如管弦樂般客觀還原：深入了解量子思維

Orchestrated Objective Reduction (Orch OR)

如管弦樂般客觀還原 (Orch, OR)：深入了解量子思維

概述：

一項名為「如管弦樂般客觀還原（Orchestrated objective reduction, Orch, OR）」理論，是斯圖爾特·哈默洛夫（Stuart Hameroff）和羅傑·彭羅斯（Roger Penrose）提出的一個有爭議的理論，該理論係假設意識通過在神經細胞元內部的微管胺體之微觀量子層次，以深入研究神秘的意識領域，而不是傳統觀點認為意識是神經細胞元之間連結的產物。該理論試圖解釋意識如何從實際物質的微觀性質中產生，宣稱前述機制乃客觀還原的量子過程，該理論建議：意識是由微管胺體內發生的量子力學過程所導致的，由稱為微管胺體的細胞結構精心建構與實現。

此處摘要僅係匯集多方關於該項理論模型的關鍵思考方向和引發的複雜作用。

註：此文並未涵蓋該事項全部內容，相關內容務須參閱各項文獻原本及最新版次。此處係閱讀隨筆，僅供個人學習，非供印刷或潛在意圖出版。

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簡介：

雖然學術界主流理論普遍認為，隨著大腦神經元執行的計算行為的複雜度增加而伴隨出現意識，但Orch OR 理論認為，意識是基於由神經細胞元之微管胺體集中形成的量子位元執行的非計算方式的量子過程，此種過程在神經元中顯著放大。量子位元係基於振盪偶極子，在整個微管晶格的螺旋路徑中形成疊加共振環集。此類振盪或者基於倫敦力的電荷分離而產生的電振盪，或者是由於電子自旋而產生的磁振盪，也可能是由於發生在千兆赫茲、兆赫茲和千赫茲頻率範圍內的核自旋（因其可以在較長時間內保持隔離）所致。如管弦樂般協調係指關鍵元素的結締蛋白質，例如：微管相關蛋白質（MAP），透過修改其疊加的時空分離來影響或協調量子位元狀態還原的假設過程。後者基於彭羅斯解釋量子力學的客觀塌縮理論，其理論係假設存在一個控制量子態塌縮的客觀閾值，涉及宇宙的精細尺度結構下該狀態的時空曲率的差異。

核心原則：

1. 量子微管：Orch OR 基於下述假設：腦神經細胞元內的微小結搆：微管胺體，具有量子特性，微管胺體中的量子超位態減少，從而導致對象性的波函數減少，這些特性與傳統的牛頓物理學不同，可使微管胺體同時處於多種狀態（疊加態），並通過量子糾纏相互影響。
2. 客觀還原：當量子系統與「古典的」世界相互作用時，它的疊加使其崩潰為一種類古典比特形式。塌縮成一個單一的、確定的狀態。這個過程由周圍環境支持的「量子測量設備」所配合或稱ochestrated(如管弦樂般協調)，該環境將超位態塌縮到兩種可能狀態之間的某一個狀態。此類塌縮被稱為《客觀還原》，是Orch OR 理論的核心觀點。
3. 熵度增加：對象性的減少導致系統中增加了熵度，這是意識產生所必需的。因為超位態塌縮結果導致原始量子狀態的資訊失效，從而導致可用能量降低並增加混亂程度。
4. Orch OR與意識： Orch OR 理論提出，神經細胞元中特定的微管胺體排列就像量子化的管弦樂隊，通過糾纏協調疊加態的塌縮。該理論的作者認為，此種協調縮減形態有效地解釋了意識產生的基本過程。如果彭羅斯-盧卡斯的論證正確的話，那麼非計算行為的​​物理基礎問題尚待解決。大多數物理定律都是可計算的，因此是演算性的。然而，彭羅斯確定波函數塌縮是非計算過程的主要候選者。在量子力學中，粒子的處理方式與古典力學處理的對象並不相同。粒子係根據薛丁格方程式推演的波函數予以描述。非穩態波函數是系統特徵態的線性組合，這是由疊加原理描述的現象。當量子系統與古典系統相互作用時，即當測量一個可觀測量時，從古典的優選位置看來，該系統似乎塌縮到該可觀測量的隨機特徵態。
5. 如果塌縮確實是隨機的狀況，那麼沒有任何過程或演算法可以確定地預測其結果。此點為彭羅斯提供了其假設大腦中存在的非計算過程的物理基礎的候選者。然而，他不喜歡環境造成的塌縮的隨機性，因為隨機性並不是數學理解的可期待的基礎。彭羅斯提出，孤立系統仍可能經歷一種新形式的波函數塌縮，他稱之為客觀還原（OR）。

