T在科学难题中，意识的本质似乎是独一无二的。神经科学家不仅没有基本的解释来解释它是如何从大脑的物理状态中产生的，我们甚至不确定我们是否会这样做。天文学家想知道暗物质是什么，地质学家寻找生命的起源，生物学家试图了解癌症——当然，这些都是困难的问题，但至少我们对如何调查它们有了一些想法，对它们的解决方案有了粗略的概念。另一方面，我们的第一人称体验超越了传统的科学方法。按照哲学家大卫·查默斯的说法，我们称之为意识的难题。
但也许意识并不是唯一的麻烦。回溯到戈特弗里德·莱布尼茨(Gottfried Leibniz)和伊曼努尔·康德(Immanuel Kant)，科学哲学家们一直在努力解决一个鲜为人知但同样困难的物质问题。在物理学所描述的数学结构背后，物理物质本身是什么?这个问题似乎也超出了传统的科学方法，因为我们所能观察到的都是重要的东西做，不是什么是就其本身而言，它是宇宙的“软件”，而不是终极的“硬件”。从表面上看，这些问题似乎是完全独立的。但仔细观察就会发现，他们可能有着深刻的联系。
C意识是一个多方面的现象，但主观经验是其最令人困惑的方面。我们的大脑似乎不仅仅是收集和处理信息。它们不仅仅经历生化过程。相反，它们创造了一系列生动的情感和体验，比如看到红色、感到饥饿或对哲学感到困惑。做你自己是有感觉的，没有人能像你一样直接知道。
我们自己的意识包含一系列复杂的感觉、情绪、欲望和思想。但是，从原则上讲，意识体验可能是非常简单的。动物如果能立即感觉到疼痛或本能的冲动或欲望，即使不进行思考，它也会有意识。我们自己的意识通常也是意识的它包括对世界上事物的意识或沉思，抽象的想法，或自我。但是一个人在做一个不连贯的梦或者产生了疯狂的幻觉，他仍然是有意识的，因为他有某种主观的经验，即使他们没有意识的什么特别的事。
哲学家和神经科学家通常认为意识就像软件，而大脑就像硬件。
最一般意义上的意识从何而来?现代科学让我们有充分的理由相信，我们的意识植根于大脑的物理和化学，而不是任何非物质或超验的东西。为了得到一个有意识的系统，我们所需要的只是物质。把它们以正确的方式放在一起，就像在大脑中一样，意识就会出现。但是意识是如何产生的，为什么仅仅是通过某种复杂的方式将无意识的物质组合在一起?
这个问题特别困难，因为它的解决方法不能仅靠实验和观察。通过越来越复杂的实验和先进的神经成像技术，神经科学为我们提供了一幅越来越清晰的地图，显示了什么样的意识体验取决于什么样的大脑物理状态。神经科学或许最终也能告诉我们，我们所有有意识的大脑状态有什么共同之处:例如，它们有高水平的整合信息(Giulio Tononi的整合信息理论)，它们在大脑中传播信息(Bernard Baars的全球工作空间理论)，或者它们产生40赫兹的振荡(Francis Crick和Christof Koch的早期建议)。但在所有这些理论中，难题依然存在。一个整合信息、广播信息或以40赫兹振荡的系统是如何感受痛苦或快乐的?为什么?意识的出现从单纯的物理复杂性似乎同样神秘，无论复杂性采取何种精确形式。
它似乎也无助于发现构成这种复杂性的具体的生化，以及最终的物理细节。无论我们如何精确地描述潜在的机制，例如，对番茄的感知和识别，我们仍然可以问:为什么这个过程伴随着对红色的主观体验，或者任何体验?为什么我们不能只有物理过程而没有意识呢?
