F或经验科学，物理学可能会显着解除我们最基本的一些意见。我们看到了在明确的位置存在的对象，但物质的波浪性就会洗掉。我们感知时间流动，但它怎么可能，真的？我们觉得自己是自由主义者，这只是古雅。物理学家只想过于暴露我们对宇宙的看法作为狭隘。这很棒。但是当被问到为什么我们的印象是如此之震，他们咕掉了一些借口并溜出了党的侧门。
换句话说，物理学家的脸同样的难题神经科学家的意识：桥接客观描述和主观体验的问题。为了将基本理论与我们实际观察到世界，他们必须解释它意味着“观察” - 意识到。他们往往是斯拉普斯的。他们将世界划分为“系统”和“观察者”，强烈地研究前者，并将后者视为理所当然 - 或者更糟糕的是傻瓜。
对行为的纯粹原子解释可能只是：对原子的说明。它会说大脑没有说，更少的思想。
在他们的雄心壮志中创造了一个完全自然主义解释世界，物理学家有一些线索，如黑洞的悖论和颗粒的标准模型的随意性。这些原子和光的驱使爱因斯坦等人发展了量子力学和相对论的悖论我们这个时代的版本。心灵的奥秘很少上来。他们应该。理解心是困难的，在我们目前的科学框架可能是完全不可能的。正如哲学家大卫·查默斯告诉一个基础性问题研究所会议去年夏天，“我们不会拥有一切的理论没有意识的理论。”已经裂了开来质子和冲刷的事情，目前的理论不能解释的天空，物理学家们自愧不如学会所有的最大的例外可能存在于我们的头骨。
S.olving这些深刻的问题将是一个多铸造项目，但我们看到了收敛的早期阶段。理论物理学家对意识的重量和返回利益，让神经科学家对物理来称量的影响已成为一个东西。神经科学家一直在开发全面的理论范围，建立在基本原则上，对实验测试开放，以及数学上的肉，物理-Y。
最重要的是，这些理论是综合信息理论，由威斯康星大学麦迪逊大学神经透视学家Giulio Tononi开发。它模拟了一个有意识的系统，成为脑，Bot或Borg，作为神经元或等效组件的网络。该理论表示，该系统意识到其零件在一起的范围内和谐。潜在的前提是，有意识的经验是心理统一 - 我们觉得自己是不可分割的，我们的感觉形成了无缝的整体 - 因此也应该统一的大脑功能也是统一的。
这些组件是连接在一起的开关设备，并由主时钟控制。当时钟滴答时，每个设备根据连接的设备的状态打开或关闭。系统可以像两个组件一样简单，并且每个组件如何影响另一个灯开关和灯泡。在任何时候，那个系统都可以在四个州之一，而逐步播种到另一个状态。这些转变可能是概率：一个国家可能会产生几个新州之一，每个州都具有一些概率。
为了量化系统的凝聚力及其主张意识，该理论阐述了一个过程来计算系统信息中的集体信息量，这些信息在整个网络上涂抹而不是在任何单个部件中占地。怀疑论者提高了阳光异议，并非最不重要的意识永远不会减少到一个数字，更不用说吨位提出的措施。但是您不需要将理论作为意识的完整描述，以便找到一个有用的工具。
对于初学者来说，该理论可以有助于物理学中出现的出现谜题。One of the most striking features of the world is its hierarchical structure, the way that ginormous numbers of molecules obey simple rules such as the ideal-gas law or the equations of fluid flow, or that a crazed hornet’s nest of quarks and gluons looks from the outside like a placid proton. Entire branches of physics, such as statistical mechanics and renormalization theory, are devoted to relating processes on different scales. But as useful as higher-level descriptions can be, physicists conventionally assume they are mere approximations. All the real action of the world occurs at the bottom level.
