求证意识来源于量子效应 新实验碰壁

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【大纪元2022年06月17日讯】(大纪元记者高文森编译报导)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,以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。◇

责任编辑:叶紫微

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