如果塌縮確實是隨機的狀況，那麼沒有任何過程或演算法可以確定地預測其結果。此點為彭羅斯提供了其假設大腦中存在的非計算過程的物理基礎的候選者。然而，他不喜歡環境造成的塌縮的隨機性，因為隨機性並不是數學理解的可期待的基礎。彭羅斯提出，孤立系統仍可能經歷一種新形式的波函數塌縮，他稱之為客觀還原（OR）。

關鍵機制

• 量子相干性：在該理論中，微管胺體可以保持量子相干性，從而以非計算的整體方式處理資訊，這與古典計算機的演算機制顯然不同。

• 量子共振：量子糾纏狀態微管胺體之間的共振使同步波函數塌縮，可能導致統一的意識體驗。

• 蛋白質相互作用：與微管胺體相關的蛋白質被認為在編排和解釋量子資訊方面發揮著至關重要的作用，彌合了量子領域和古典領域之間的差距。

影響與爭議：

• 解釋「難題」：如果該理論屬實，Orch OR 理論可以為意識的「難題」提供解決方案—解釋超越單純訊息處理的主觀體驗。

• 自由意志：該理論表明意識並不完全由古典物理學決定，這可能為在量子框架中探索自由意志打開大門。

• 經驗挑戰：支持 Orch OR理論的實驗證據很少，所提出的機制涉及量子力學和生物學的複雜且完全理解的方面。

• 生物合理性：生物系統在室溫下保持量子相干性的能力是一個主要爭論點，許多科學家質疑此種能力的可行性。

• 如管弦樂般客觀還原理論受到各方面的批評，如：數學家、哲學家、和科學家們。批評集中在三個疑點：

  • 彭羅斯對哥德爾(Kurt Gödel)定理的解釋；

  • 彭羅斯將不可計算性與量子事件連結起來的反繹推理；

  • 人類大腦不適合承載該理論所宣稱的量子現象，因為人類大腦被認為太「溫暖、潮濕和嘈雜」而無法避免相位失調。

超越基礎：

Orch OR理論另一方面超越了該理論的核心原則，深入探討人類意識更深層的哲學和科學涵意。該理論提出意識與時空基本幾何之間的聯繫，甚至暗示了意識與宇宙起源之間的聯繫。

當前狀況和未來方向：

儘管缺乏明確的實驗支持，Orch OR 理論仍然是一個發人深省的模型，激發了對量子過程在意識中的潛在作用的進一步研究。未來的研究可能側重於開發可測試的預測行為，並探索可以解釋觀察到的現象的替代機制。

結論：
如管弦樂般客觀還原理論是彌合量子物理學和意識之間差距的大膽且有爭議的嘗試。雖然該理論的說法目前尚未得到證實，但該理論提醒吾人，圍繞人類自身的思維本質存在著巨大的未知數，以及量子力學在解開其最大謎團方面發揮作用的潛力。

參考資料：

1. Consciousness and the Universe Quantum Physics, Evolution,Brain & Mind,Roger Penrose,and Stuart Hameroff, Cosmology Science Publishers, Cambridge, MA, 2017
2. How Consciousness Became the Universe, Deepak Chopra, Sir Roger Penrose,Henry Stapp, Brandon Carter, et al., Cosmology Science Publishers, Cambridge, 2015
3. https://en.wikipedia.org/wiki/Orchestrated_objective_reduction

詳細內容參見各參考資料原文。

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