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新实验结果否定了意识存在于大脑，意识如何产生迄今没有答案

现代科学对人的意识是什么以及是如何形成的问题迄今没有答案。（Shutterstock）

诺贝尔奖获得者、牛津大学数学家罗杰·彭罗斯（Roger Penrose）和美国麻醉学家斯图尔特·哈默罗夫（Stuart Hammeroff）共同提出的理论认为，人的意识是存在于大脑里面的量子计算过程。新的实验结果对这个理论认知似乎是否定的。

这个理论成立的条件之一是，这个物质世界内的引力会造成量子效应消失，用物理学家的话说叫做“坍塌”（collapse），而这个过程会释放出某种射线。现在，一组物理学家设计实验用仪器试图探测这种射线的存在，但是并没有探测到。

尝试这项实验的主要研究者之一意大利国家核物理研究院（INFN）的资深物理学家卡塔利娜·库尔恰努（Catalina Curceanu）说：“（人的）意识怎样从大脑中产生是一个很大的谜题。关于这个问题科学家提出了很多有竞争力的观点，但是没有一个得到过实验的验证。”

说到量子物理学，人们最熟悉的就是关于薛定谔猫的思想实验。这个实验说一只关在密闭室内的猫，同时兼具存活和死亡两种状态。然而在人们看得到的物理世界中，永远看不到这种景象。科学家说这是因为描述量子系统的“波函数”，也就是让猫既活又死的特性，在宏观世界引力的作用下就被摧毁了。也就是说，物体有了大的质量，就看不到这种现象的存在，也就是科学家所指的量子系统的“坍塌”。可想而知，在这个世界中那么大一只猫显然无法展现存活和死亡并存的状态。

上世纪九十年代，彭罗斯和哈默罗夫就是在这个“引力导致量子系统坍塌”的理论基础上，提出了人的意识来源于大脑内量子计算的理论。这个理论叫做协调客观还原理论（orchestrated objective reduction，简称Orch OR Theory）。该理论认为意识是在神经元内部的量子水平上产生，而非之前的观点所认为的是神经元之间连接的产物。 自那以后至今，多数科学家仍认为这个理论比以前的猜测有了很大的进步。

其他科学家提出质疑，认为量子系统很脆弱，需要在非常苛刻的物理条件下，和极度低温下才能观测到，大脑内部的环境温暖又潮湿，这难以维持量子系统的运作。

彭罗斯和哈默罗夫对此的回应是，大脑神经元内存在一种微管（microtubule）结构，正是这些微管之间协调合作，完成了量子计算。

之后，其他科学家对这个理论进行了补充，其中比较知名的一个是匈牙利物理学家拉霍斯·迪奥西（Lajos Diósi）提出的假说，解释引力究竟怎样导致量子系统坍塌。这两个理论结合在一起，又被人统称为“迪奥西-彭罗斯假说”（Diósi-Penrose theory）。这种理论认为，量子系统坍塌的过程伴随着少量的辐射，而现在的仪器应该可以探测得到。

这正是库尔恰努进行这项实验的切入点。她说：“我对此很感兴趣，因为总的来说这个理论是可以进行验证的。于是我决定寻找证据以求证、或否定这个理论。”

库尔恰努选择在意大利格兰萨索国家实验室（Gran Sasso National Laboratory）进行这项实验。这个实验室位于格兰萨索山脉1.4公里深的地下，位于一条10公里长穿山隧道公路的一端。库尔恰努说：“在这个地点进行实验，能避免来自地面各种辐射的干扰。”

实验使用了一个口径和一个茶杯差不多大的高敏感度柱状探测器。这个探测器由高纯度的锗制成，外面还裹着好几层高纯度铅和铜制成的防护层，比屏蔽来自地下石头的任何辐射。

研究人员进行了两个多月的实验，没有探测到任何辐射信号。这意味着实验结果不能证明“迪奥西-彭罗斯假说”的可行性。

库尔恰努表示，这是第一个求证引力导致量子系统坍塌理论的实验，但并不意味着这个理论被完全否定。她说：“实际上彭罗斯最初的坍塌模型，并没有提到辐射的问题，所以这并不能否定这个理论。”

库尔恰努认为，她的实验起到抛砖引玉的作用，也许应该探索引力究竟怎样导致量子系统坍塌的其它解释，希望更多研究人员继续这个领域的探索。

这份研究报告5月17日发表于《生命物理学评论》（Physics of Life Reviews）期刊。