O（运行） 一旦你开始钻研意识研究的烂摊子，你很快就会遇到罗杰·彭罗斯爵士（Sir Roger Penrose）的幽灵，他是著名的牛津大学物理学家，对意识的量子起源有着大胆的、甚至可能是古怪的理论。 他认为，我们必须超越神经科学，进入量子力学的神秘世界，来解释我们丰富的心理生活。 没有人知道该如何理解这一由美国麻醉师斯图亚特·哈默罗夫（Stuart Hameroff）发展而来的理论，但传统观点大致是这样的：他们的理论几乎肯定是错误的，但由于彭罗斯（Penrose）如此杰出（“我一生中遇到的极少数人之一，我毫无保留地称之为天才，” 物理学家李·斯莫林（Lee Smolin）曾说过），我们会愚蠢地无视他们的理论。
85岁的彭罗斯是一位数学物理学家，几十年前，他在广义相对论领域取得了突破性的成就，并与斯蒂芬·霍金合作，帮助人们对黑洞和引力奇点进行了概念化，而宇宙可能是从这些密度无限的点中形成的。 他还发明了“扭转理论”，这是一种将量子力学与时空结构联系起来的新方法。 他发现了被称为“彭罗斯瓷砖”的某些几何形式——一种非重复图案的巧妙设计——为数学和结晶学带来了新的研究方向。
彭罗斯兴趣广泛，这在他最近的书中很明显 宇宙新物理中的时尚、信仰和幻想 -一本500页的厚厚的大部头书，挑战了一些最时髦但尚未被证实的物理学理论，从多维弦理论到宇宙大爆炸第一刻的宇宙膨胀。 他认为这些理论是异想天开和难以置信的。
紧急美容： 罗杰·彭罗斯（Roger Penrose）一直在寻找宇宙的深层结构，这反映在他创造的瓷砖上，在那里，基本形状（本例中为菱形）会产生非凡的图案。 彭罗斯似乎并不介意被贴上特立独行的标签，尽管他对自己在物理方面的工作提出了质疑。 但他的意识理论推动了看似合理的科学的边缘，让评论家们疑惑，为什么他接受了一个基于如此少证据的理论。
大多数科学家认为量子力学与我们对大脑如何工作的理解无关。 不过，不难看出彭罗斯的理论为什么受到关注。 几十年来，人工智能专家一直在预测某种类型的计算机大脑，迄今为止几乎没有什么可显示的。 尽管最近在神经生物学方面取得了许多进展，但我们似乎并没有比一个世纪前更接近于解决大脑问题。 即使人类大脑的神经元、突触和神经递质能够被完全绘制出来，这将是科学史上的伟大胜利之一，但尚不清楚我们是否更接近于解释这种3磅重的湿组织是如何产生我们思想和感受的非物质世界的。 当前的意识理论似乎缺少一些东西。 哲学家大卫·查尔默斯（David Chalmers）推测，意识可能是存在于已知物理定律之外的自然的基本属性。 其他人——通常被称为“神秘主义者”——声称主观经验完全超出了科学的解释能力。
传统的智慧是这样的：理论几乎肯定是错的，但彭罗斯是聪明的。
彭罗斯的理论有望提供更深层次的解释。 他从意识不是计算性的这一前提出发，这超出了神经科学、生物学或物理学现在能够解释的任何东西。 彭罗斯在最近的一次采访中告诉我：“为了适应意识，我们需要在我们对物质世界的理解上进行一场重大变革。”。 “如果我们不打算完全脱离物理学，最有可能的地方是在这个巨大的未知领域，也就是说，理解量子力学。”
他利用了量子计算的基本特性，在量子计算中，信息比特可以处于多种状态，例如，同时处于“开”或“关”的位置。 这些量子态同时存在——“叠加”——然后合并成一个单一的、几乎是瞬时的计算。 当大量的物质发出声音，一个完整的电子系统在一个量子态中相互作用时，就会发生量子相干。
哈默罗夫认为，量子相干发生在微管中，即大脑神经元中的蛋白质结构。 你会问，什么是微管？ 它们是真核细胞内的管状结构（细胞骨架的一部分），在决定细胞的形状和运动中起着作用，包括细胞分裂-有丝分裂期间染色体的分离。 哈默罗夫认为微管是彭罗斯在他的理论中一直在寻找的量子器件。 在神经元中，微管有助于控制突触连接的强度，它们管状的形状可以保护它们免受较大神经元周围的噪音的影响。 彭罗斯对微管的对称性和晶格结构特别感兴趣。 他相信“这是量子力学的味道。”