其他自然现象，从暗物质到生命，虽然可能令人费解，但似乎并不那么棘手。原则上，我们可以看到，理解它们从根本上就是收集更多的物理细节:建造更好的望远镜和其他仪器，设计更好的实验，或者在我们已有的数据中发现新的定律和模式。如果我们以某种方式获得了宇宙中每一个物理细节和模式的知识，我们就不会期望这些问题持续存在。它们会像发现DNA的物理细节后的遗传问题一样消失。但意识这一难题似乎仍然存在，即使已知每一种可以想象到的物理细节。
我这样，意识的深层本质似乎就超出了科学的范围。然而，我们想当然地认为，物理学在原则上可以告诉我们关于物理物质本质的一切。物理学告诉我们，物质是由粒子和场组成的，它们具有质量、电荷和自旋等属性。物理学可能还没有发现物质的所有基本属性，但它正在接近。
然而，我们有理由相信，一定有比物理学告诉我们的更多的东西存在。广义地说，物理学告诉我们基本粒子的作用，以及它们与其他事物的关系，但没有告诉我们它们是如何发生的是独立于其他事物。
例如，电荷是排斥带相同电荷的其他粒子而吸引带相反电荷的粒子的特性。换句话说，电荷是与其他粒子联系的一种方式。类似地，质量是对施加的力做出反应的属性，是对有质量的其他粒子的引力吸引的属性，质量可以反过来被描述为弯曲的时空或与希格斯场相互作用。这些也是粒子所做的事情或者是与其他粒子和时空的联系方式。
意识体验只是一种物质结构可以作为结构的东西。
一般来说，似乎所有的基本物理性质都可以用数学来描述。伽利略，现代科学之父，曾有一句名言:《自然》这本伟大的书是用数学语言写成的。然而，数学是一种有明显局限性的语言。它只能描述抽象的结构和关系。例如，关于数字，我们所知道的只是它们与其他数字和其他数学对象的关系——也就是说，它们“做什么”，它们在相加、相乘等时遵循的规则。类似地，我们所知道的几何对象，如图中的节点，都是它与其他节点的关系。同样，纯数学物理只能告诉我们物理实体之间的关系或支配它们行为的规则。
人们可能想知道物理粒子是如何是，独立于它们做或者它们与其他事物的关系。物理的东西是什么样的在自己,还是内在?有些人争辩说，粒子之间没有比它们之间的关系更重要的东西了，但直觉反对这种说法。要有关系，就必须有两件事是相关的。否则，这种关系就是空洞的——一场没有表演者的表演，或是一座凭空建造的城堡。换句话说，物理结构必须由一些本身不是纯粹结构的东西或物质来实现或实现。否则，物理结构和纯粹的数学结构，或具体的宇宙和纯粹的抽象之间就不会有明显的区别。但是这种实现或实现物理结构的东西是什么呢，表征它的内在非结构属性又是什么呢?这个问题是康德关于物自体知识的经典问题的密切后裔。哲学家盖伦·斯特劳森(Galen strason)称之为物质的难题。
这很讽刺，因为我们通常认为物理学是描述宇宙的硬件——真实的、具体的东西。但事实上，物理物质(至少是物理告诉我们的方面)更像软件:一种逻辑和数学结构。针对问题的难点，本软件需要一定的硬件来实现。物理学家出色地逆向工程了宇宙的算法或源代码，但却忽略了它们的具体实现。
物质这一难题不同于物理学中的其他解释问题。当前物理学提出了一些难题，比如:物质如何能既是粒子状又是波状?什么是量子波函数坍缩?是连续的领域还是离散的个体更基础?但这些都是如何正确构想现实结构的问题。即使我们对所有这类关于结构的问题都有了答案，物质的难题也会出现。无论我们谈论的是什么结构，从最奇异和不寻常的到完美的直觉，都会有一个问题，那就是它是如何非结构地实现的。
事实上，这个问题甚至出现在牛顿物理学中，它以一种完美的直观的方式描述了现实的结构。粗略地说，牛顿物理学认为，物质是由固体粒子组成的，它们要么通过相互碰撞，要么通过相互引力相互吸引。但以这种简单而直观的方式运行的东西的内在本质是什么?实现牛顿方程软件的硬件是什么?有人可能认为答案很简单:它是由固体粒子实现的。但固体只是抵抗其他粒子侵入和空间重叠的行为，也就是说，与其他粒子和空间的另一种单纯关系。物质的困难问题出现于任何对现实的结构描述，无论在结构层面上多么清晰和直观。
