由于温度低得多，这些原子可以以几乎无穷无尽的组合连接起来。尽管原子本身是电中性的，但它们是由正电荷和负电荷组成的。
　　在某些情况下，一个或多个电子可以从一个松散地持有其最外层电子的原子转移到一个渴望获得额外电子的原子，从而产生离子和离子化合物。
　　在其他情况下，中性原子可以相互连接，形成无限多种组合和键，从而形成分子。
　　一旦离子、化合物和分子形成，它们就可以相互作用。
　　请记住，质子和中子可以结合在一起形成原子核，尽管每个原子核本身都是＂颜色中性＂的，因为每个原子核内的夸克可以对相邻核内的夸克施加力。类似地，分子内带负电的电子和带正电的原子核可以相互施加力，形成更大的分子，在分子之间产生力和改变结构，甚至可以实现各种分子机制，如锁和钥匙（即配体门控）和电荷敏感（即电压门控）通道。
　　分子，物质粒子的例子，连接成复杂的结构，获得它们所具有的形状和结构，主要是由于它们的组成原子和电子之间存在的电磁力。可以创建的结构种类几乎是无限的。
　　就像那样，只需要一些基本粒子和两种基本力的一些一般性质，我们就可以从物质的基本成分到无限复杂的分子。
　　那么我们如何从分子到生命，从早期生命到人类，从无意识到有意识呢？
　　生命从非生命中出现确实发生了，但我们仍然不明白它究竟是如何发生的在我们的星球上。然而，考虑到自然产生的条件和复杂分子的存在，电磁力和重力似乎就是所需要的。同样，生命在数十亿年的时间里生存、繁衍和进化，产生了今天存在的多种多样的有机体，包括我们。据我们所知，使＂生物＂活着的仅仅是电的存在：电子的流动。尽管有许多关于意识是什么以及它与量子领域可能有什么联系的疯狂想法，但有可能——甚至可能——简单的电（即电子在动物大脑和/或神经系统中的流动）考虑到原子和分子的正确外部配置，就足以产生我们认为是意识的现象。
　　通过共聚焦显微镜观察到的果蝇大脑。任何动物大脑的工作原理尚不完全清楚，但非常合理的是，大脑和全身的电活动是我们所谓的＂意识＂的原因，而且，人类在动物中并不是那么独特甚至其他生物拥有它。
　　是的，这是一个了不起的事实，仅凭引力、电磁力和强弱核力这四种宇宙基本力，我们就可以形成原子核、原子、分子、生命、复杂和分化的生命，意识出现的地方，其中一些有意识的生物可以研究宇宙本身。我们可以了解宇宙是如何运作的，以及我们是如何在其中出现的，我们中的一些人选择成为这个宇宙中的天体物理学家：宇宙的一部分，在一段短暂的宇宙时间内，可以研究整个宇宙并且永远如此。
　　但这并不一定是奇迹。只要自然有一些简单的规则和属性： 其中一些在短距离内可以忽略不计，但随着距离的增加而增加， 其他的在近距离时很强，但在远距离时会变弱， 并且存在多种类型的电荷，其中一些总是有吸引力的，而另一些则根据电荷的相对类型排斥或吸引，
　　复杂的结构和看似无穷无尽的可能性不禁涌现。通过正确的配置，电子可以通过各种路径移动，产生驱动生命过程的电流，并且很可能完全负责创造我们称之为意识的现象。