現代科學對人的意識是什麼以及是如何形成的問題迄今沒有答案。(Shutterstock)

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，人的意識是存在于大腦裡面的量子計算過程。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，這個物質世界内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，但是并沒有探測到。

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)意識怎樣從大腦中産生是一個很大的謎題。關于這個問題科學家提出了很多有競争力的觀點，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于薛定谔貓的思想實驗。這個實驗說一隻關在密閉室内的貓，同時兼具存活和死亡兩種狀态。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并存的狀态。

上世紀九十年代，彭羅斯和哈默羅夫就是在這個“引力導緻量子系統坍塌”的理論基礎上，提出了人的意識來源于大腦内量子計算的理論。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内部的量子水平上産生，而非之前的觀點所認為的是神經元之間連接的産物。 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，大腦内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，大腦神經元内存在一種微管(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 Diósi)提出的假說，解釋引力究竟怎樣導緻量子系統坍塌。這兩個理論結合在一起，又被人統稱為“迪奧西-彭羅斯假說”(Diósi-Penrose theory)。這種理論認為，量子系統坍塌的過程伴随着少量的輻射，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。于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。這個實驗室位于格蘭薩索山脈1.4公裡深的地下，位于一條10公裡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幹擾。”

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制成，外面還裹着好幾層高純度鉛和銅制成的防護層，比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号。這意味着實驗結果不能證明“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緻量子系統坍塌理論的實驗，但并不意味着這個理論被完全否定。她說：“實際上彭羅斯最初的坍塌模型，并沒有提到輻射的問題，所以這并不能否定這個理論。”

庫爾恰努認為，她的實驗起到抛磚引玉的作用，也許應該探索引力究竟怎樣導緻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日發表于《生命物理學評論》(Physics of Life Reviews)期刊。

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