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Posted on Mar 20, 2022Read on Mirror.xyz

大脑是台时光机

任何物理现象都可以作为时钟使用,只要它能按需精确地重复多次。

——Einstein & Infeld (1939)

大脑创造「时间」

物理系统是有动态机制的,动态机制意思就是变化(changes in time, or dynamics).

神经元(树突+轴突)构成了大脑的计算机,大脑中时钟的计时是通过把神经元连成一条链,生成活动的时间模式。

可以反映神经元在大脑中这样活动的例子中,除了人脑之外,表现最好的是鸣唱的鸟儿。英国心理学家尼古拉-克莱顿(Nicola Clayton)的研究[1]发现,一种灌木松鸦,能够进行面向未来的心理时间旅行。比如,灌丛鸦在空间分布的位置上贮藏少量的食物,它们出色的空间记忆使它们能够在以后的时间里恢复贮藏的食物。那么,这样的链接活动有何特殊呢?或者说,能产生这样的神经元链的人和鸟类的大脑有何特殊?

体验时间旅行

我们都有一种看似自然而然的能力:提前为未来的种种做打算,不管是为退休攒钱、计划还信用卡还花呗、提前规划各种未来事项等等,我们所做的很多事情都取决于对现在所做的事情对未来的影响的理解。这是目前发现的人(脑)和其他生物的核心区别,引用书中的话就是:

  • 人脑有能力进行时间旅行,
  • 思考过去并将自己投射到未来,
  • 并模拟未来(介是意识的作用)。

——《大脑是台时光机》

呦呵,听起来挺厉害的赶脚。

为啥我们这么厉害呢?很多科学家的研究表明,是因为人可以使用语言。我们通过语言在大脑中构筑空间,就像我们平时说的“空间想象能力”,通过一些空间的比喻(spatial metaphor)来描述时间,进而“经历时间旅行”。

人的语言能力是「时间旅行」体验的关键。如果你有记日记或写作的习惯,每隔一段时间,你回去看自己写的东西,会有一种奇妙的新鲜感。你能很容易的串起记忆回到过去,即使现在的你无法完全感同身受当时的自己,写下的字句,会有一种连续性和节奏感

  • “写作就是把词从你的脑袋🪣里拿出来。”

——《我的天才女友》

这种强烈的感觉在我使用Roam Rearch写作后变得可视(可观察),通过人输入文字的能力,roam 在极其简陋而真实地模拟神经元链接的过程。我上次这个是在我试图描述我是如何思考的

你可以通过 # 链接起诸多事物,这种不需要精准记忆,而在形成一种时间模式(temporal pattern)。比如读完一本书想引用里面的一句话,通过一个词连另一个词就能定位到具体位置。

图一

图二

再比如说,不同媒体之间的链接(👆两个图)。因为我们的注意力经常在各种媒体之间跳来跳去,如何将各种空间信息碎片链接起来(当然大多数时间我们认为读完了就是懂了)是一个有趣的问题。

图一中,我在浏览原理公众号(20220131)中一篇短文,看到 #四维连续体 –> 想到在我读《大脑是台时光机》这本书的时候,看过 #爱因斯坦 老师说过啥类似的(我并不记爱因斯坦老师是谁,英文名那么长) –> 对应到 #闵可夫斯基(Hermann Minkowski) 就是爱因斯坦老师。

图二:在《大脑是台时光机》作者Prof Dean Buonomano的这段演讲中,有个问题是关于 #entropy 熵的增减导致时间箭头bulabula,我连问题都没听懂,就记得这个词和 #时间箭头 出现在同一语境下。同样是在读原理公众号文章(20220131)中,“1928年 #爱丁顿 提出问题:为什么时间总朝着一个方向流动?他认为这事儿和熵有关“。我就可以链接到演讲中的那段讨论。然后他提到 #时间之箭 ,再往下看时间线,2009年也有提到这个词,并引出 #量子纠缠 。突然想起今早瞟了一眼题目的另一篇原理文章(20220223),正好是讲 #量子纠缠 。

以上例子只是为了说明在某些领域的“非专业学习”,如何实现链接,目的是让自己了解来龙去脉,因此缺少相关领域系统学者们所具备的对具体知识更精确的定义。但考虑到其实我们大多数人都是野生研究员(citizen scientists),引用kernel一位同学的话 “Citizen scientists are often generalists. I think we need more generalists in science/tech who can *connect dots*.“ 这件事不仅要做,而且要公开做,具体的描述让它越来越被理解,我们不用每天忙着生产新内容,而需要链接者(curators)