但对于许多人来说，这很困惑。如果只有微观规模是真实的，为什么世界允许允许更高级别的描述？为什么它不是一些无差分子的颗粒歌剧，曾经是曾经是什么？为什么更高级别的描述往往独立于较低级别的细节 - 这不是表明更高的水平不仅仅是寄生？如果在更高层次没有真正的行动，那些描述的成功将是一个奇迹。因此，那些认为更高级别的人之间的辩论幅度只是对亚古理物理的重新包装，我们认为我们恰好找到方便，以及那些认为他们代表着真正新的东西的人。
Tononi和他的同事不得不在创造综合信息理论方面与相同的问题搏斗。“规模是IIT立即重新进步，”托纳尼的前学生和现在在哥伦比亚大学的博士后，Erik Hoel说。“你说这些信息是在交互元素之间，但我由原子组成，所以信息不应该过于那些？......你不能只是说，“我选择神经元。”
任何网络都是子网，子子网的层次结构，一直到各个组件。哪个嵌套网络有意识？我们的神经系统从头到脚延伸，其神经元和其他组件在他们自己的权利中是复杂的小生物。然而，我们有意识的经历在脑皮质的特定区域出现。那些是在执行您知道您正在执行的任务时亮起大脑扫描的地方。你可能会失去大量的大脑，虽然你可能对它不满意，但至少你知道你对它不满意。三年前，一名24岁的女子检查了一个抱怨头晕和恶心的中国医院。医生做了一只猫扫描，在她的大脑中发现了一个大洞，在那里会发生小脑。虽然被剥夺了四分之三的神经元，但她展示了与我们中任何人一样有意识的迹象。
物理学家和神经科学家面临着同样的难题:连接客观描述和主观经验的问题。
皮质是如此特别？为什么你的手臂有意识，像八达通'还是为什么我们不是巨大的作业神经元，或神经元内的酶，或原子和亚杀菌颗粒？解释为什么意识居住在哪里，Tononi，Hoel和同事Larissa Albantakis和William Marshall必须提出一种分析等级系统的方法：从整个有机体到最小的建筑物块，并预测心灵应该居住的地方。他们将意识归于集体信息最大化的规模，假设该规模的动态将抢占他人。
综合信息论虽然受到神经系统的启发，但并不局限于神经系统。这个网络可以是物理学家研究的任何多层系统。你可以把意识存在于何处的问题放在一边，研究更普遍的等级制度是如何运作的。Hoel已经着手开发一个独立的层次因果关系理论，他最近在今年的基础问题研究所(fundamental Questions Institute)的一篇文章中讨论了这个理论作文比赛和上周在期刊上的论文熵．
一种基于集成信息理论的方法允许在多个级别上发生因果的可能性。使用定量衡量的因果关系，研究人员可以计算每个级别有助于系统的运作的数量，而不是在开始时答案。“如果你没有成因的好衡量标准或概念，”Hoel说：“那么你如何确定你的声明，微米必须做所有的因果工作？”
一种S物理学家，您的目标是创建最大信息的描述，无论您正在学习，系统的原始规范都不总是最佳。如果它包含潜在结构，则通过将构建块放在一起并调整它们的联系以创建更高级别的描述来完成更好的。例如，如果双组件系统中的组件始终在锁柄中更改，则可以将它们视为单个单元。您无法独立跟踪它们，更糟糕的是，更糟糕的是，将无法捕捉到系统的重要事件。
Hoel专注于三种方式，更高水平可以提高较低水平。首先，它可以隐藏随机性。空气分子无休止地重新洗牌，无持久效果;他们的无数的安排都基本上是相同的 - 这一差异不会有所作为。其次，较高的水平可以消除扰流板。有时，组件的唯一作用是在系统中提升其他联系，也可以删除。通过将一些随机性引入剩余组件的行为来捕获其效果。第三，较高级别可以修剪冗余。随着时间的推移，系统可能只会陷入少数州之一;其他人是无关紧要的，通过掉落它们的解释性值更高。 This kind of attractor dynamics is common in physical systems. “The higher scale is not just a compressed description,” Hoel says. “Rather, it’s that by getting rid of noise, either in the case of increasing determinism or by reducing redundancy, you get a more informative description.” Given the new description, you can repeat the process, looking for additional structure and moving to an even higher scale.
