2017-04-26 由 哲學園 發表于科學 作者簡介：陳向群(1983- )，男，江西九江人，東南大學人文學院博士研究生，研究方向為認知科學哲學、意識哲學。

二、質疑與反駁

Orch OR模型一經提出，就遭到了來自物理學家和神經科學家們各方面的強烈質疑。他們的質疑主要包括微管中量子退相干③(decoherence)時間、相關量子效應以及大腦中波函數的是否坍塌等。總而言之，他們認為微管中不可能產生所謂的量子意識。然而，針對這些質疑和批評，彭羅斯和哈梅洛夫並沒有由此而卻步。相反，他們站在闡釋意識的新角度，對各方面的批評都給予了反駁，有效地鞏固了Orch OR模型的量子意識解釋機制。

1.物理學上的質疑與反駁

從量子退相干的時間上去質疑Orch OR模型的是來自美國麻省理工學院的物理學家馬克斯·泰格馬克(Max Tegmark)。他在《物理評論E》上發表文章「大腦中量子相干的重要性」，分析了大腦中兩種不同的量子效應：一是大腦中的神經元從激發與不激發的疊加態還原為其中一種狀態，通過計算得出退相干時間(τ[，dec])約為10[-20]秒，即τ[，dec]≈10[-20]秒；二是微管中粒子從多態疊加還原為單一態，通過計算得出退相干時間(τ[，dec])約為10[-13]秒，即τ[，dec]≈10[-13]秒。而這兩種退相干的時間都小於Orch OR模型中量子動態時間尺度(τ[，dyn])(退相干所需時間)10[-2]～10[-1]秒，即τ[，dec]＜τ[，dyn]。因此，泰格馬克認為，無論是從神經元還是從微管中粒子的退相干時間上來看，我們大腦中根本不存在由於量子效應而產生意識的可能性。[8] 對此，彭羅斯指出，泰格馬克所計算出的微管中量子退相干時間毫無參考價值，他說，「按泰格馬克所計算的退相干時間，任何的量子狀態在微管中都不可能發生」[9]140。為了應對泰格馬克的質疑，哈梅洛夫和其同事斯哥特·哈根(Scott Hagan)等也在《物理學評論E》上發表的「腦微管中存在量子計算嗎?退相干和生物的可行性」一文中指出，泰格馬克所計算微管量子退相干時間實際上並不是Orch OR模型中的退相干時間。因為，泰格馬克所計算中所涉及的量子疊加態以24納米分離，而Orch OR模型中的疊加態分離是原子核級別的毫微微米尺度，在退相干的分離尺度上比泰格馬克所計算的要小7個級數(orders of magnitude)。因而，哈梅洛夫等人指出，泰格馬克所檢驗的並不是Orch OR模型，而是他自己構造的模型，因為在他的計算模型中並沒有包含Orch OR模型的相關計算規則。相反，哈梅洛夫等人通過使用泰格馬克的計算公式和Orch OR模型相關計算規則重新計算得出，微管的退相干時間為10[-4]秒到10[-3]秒，而這與Orch OR模型的退相干時間非常接近。[10]因此，哈梅洛夫認為，泰格馬克所計算的退相干時間並不是Orch OR模型中的，或許其所計算的只是一種類似於Orch OR模型中微管振盪所形成的一般粒子疊加態的退相干時間。而且這樣的量子退相干溫度也遠遠低於Orch OR模型中所要求的，兩者在退相干的環境上也不盡相同。 此外，麥克米西(L.K.McKemmish)等人還指偶極子④的朗動力(London forces)的作用下確實可以發生構象上的相互轉換(或相互疊加)。然而，由於活動的π電子在每個(微管蛋白內)苯環(phenyl ring)中的位置是完全不固定的，因而他認為，微管蛋白體不可能在構象上相互轉換，更不可能出現相互疊加的情況。哈梅洛夫不否認這種看法，他說：「一個單獨的苯環是不會導致微管蛋白體的轉換的。朗動力出現在兩個或以上的π電子云環狀結構(苯環)或其他沒有電極的粒子群中，一個單獨的苯環並不支持朗動力。」[4]68實際上，在Orch OR模型中，微管蛋白內通常有兩個或更多個π電子苯環，且他們以相互比鄰的方式共同存在於微管蛋白體和微管內，因而麥克米西等人實際上根本沒有弄清楚Orch OR模型關於微管蛋白中π電子苯環數目，所以，其批評也是完全毫無根據的。不僅如此，麥克米西等人還進一步指出，在Orch OR模型中，微管蛋白體之間在構象的相互轉換需要巨大的能量並產生巨大的熱量，而且這種轉換也導致它們在結構上發生改變。對此，哈梅洛夫指出，這種轉換隻是電或磁偶極子轉換，以原子核的費微微米級別的運動，根本不可能導致微管蛋白本身結構上的任何變更。正如他所說：「電子偶極子的朗動力或磁偶極子的自旋運動對於類似於微管蛋白體構象轉換以及量子疊加態或量子比特的形成等所需能量是足夠的。」[4]68

注釋：

③量子退相干，指的是量子系統內各狀態間相互干涉的性質隨著時間逐步喪失的現象，也俗稱「波函數坍塌效應」。

④這裡所說的π電偶極子是早期Orch OR模型中所提出的，事實上，而在最新的Orch OR模型中，哈梅洛夫更傾向於認為微管蛋白內是磁偶極子。

參考文獻：

[4]HAMEROFF S,PENROSE R.Consciousness in the universe:a review of the "Orch OR" theory[J].Physics of life review,2014,11(1).

[8]TEGMARK M.The importance of quantum decoherence in brain processes[J].Physical review E,1999,61(4):4194-4206.

[9]HAMEROFF S.Consciousness,microtubules,& "Orch OR":"a space-time odyssey"[J].Journal of consciousness studies,2014,21.

[10]HAGEN S,HAMEROFF S,TUSZYNSKI J.Quantum computation in brain microtubules? decoherence and biological feasibility[J].Physical review E,2002,65(6):104-130.