不过，要对意识产生任何影响，你需要的不仅仅是连续不断的量子相干随机时刻。 这个过程需要以某种方式进行结构化或编排，这样我们才能做出有意识的选择。 在彭罗斯-哈默洛夫（Penrose-Hameroff）的协调目标简化理论（Orchestrated Objective Reduction）中，这些意识觉醒的时刻是由我们大脑中的微管协调的，他们认为微管具有存储和处理信息和记忆的能力。
“客观还原”指的是彭罗斯关于量子引力的思想——叠加如何应用于不同的时空几何——彭罗斯认为这是物理学中尚未发现的理论。 所有这些都是一个雄心勃勃的理论，它借鉴了彭罗斯关于宇宙深层结构的思想，从量子力学到相对论。 正如斯莫林所说，“罗杰的所有思想都是相互联系的……扭振理论，他的哲学思想，他关于量子力学的想法，他关于大脑和心灵的想法。”
这是一种令人陶醉的酿造，但对评论家来说并不令人信服。 大多数科学家认为，大脑过于温暖潮湿，量子态对神经元活动没有任何影响，因为量子相干似乎只在高度保护和寒冷的环境中才可能实现。 麻省理工学院物理学教授马克斯·特格马克（Max Tegmark）提出了最严厉的批评，他计算出微管内的任何量子效应都会在100万亿分之一秒后破裂。 特格马克在2014年的书中写道：“为了让我的想法与量子计算相对应，它们需要在退相干开始之前完成，所以我需要能够快速思考，每秒有10000000000000个想法。” 我们的数学世界： 我对现实终极本质的探索 “也许罗杰·彭罗斯能想得那么快，但我肯定不能。”甚至彭罗斯的老合作者斯蒂芬·霍金也持怀疑态度。 他写道：“当人们，尤其是理论物理学家谈论意识时，我会感到不安。”。 “他的论点似乎是意识是一个谜，而量子引力是另一个谜所以它们一定是相关的。”彭罗斯驳斥了霍金的批评，说他们的分歧实际上是关于量子力学的本质。
L（左） 去年，我在瑞士卢塞恩一天的意识会议上看到彭罗斯在行动。 这是一组有趣的演讲者，包括神经科学家克里斯托夫·科赫（Christof Koch）、佛教僧侣马蒂厄·里卡德（Matthieu Ricard）、， 物理之道 作者Fritjof Capra，甚至是一位阿亚瓦斯卡专家。 然后是彭罗斯，他扮演了一个超凡脱俗的牛津老头，外表略显邋遢，有一种顽皮的幽默感。 他在舞台上架设了两台高架投影仪，然后在这些机器之间来回飞奔，放下一系列透明胶片，里面充满了他自己手写的神经元和微管的笔记和图纸，还有漂浮的宇航员比萨斜塔，还有我重新命名的小美人鱼， 这一切都是为了解释Orch-OR意识理论。 现代科学可能是一种高科技游戏，但这是一种令人眼花缭乱的表演艺术，观众们都喜欢它。
哈默罗夫也参加了会议，结果发现他们的酒店房间就在我住的大厅的下面。 在我与他们的简短互动中，我感觉到哈默罗夫扮演了一个自愿的帮凶角色——不仅吹嘘罗杰爵士的天才，而且在安排旅行甚至到达会议地点时，还要照顾彭罗斯。 哈默罗夫也可能是一只好斗的斗牛犬，为他们的理论辩护（在小组讨论中，他通过刺探科赫大脑活动的各种细节来做到这一点）。
马文·明斯基（Marvin Minsky）曾告诉我，意识研究是“20世纪人们浪费时间的东西”
今年三月，当我在牛津给彭罗斯打电话时，他解释说，他对意识的兴趣可以追溯到他在剑桥大学读研究生时发现哥德尔不完全定理的时候。 你可能记得，哥德尔定理表明数学中的某些主张是正确的，但无法证明。 他说：“对我来说，这绝对是一个惊人的发现。”。 “它告诉我，在我们的理解中发生的任何事情都不是计算性的。”