如何寻找结构 - 嗯，这就是艺术的东西。级别之间的连接可能极为不明显。物理学家通常通过平均构建更高的水平，但综合信息理论鼓励他们更像是生物学家或软件工程师：通过将组件分组成了执行某些特定功能的组，如身体的器官或计算机子程序。如果你所做的一切都是平均值，这种功能关系可能会丢失。“神经元内的分子具有它们的特殊功能，并且仅在它们上平均通常不会增加原因效应的力量，而是乱七八糟，”阿尔巴兰塔斯说。
如果基本水平是确定的，无冗余的，它已经提供了标准的最佳描述是饭店Hoel出发，并没有出现。然后，物理学家通常的直觉，任何更高级别的好只是作为一个逼近成立。可以说，因果关系击穿了这样的系统，因为该系统是完全可逆的这一概念;有没有办法说这个的原因是，因为这很可能导致此。相反，而较高水平显示出强劲的规律的基础水平可能是完全无信息。这让人想起在基础物理，这回数学家庞加莱和物理学家惠勒猜测，这种性质的根级别是完全非法的和自然的规律在总体上仅出现。
T.他更高的水平会失去一些东西;根据定义，它不会以每个细节捕获系统。但权衡通常值得。证明，Hoel说，位于沟通理论的定理中。您可以将系统的当前状态视为发射器，后续状态作为接收器，以及两者之间的关系作为电线。“每个州都是一种消息，即因果结构正在发送到未来，”他说。随机性和冗余就像噪声在线：它们损坏了消息。
当通信线路嘈杂时，您通常可以使用错误更正的代码将数据沿更快地推出数据。例如，您可能会一式三份传输，分散副本以使其更加可能性。在它的脸上，将数据速率削减到第三个，但如果它让您解决错误，则可以提出。在精确的数学意义上，更高级别的描述等同于这种代码。它扼杀了淹没系统的基本动态的噪音。即使你失去了细节，你也有净利润解释性牵引。“更高的尺度通过以与代码类似的方式提供纠错，这意味着有更高尺度的空间来做额外的工作并更具信息量，”波尔说。
例如，在双组分的四状态系统中，假设其中一个州总是引起自身，而另一个在彼此随机彼此的三个周期。知道系统所在的陈述是什么，平均为您提供了0.8位接下来的信息。但假设您将这些三个州的块一起使用并使用它们以三份存储一个状态。系统现在较小，只有两个状态，而是完全确定的。知道其目前的状态为您提供了有关继任者的一点信息。额外的0.2位反映了原始描述隐藏的结构。您可以说系统的80％的因果oomph在其基础上位于其基础级别和较高级别的20％。
Joseph Halpern，康奈尔的计算机科学家们，谁对讲机，认为将无法进入某事。“这项工作有一些有趣的观察，就如何看待宏观级别的东西可以提供更多信息，而不是在微观层面看他们，”他说。但他担心并没有区分因果关系和相关性;因为任何统计名人都会告诉你，一个不是另一个。近年来，加州大学加利福尼亚大学的计算机科学家朱珠明珠已经开发了一个捕捉因果关系的整个数学框架。Hoel包含一些这项工作，但Halpern表示将更加彻底地应用珍珠的想法将会有趣。
关于传播类比的特别有趣的是，类似的类比提出了量子 - 重力理论空间的起源．错误校正代码提供了一些侧向思想，就像一个称为全息原则．在一个简单的例子中，我们的三维空间可能由2-D系统（全息图的“电影”）生成。3-D空间的内容在二维系统上涂抹，随着可能的一式一式一式一式一式分散的数据。通过查找二维系统中的模式，您可以构建空间的第三维度。简而言之，您可以从系统的基本描述开始，寻找结构，并导出比例和距离的概念，而不会在一开始就预测它。