大脑在围绕一些概念补齐知识点,而我的兴趣正是把这些点放在一个文字乐园(words playground)去map。这些散落各处(空间)的知识碎片,通过关键词  #  链接到一块儿,也是我们经历时间的过程。你需要让你自己被自己理解。

用空间解释时间

时间本身是一种抽象,并不是一个实在的物质,鹅且物理世界没有对应可以测量它的东西。相比之下颜色也是抽象概念,你无法摸得着颜色,但可以用物理量 wavelengths electromagnet radiation 电磁铁辐射波长 来描述和测量。

空间化的时间有两种理论,永恒论和现世论,前者认为时间是一个和空间一样的维度,过去、现在和未来都是同样真实的。现在(now)是一个任意的维度,主要就是说明时间旅行不是不可能的,后者就一个维度,时间没地儿旅游。

时间旅行,听上去要么是幻觉,要么就是科幻片可随意脑洞大开的剧情。但我感兴趣的点在于,现在这个事儿能被科学解释到什么程度了,或者说,各学科在交叉路口起了什么样的碰撞呢?

其中,物理学和神经科学在主观感觉物理可解释之间的火花引起了我的强烈兴趣。

物理学和神经科学的火花

the flow of time is an illusion

  • 在我看来,在我们有意识地感受到的关于时间流的东西和我们的理论对物理世界的现实性的断言之间存在着严重的差异

——罗杰·彭罗斯

  • 客观世界就是这样,它并没有发生。只有在我的意识的注视下,沿着我身体的世界线向上爬行,世界的一个部分才会作为空间中的一个转瞬即逝的图像出现,并在时间上不断变化。

——赫尔曼·韦尔

科学研究在发展过程中结合时间是一个挺曲折的过程,因为时间本身就是变化,用变化解释变化想想都无从下手。但先驱大牛们还是一点点摸过来,从欧几里得几何学(数学)研究静止的物体,牛顿和伽利略在物理学中加入了时间,到生物学达尔文说:物种都是动态变化的!现在神经科学在脑子这个领域说:大脑也可以加入时间,而且大脑似乎是产生时间(dynamics)的元祖。

神经科学的研究重点是我们对时间流逝的主观体验,理解人是如何理解的(understand how we understand 有点绕,再读两遍)。

这和物理问题有什么区别呢?一个小例子是:大脑处理信息的速度是一个“物理问题”,与 我们对时间流逝的主观体验是两个问题。你在听一个演讲,大脑是在处理讲者说话的信号,这远超出你对时间流逝的主观体验。

这应该是人工智能经常思考和争论的话题,诸如人脑有物理局限,无法和AI在处理信息的效率上相比。但同时,AI也在感知时间流逝上也是无能为力,至少我们还能感受到时光飞逝或度日如年。

  • 人工智能是否可以有这些时间上的扭曲意识(此类实验)其实是一个错误的问题,谜团不在于时间如何在扩张或压缩的极端情况下被扭曲,而在于正常意义上的时间是什么(the nature of consciousness)。
  • 扭曲意识只是意识的调节功能(flexibility)或者意识的状态(conscious state)而已,你可以调节它,让它感受到时间飞逝,也可以度日如年。

——Prof Dean Buonomano在演讲中

测量时间,可能吗?

  • 测量时间的变化是完全不可能的,因为时间是一个抽象的概念,我们通过测量变化而得出。

——Ernst Mach

关于测量时间的问题,有一个有趣的想法:假设我们丢掉任何先入为主的时间概念。比如我们一般习惯用空间来解释时间,但有没有觉得奇怪,在我们对时间完全没法解释的情况下,我们竟然可以用这个概念去解释并衡量物质的运动,进而产生了速度(speed)等衡量运动快慢的物理变量。

假如我们暂时丢掉*人造时钟(man made clock)*的假设。我们曾经用时间来衡量变化,但如果,我们可以**用变化来衡量时间 (use dynamics to measure time)**呢?

那么,下个问题将是:

如何创造一个时钟?

References

[1] https://thecapturedthought.com/2021/07/29/bbc-earth-amaze-me-how-smart-are-crows-featuring-the-work-of-prof-nicky-clayton-and-colleagues-on-the-birds-ability-to-plan-ahead/

[2] 本文脑图