伟大的物理学家保罗·狄拉克（Paul Dirac）的一系列关于量子力学的讲座也震惊了他。 像许多其他人一样，彭罗斯与量子理论的怪诞性作斗争。 “正如薛定谔明确指出的那样，他的那只可怜的猫既死了又活了，他故意提出这一点，以表明为什么他自己的方程式不可能是全部事实。他或多或少在说，‘这是胡说八道’。”， 结论是，量子理论中有些东西是不成立的：“薛定谔对此感到非常沮丧，狄拉克和爱因斯坦也是如此。量子力学中的一些主要人物可能比我更难过。”
但是，我问，这些与意识有什么关系？ “你看，我的论点非常迂回。我认为这就是为什么人们不倾向于跟随我。他们稍后会发现它，或者稍后会拒绝它，但他们不跟随论点。”彭罗斯随后开始批评为什么计算机尽管有强大的计算能力，却对其所做的事情一无所知。 他说：“我说的是——这是我的想象力的飞跃，人们对此感到困惑——我想说的是，大脑中发生的事情不仅要利用量子力学，还要利用它出错的地方。”。 “这就是量子力学需要被取代的地方。”所以我们需要一门尚不存在的新科学？ “没错。没错。”
瓦妮莎·彭罗斯（Vanessa Penrose）/卡罗琳·戴维斯（Caroline Davis2010）/弗利克（Flickr） 在我们聊了20分钟后，我指出他还没有提到生物学，也没有提到人们普遍认为意识是大脑的一种突现性质。 “我知道，我知道，”他咯咯地笑着，然后告诉我为什么他觉得不得不写他的第一本关于意识的书， 皇帝的新思想 1989年出版。 这是在他听到英国广播公司（BBC）对人工智能创始人马文·明斯基（Marvin Minsky）的采访后发生的，马文·明斯基曾著名地宣称人脑“只是一台由肉制成的计算机”。明斯基的说法迫使彭罗斯（Penrose）撰写 皇帝的新思想 他认为人类的思维永远不会被机器模仿。 这本书有一种扩展思维实验的感觉，关于意识的非算法性质，以及为什么它只能从哥德尔定理和量子物理学的角度来理解。
明斯基去年去世，与彭罗斯探索意识根源的努力形成鲜明对比。 明斯基在几年前的一次采访中告诉我：“虽然我对晶体管的工作原理很模糊，但我能准确地理解计算机的工作原理。”。 明斯基称意识是一个缺乏科学概念严谨性的“手提箱词”。 他说：“我们必须用‘反思’、‘决定’和其他十几件事来取代它。”。 “因此，与其谈论意识的奥秘，不如谈谈其中涉及的20或30个真正重要的心理过程。当你做完这些之后，有人会说，‘好吧，意识怎么样？’而你会说，'哦，这就是20世纪人们浪费时间的原因。'”
但意识研究并没有像明斯基所希望的那样进行。 它现在是神经科学实验室的一个家庭手工业，也是全世界大思考会议的主要内容。 哈默罗夫是当前这种热情背后的驱动力之一。 多年来，他和Chalmers举办了两年一度的“迈向意识科学”会议，有几十位演讲者，从铁杆科学家到新时代大师Deepak Chopra和清醒梦专家Stephen LaBerge。Hameroff与Penrose的联系也可以追溯到几十年前。 他在阅读后第一次联系彭罗斯 皇帝的新思想 这表明他可能有缺失的生物成分，可以补充彭罗斯关于意识物理学的观点。
意识科学感觉被卡住了，这里有一个理论——尽管是推测性的——它提出了一条可能的前进之路。
彭罗斯回忆道：“我完成了这本书，却不知道自己在做什么。”。 “斯图尔特给我写了一封老式的信，他在信中说，‘看来你对微管一无所知。’”当他们在牛津相遇时，彭罗斯意识到微管最有可能是他所见过的能够调节大脑内大规模量子相干的任何东西。 从那以后，彭罗斯和哈默罗夫一直在兜售他们的理论。 2013年，日本科学家宣布，他们已经检测到微管中的振动，根据彭罗斯和哈默罗夫的说法，这似乎表明大脑对于精细的量子活动来说不会过于温暖和嘈杂，并引发了关于Orch-OR理论的新一轮辩论。
在某些方面，彭罗斯和哈默罗夫是科学界的奇才。 哈默罗夫直言不讳地谈论他的精神观点，公开谈论灵魂在死后存在的可能性。 彭罗斯是一位无神论者，他称自己是“一个非常唯物主义和物理主义的人”，他被新时代的人所困扰，这些人利用非定域性和纠缠的量子理论来支持他们的超自然信仰。