基于综合信息理论的思维方式也可能循环回到激励它的思维身体问题上。自古希腊原子家的日子以来，物理学和心理学已经存在赔率。在由物理法则管理的世界中，似乎有人是人类机构的一点空间。如果你搏斗是用曲奇饼，在其美味和最新的胆固醇报告之间撕裂，心理学会谈到冲突的欲望，而物理学占你作为一个原子动议和碰撞链的决定。Hoel认为真正的行动发生在心理层面。虽然你可以追溯你所有行为的原子前书，但纯粹的原子解释就是：对原子的说明。它会说大脑没有说，更少的思想。原子描述具有其中的大脑，以一些高度扰乱的形式，但要找到它，您必须剥离外来的活动，并且需要一些额外的理解，原子描述缺乏。原子可以进出你的脑细胞，它们的因果关系形成和破坏，但思想忍受。其因果关系驱动系统。
E.合并并不是综合信息理论可能帮助解开的唯一一门复杂的物理学科。另一个是量子测量。量子理论认为一个物体可以存在于多种可能性的叠加中。一个粒子可以同时在这里和那里。然而，我们只能在这里或那里看到粒子。如果你不知道得更多，你可能会认为这个理论已经被证伪了。是什么把单词“and”变成了“or”?教科书上的解释，或哥本哈根解释，是当我们去观察粒子时，叠加会“坍缩”。这种解释在遵从量子定律的系统和遵循经典物理学的观察者之间划出了一条线——所谓的海森堡切线。后者不受叠加的影响。 In gazing upon a particle that is both here and there, an observer forces it to choose between here or there.
量子力学中最大的谜团是为什么有人会认真对待哥本哈根会议。它的支持者从来没有解释过观测究竟是什么，也没有解释过观测的行为是如何导致粒子在多种选择中做出选择的。这些缺陷导致其他物理学家和哲学家寻求替代解释，以消除坍塌，例如量子多层．但为了想尽一切办法，假设哥本哈根会议基本上是正确的，只是需要修改一下。多年来，人们一直试图更明确地说明海森堡的切割。
也许尺寸决定了裁剪。足够大的系统，含有足够的粒子，或有足够的引力能量可能不再是量子。因为一块测量装置满足了所有这些标准，所以它将折叠任何叠置你的叠加。这将如何发生仍然是相当神秘的，但至少这些想法是足够的足以进行测试的。实验者一直在寻找这样的一个门槛到目前为止发现没有，但没有完全排除它。
出现是不是唯一棘手的物理学课题，综合信息理论可能有助于排解。
但更直接的哥本哈根阅读是意识是决定性因素，由20世纪30年代和60年代的Eugene Wigner在20世纪30年代和Eugene Wigner中占据了物理学家弗里茨伦敦和埃德蒙鲍尔的想法。因为有意识的经历，通过其本质，是内部连贯的 - 你总是认为自己在一些明确的状态 - 思想似乎并不能够进入叠加。因此，无论逮捕什么都将折叠。这个猜想没有得到很远，因为没有人知道如何量化心灵，但综合信息理论现在提供了一种方式。2015年Kobi Keremnizer，牛津的数学家，以及伦敦帝国学院的一名毕业生和南·佛兰·佛州·阿德里·克里曼（AndréRanchin）在短篇小书中探讨了这一可能性。Chalmers，在纽约大学，在查普曼大学的物理学哲学家和Kelvin McQueen，也占据了。
在转向意识理论以了解量子，这些学者倒置了物理学家等方法，如罗杰彭罗斯谁看量子理论了解意识。他们的命题是大脑或大脑网络可以进入一个叠加 - 一种级别的双层思想状态，您可以在这里和那里感知相同的粒子 - 但只暂时。网络的越互连，它将崩溃的速度越快。实验者可以通过调整其现有搜索来测试这个想法的大小阈值。例如，它们可能比较两个相同大小和质量但不同程度的内部互连的物体 - 例如，尘埃细胞和细菌。如果信息集成是关键因素，则前者可以放入叠加，但后者会抗拒。McQueen说：“理想情况下，我们可以以非常大量的”综合信息“规划的纳米计算机进行实验。细菌或其Cyborg对应物可能没有大部分心灵，但它可能有足够的资格作为站在量子领域之外的观察者。