就像意识的难题一样，物质的难题也不能通过实验和观察或收集更多的物理细节来解决。这只会揭示更多的结构，至少只要物理学仍然是一门致力于用数学术语捕捉现实的学科。
米难道意识的难题和物质的难题是有联系的吗?已经有一种传统把物理学的问题和意识的问题联系起来，也就是在意识的量子理论领域。这些理论有时被贬为错误的推断，因为量子物理和意识都是神秘的，他们将在某种程度上不那么神秘。意识这一难题和物质这一难题之间存在联系的观点，也可以基于同样的理由受到批评。然而，仔细观察就会发现，这两个问题在更深层次和更明确的层面上是互补的。最早注意到这种联系的哲学家之一是17世纪晚期的莱布尼茨，但这个观点的准确现代版本要归功于伯特兰·罗素。最近，包括查尔默斯和斯特劳森在内的当代哲学家重新发现了它。它是这样的。
物质的难题需要非结构特性，而意识是我们所知道的可能满足这一需求的现象。意识充满了质的属性，从红色的红色和饥饿的不适到思想的现象学。这样的经历，或“夸利亚”，可能有内在的结构，但除了结构之外，还有更多的东西。我们知道意识体验是什么样子的就其本身而言，而不仅仅是它们的功能和与其他属性的关系。
例如，想象一个从未见过红色物体的人，也从未被告知红色的存在。那个人完全不知道红色与大脑状态、与西红柿等物理物体、或光的波长有何关系，也不知道它与其他颜色有何关系(例如，它与橙色相似，但与绿色截然不同)。有一天，这个人会自发地产生幻觉，看到一个大红斑。这样，这个人就会知道红色是什么样子的，即使他或她不知道红色和其他东西的任何关系。他或她所获得的知识将是非相关的关于红色本身是什么样的知识。
这表明意识——某种原始的、基本的形式——是物理描述的软件运行的硬件。物质世界可以被理解为意识体验的结构。我们自己丰富的经历实现了构成我们大脑的物理关系。一些简单、基本的经验形式实现了构成基本粒子的关系。以电子为例。电子所做的就是吸引、排斥，或者与其他实体相关联，这与基本的物理方程是一致的。我们可能会认为，实现这种行为的只是一股微小的电子体验流。电子和其他粒子可以被认为是具有物理力量的精神存在;作为与其他经验流的物理关系的经验流。
这个想法听起来很奇怪，甚至很神秘，但它来自于对科学局限性的仔细思考。莱布尼茨和罗素是坚定的科学理性主义者——他们对物理学、逻辑学和数学的不朽贡献证明了这一点——但他们同样深深致力于意识的真实性和唯一性。他们的结论是，为了给予这两种现象应有的地位，需要彻底改变思维方式。
这确实是一个根本性的变化。哲学家和神经科学家通常认为意识就像软件，而大脑就像硬件。这个建议完全扭转了局面。当我们看到物理学告诉我们的关于大脑的信息时，我们实际上只是找到了软件——一套纯粹的关系——一直到最后。意识实际上更像硬件，因为它有明显的定性和非结构性的特性。由于这个原因，意识体验只是一种物质结构可能是结构的东西的．
有了物质这一难题的解决方案，意识这一难题也就迎刃而解了。意识是如何从无意识物质中产生的，这已不再是问题，因为所有的物质本质上都是有意识的。意识如何依赖于物质已不再是问题，因为物质依赖于意识——正如关系依赖于关系，结构依赖于实现，软件依赖于硬件。
有人可能会反对说，这是纯粹的人格化，是对自然的一种不合理的投射。毕竟，为什么我们认为物理结构需要一些内在的实现?难道不是因为我们自己的大脑具有内在的、有意识的特性，我们喜欢用熟悉的术语来思考自然吗?但这种反对意见是站不住脚的。我们需要内在的属性来区分真实的、具体的和抽象的结构，这种观点是完全独立于意识的。此外，拟人主义的指控可能会受到人类例外论的反指控。如果大脑确实完全是物质的，那么当涉及到内在属性时，为什么它会与其他物质如此不同呢?
