求證意識來源於量子效應 新實驗碰壁

諾貝爾獎獲得者、牛津大學數學家羅傑·彭羅斯（Roger Penrose）和美國麻醉學家斯圖爾特·哈默羅夫（Stuart Hammeroff）共同提出的理論認為，人的意識是存在於大腦裏面的量子計算過程。新的實驗結果對這個理論認知似乎是否定的。

這個理論成立的條件之一是，這個物質世界內的引力會造成量子效應消失，用物理學家的話說叫做「坍塌」（collapse），而這個過程會釋放出某種射線。現在，一組物理學家設計實驗用儀器試圖探測這種射線的存在，但是並沒有探測到。

嘗試這項實驗的主要研究者之一意大利國家核物理研究院（INFN）的資深物理學家卡塔利娜·庫爾恰努（Catalina Curceanu）說：「（人的）意識怎樣從大腦中產生是一個很大的謎題。關於這個問題科學家提出了很多有競爭力的觀點，但是沒有一個得到過實驗的驗證。」

說到量子物理學，人們最熟悉的就是關於薛定諤貓的思想實驗。這個實驗說一隻關在密閉室內的貓，同時兼具存活和死亡兩種狀態。然而在人們看得到的物理世界中，永遠看不到這種景象。科學家說這是因為描述量子系統的「波函數」，也就是讓貓既活又死的特性，在宏觀世界引力的作用下就被摧毀了。也就是說，物體有了大的質量，就看不到這種現象的存在，也就是科學家所指的量子系統的「坍塌」。可想而知，在這個世界中那麼大一隻貓顯然無法展現存活和死亡並存的狀態。

上世紀九十年代，彭羅斯和哈默羅夫就是在這個「引力導致量子系統坍塌」的理論基礎上，提出了人的意識來源於大腦內量子計算的理論。這個理論叫做協調客觀還原理論（orchestrated objective reduction，簡稱Orch OR Theory）。該理論認為意識是在神經元內部的量子水平上產生，而非之前的觀點所認為的是神經元之間連接的產物。自那以後至今，多數科學家仍認為這個理論比以前的猜測有了很大的進步。

其他科學家提出質疑，認為量子系統很脆弱，需要在非常苛刻的物理條件下，和極度低溫下才能觀測到，大腦內部的環境溫暖又潮濕，這難以維持量子系統的運作。

彭羅斯和哈默羅夫對此的回應是，大腦神經元內存在一種微管（microtubule）結構，正是這些微管之間協調合作，完成了量子計算。

之後，其他科學家對這個理論進行了補充，其中比較知名的一個是匈牙利物理學家拉霍斯·迪奧西（Lajos Diosi）提出的假說，解釋引力究竟怎樣導致量子系統坍塌。這兩個理論結合在一起，又被人統稱為「迪奧西-彭羅斯假說」（Diosi-Penrose theory）。這種理論認為，量子系統坍塌的過程伴隨著少量的輻射，而現在的儀器應該可以探測得到。

這正是庫爾恰努進行這項實驗的切入點。她說：「我對此很感興趣，因為總的來說這個理論是可以進行驗證的。於是我決定尋找證據以求證、或否定這個理論。」

庫爾恰努選擇在意大利格蘭薩索國家實驗室（Gran Sasso National Laboratory）進行這項實驗。這個實驗室位於格蘭薩索山脈1.4公里深的地下，位於一條10公里長穿山隧道公路的一端。庫爾恰努說：「在這個地點進行實驗，能避免來自地面各種輻射的干擾。」

實驗使用了一個口徑和一個茶杯差不多大的高敏感度柱狀探測器。這個探測器由高純度的鍺製成，外面還裹著好幾層高純度鉛和銅製成的防護層，以屏蔽來自地下石頭的任何輻射。

研究人員進行了兩個多月的實驗，沒有探測到任何輻射信號。這意味著實驗結果不能證明「迪奧西-彭羅斯假說」的可行性。

庫爾恰努表示，這是第一個求證引力導致量子系統坍塌理論的實驗，但並不意味著這個理論被完全否定。她說：「實際上彭羅斯最初的坍塌模型，並沒有提到輻射的問題，所以這並不能否定這個理論。」

庫爾恰努認為，她的實驗起到拋磚引玉的作用，也許應該探索引力究竟怎樣導致量子系統坍塌的其它解釋，希望更多研究人員繼續這個領域的探索。

這份研究報告5月17日發表於《生命物理學評論》（Physics of Life Reviews）期刊。#

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