一世结核信息理论也可能与崩溃的概念来解决另一个唠叨问题。告诉你一个叠加的一件事将崩溃，另一个都可以说它崩溃了。粒子可以选择的选项菜单是什么？它是“在这里”和“那里”，“慢”和“快”，“大多数在这里，”和有点有“和”大多数情况下但是这里有点“，或者是什么？量子理论并没有说。它根据平等对待所有可能的类别。
哥本哈根解释认为，菜单由你选择测量设备的设置。如果测量位置，粒子会崩溃到某个位置：在这里或那里。如果测量的势头，它会崩溃到一些动力：慢或快。如果测量一些数量太奇怪有一个名称，粒子将迫使。折叠理论试图解释这是如何工作的。所有的测量仪器是由相同类型的颗粒，只有在它们是如何组装不同。因此，在粒子水平，塌陷过程必须是相同的所有菜单固定在这一水平。该理论通常假设这个基本菜单位置之一。动量和其它数量的测量最终转化为一个位置的测量，诸如其中在表盘的针点。有没有深层次原因是位置扮演这个角色的特权。 The theories assume it just to ensure that they reproduce our observations of a world that consists of spatially localized objects.
量子力学中最大的谜团是为什么有人会认真对待哥本哈根会议。
但也许有一些过程主动设置菜单。例如，如果坍缩是由引力场驱动的，那么它将取决于质量的位置，这将倾向于把位置作为相关变量。同样地，如果崩溃是由意识驱动的，那么精神的本质可能决定了菜单。麻省理工学院(Massachusetts Institute of Technology)的宇宙学家马克斯·泰格马克(Max Tegmark)推测，这些类别可能是由思维结构决定的。世界可能是由相互独立但相互作用的部分组成的，因为根据综合信息理论，我们的思想也是以同样的方式构成的。
坍缩本身不仅是一个尚未解决的主要问题，而且可能是了解量子理论背后现实层面的一个窗口。物理学家提出，空间和时间产生的原始成分的波动可能会产生一个尺寸阈值。同样地，如果信息集成是罪魁祸首，那么这可能会揭示一些深层次的东西。它可能将崩溃与科学家们在理解意识时所需要的相同缺失原则联系起来。“当前的目标是自我一致的描述，”麦昆说。“但在实现这一目标的过程中，往往会出现意想不到的新解释。”
我要求在信息集成驱动的崩溃发表评论的物理学家和哲学家广泛同情，如果只是解释（或解释远离）崩溃的其他选择有自己的失败。但他们担心综合信息理论很适合任务。Angelo Bassi是一大教堂的物理学家，他研究了量子力学基础的基础，说信息集成太抽象了一个概念。量子力学涉及粒子的特点以及它们的速度有多快。与你的想法相比，这两个更难。Bassi说，Ranchin和KRemnizer使用预测信号瞬时传播的荒谬公式。“我觉得将崩溃联系起来的可行性......为了一种意识，但为了以令人信服的方式做到，我认为人们需要一种意识的定义，归结为大脑中粒子的配置，”他说。在这种情况下，崩溃将不是通过意识或信息集成本身来触发，而是通过更多的基本动态来表示集成系统以某种方式对此感到敏感。
这使我们回出现和所有的最大的问题出现了：颗粒的数量如何让心里素质。综合信息理论可能解决不了的，意识的科学的研究还很年轻，如果神经科学家已经在正确的答案这么快就打到这将是令人惊讶的。意识是这样一个深刻而普遍的问题，它使一个奇怪的夫妇神经科学和物理学。即使答案并不在网络互联的谎言，却肯定需要学科的相互联系。
乔治·马瑟是一位物理学和宇宙学的作家，著有幽灵般的远距离行动和完整的白痴串理论指南。他是一个贡献的编辑鹦鹉螺,并以前是一个高级编辑科学的美国人14年。他荣获美国物理科学学院奖学金，等等。