T他认为，意识构成了物理现实的内在方面，这一观点有很多不同的名称，但最具描述性的一个是"二元一元论"一元论与二元论形成对比，二元论认为意识和物质是本质上不同的物质。二元论在科学上被广泛认为是不可信的，因为科学没有证据表明任何非物理力量会影响大脑。
一元论认为，所有的现实都是由同一种物质构成的。它有好几个品种。最常见的一元论观点是物理主义(也称为唯物主义)，认为一切都是由物理物质构成的，这种观点只有一个方面，即由物理学揭示的那个方面。这是当今哲学家和科学家的主流观点。根据物理主义，对现实的一个完整的、纯粹的物理描述没有遗漏任何东西。但根据意识这一难题，任何对意识系统(如大脑)的纯粹物理描述，至少似乎遗漏了一些东西:它永远无法完全捕捉到这个系统是什么样子的。也就是说，它抓住了意识的客观方面，而不是主观方面:是大脑功能，而不是我们内心的精神生活。
为了使这两种现象得到应有的重视，需要彻底地改变思想。
罗素的二元一元论试图弥补这一缺陷。它承认大脑是一个物质系统，它的行为符合物理定律。但它增加了物质的另一个内在方面，这是隐藏的外在的，第三人称的物理角度，因此不能被任何纯粹的物理描述。但是，尽管我们的物理理论无法解释这一内在方面，但我们的内在观察却无法解释这一内在方面。我们自己的意识构成了大脑的内在方面，这是我们了解其他物质事物内在方面的线索。换句话说，亚瑟·叔本华对康德的简洁回应是:我们可以知道自在事物，因为我们就是它。
二元一元论有温和的和激进的两种形式。温和的版本认为物质的内在方面是由所谓的原意识或“中性”属性组成的:这些属性是科学所未知的，但也与意识不同。这种非精神非物理属性的本质似乎相当神秘。就像前面提到的关于意识的量子理论一样，温和的二元一元论也因此被指责为仅仅是将一个神秘元素添加到另一个神秘元素中，并期望它们相互抵消。
二元一元论最激进的观点认为现实的内在方面是由意识本身构成的。这显然与主观唯心主义不同。主观唯心主义认为，物质世界只是人类意识中的一个结构，外部世界在某种意义上是一种幻觉。根据二元一元论，外部世界完全独立于人的意识而存在。但它不会独立于任何一种意识而存在，因为所有物理事物都与它们自己的某种意识形式相关联，作为它们自己内在的实现者或硬件。
一个作为意识这一难题的解决方案，二元一元论也面临着自身的反对。最常见的反对意见是，它导致了泛心论，即所有事物都与某种形式的意识相联系。对批评者来说，基本粒子是有意识的这一说法太难以置信了。的确，这种想法需要一些时间来适应。但考虑一下其他选择。二元论在科学上看来是不可信的。物理主义认为客观的、科学上可接近的现实是唯一的现实，这可以说意味着意识的主观方面是一种错觉。也许是这样，但我们难道不应该更自信地相信我们是有意识的吗?
第二个重要的反对意见是所谓的组合问题。我们大脑中复杂而统一的意识是如何以及为什么由简单意识和粒子组合而成的?这个问题看起来很像原来的难题。我和其他泛心主义的捍卫者认为，尽管如此，组合问题并不像最初的难题那么难。在某种程度上，从另一种意识物质(如一组意识粒子)中获得一种意识物质(如有意识的大脑)比从非意识物质中获得意识物质更容易。但许多人认为这并不令人信服。不过，这也许只是时间问题。最初的难题，以这样或那样的形式，已经被哲学家们思考了几个世纪。组合问题受到的关注少得多，这给了一个尚未发现的解决方案更多的希望。
意识是现实中真正具体的东西，是实现物理理论软件的基本硬件，这种可能性是一种激进的想法。它以一种难以完全把握的方式彻底颠覆了我们对现实的普通想象。但它可能同时解决科学和哲学中两个最棘手的问题。
Hedda Hassel Mørch，挪威哲学家，纽约大学心理、大脑和意识中心博士后研究员。她的研究方向是二元一元论和泛灵论的结合问题和其他相关课题。