我问他对哈默罗夫关于无实体意识的荒谬观点有何看法。 “好吧，我必须让他自由，”他说。 “这确实让我有点担心。我的意思是，他比我准备的要走得更远。”尽管如此，他承认意识是一个巨大的谜。 “老实说，我甚至不知道唯物主义意味着什么。量子力学的行为方式肯定与我们过去的观点不一致。”
当我们探讨彭罗斯关于意识的理论的深层含义时，并不总是清楚在他的思想的科学和哲学维度之间划清界线。 例如，考虑量子理论中的叠加。 在我们打开盒子之前，薛定谔的猫怎么可能既死又活？ 他说：“无论何时在宇宙中做出决定，都会产生原意识。”。 “我说的不是大脑。我说的是一个物体，它被放在两个位置的叠加处。假设它是一个你同时放在两个位置的尘埃点。现在，在一小部分秒内，它会变成一个或另一个。它变成了哪一个？好吧，这是一个选择。这是宇宙做出的选择吗？”？ 这一点灰尘让你做出了选择吗？ 也许这是一个自由的选择。 我不知道。”
我想知道彭罗斯的理论是否与自由意志和决定论之间长期存在的哲学争论有关。 许多神经科学家认为，决策是由不受有意识思维支配的神经过程引起的，这使得自由意志的整个概念过时了。 但量子理论固有的不确定性表明，有意识的大脑中的因果关系已经破裂。 彭罗斯是在为自由意志辩护吗？
他说：“不完全是这样，虽然在现阶段看起来是这样。”。 “看起来这些选择确实是随机的。但自由意志，这是随机的吗？”就像他的大部分想法一样，这里有一个“是的，但是”。 他的主张是挑衅性的，但往往是暂时的。 他关于自由意志的观点也是如此。 “我长大后当然认为宇宙是确定性的。然后我演变成说，‘好吧，也许它是确定性的，但它是不可计算的。’但它是不是比这更微妙的东西？它是深层次的吗？ 如果它是我们用来进行有意识理解的东西，那么它将比直接的、不可计算的确定性物理要深刻得多。 这是完全确定行为和完全自由行为之间的微妙界限。”
很难知道如何理解这些声明。 即使你对彭罗斯关于意识的论点持怀疑态度，也很容易支持他。 意识科学感觉被卡住了，这里有一个理论——尽管是推测性的——它提出了一条可能的前进道路。 彭罗斯不仅要求我们接受微管中的量子相干性，而且要求我们接受他关于意识只能用尚未发现的物理定律来解释的论点，这一事实可能影响太大，无法建立新的科学理论。 还有一个问题。 假设20或200年后，Orc-or的大致轮廓得到了确认。 我们解释过意识了吗？或者说，我们只是把大脑问题推向了更深的神秘，量子大脑问题？ 我们能弥合物质世界和非物质世界之间的鸿沟吗？
当我想知道为什么彭罗斯这么多年来一直在钻研他的意识理论时，我问他是否认为宇宙中有任何内在的意义。 他的回答让我惊讶。“不知怎的，我们的意识是宇宙存在的原因。”那么，他认为宇宙中还有智慧生命或意识吗？ “是的，但可能非常罕见。”但如果意识是整个生命周期的关键，你难道不希望在地球之外找到一些证据吗？ “好吧，我不太确定我们自己的宇宙是否有利于意识，”他说。 “你可以想象一个充满了更多意识的宇宙。为什么我们不在其中一个，而不是在这个似乎不太寻常的活动中？
“所以，是的，我们想知道它的目的。我不知道。也许它用错了词。目的——这意味着什么？”他咯咯地笑着。
史蒂夫·保尔森（Steve Paulson）是威斯康星州公共电台（Wisconsin Public Radio）全国联合节目《尽我们所知》（To the Best of Our Knowledge）的执行制片人。 他是《 原子与伊甸园：宗教与科学对话。 你可以订阅TTBOOK的播客 在这里 .
主要照片拼贴：Vanessa Penrose/Caroline Davis2010/Flickr
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