意识的起源是科学中最大的谜团之一。图森亚利桑那州立大学的诺贝尔奖获得者、牛津数学家罗杰·彭罗斯和麻醉师斯图亚特·哈默洛夫首先提出了一种解决方案，将意识归因于大脑中的量子计算。这反过来又取决于重力可能在量子效应如何消失或“崩溃”中发挥作用的概念但在意大利格兰萨索山脉深处的一个实验室进行的一系列实验未能找到支持重力相关量子坍缩模型的证据，从而破坏了这种意识解释的可行性。这一结果发表在《生命物理学评论》杂志上。

“意识是如何在大脑中产生的是一个巨大的谜团，”FQXi基础问题研究所物理智库成员、意大利弗拉斯卡蒂INFN实验首席物理学家Catalina Curceanu说。“有许多相互竞争的想法，但能通过实验进行测试得很少。”

量子物理学告诉我们，至少在理论上，猫可以同时活和死。然而在实践中，我们从未见过猫科动物被困在如此不幸的边缘状态。一种流行的解释是，一个系统的“波函数”（其量子特性允许它同时处于两个相互矛盾的状态）如果质量更大，就更有可能“崩溃”或被破坏，使它处于一个定义的状态，比如说，死或活，但不能同时处于两种状态。彭罗斯（Penrose）和哈默洛夫（Hammeroff）在20世纪90年代开发他们的意识模型“Orch或理论”（精心策划的客观简化理论）时，引用了这种与重力作用于猫等重物有关的坍塌模型。

大脑中的量子计算

几年前，Curceanu在一次会议上遇到同样是FQXi成员的Penrose时，第一次对Orch或理论感兴趣。意识通常与量子属性无关，因为量子效应很脆弱，即使在实验室的高度受控条件和低温下也很难维持。因此，人们一直认为大脑温暖潮湿的环境破坏性太大，量子效应无法存活。但Penrose解释说，他和Hammeroff已经确定了大脑神经元内称为微管的微小结构，这些结构有可能在短时间内维持量子效应，其持续时间足以进行量子计算。Orch或理论将意识归因于这些微管中的电振荡所编排的量子计算（“Orch”）。Curceanu说：“我喜欢这个理论，因为它在原则上是可以检验的，我决定寻找可能有助于证实或证伪它的证据。”。

“我喜欢这个理论，因为它在原则上是可以检验的，我决定寻找可能有助于证实或证伪它的证据。”

该理论的核心思想是重力与量子波函数坍缩有关，并且在质量更大的系统中，这种坍缩速度更快。20世纪80年代，许多物理学家在许多模型中提出了这一概念。其中一位是维格纳物理研究中心和匈牙利布达佩斯Eötvös Loránd大学的Lajos Diósi，他与Curceanu、新泽西州新不伦瑞克罗格斯大学的Maaneli Derakhshani、INFN的Matthias Laubenstein以及CREF和INFN的Kristian Piscichia共同撰写了这篇新论文。几年后，彭罗斯独立地提出了这一观点，并与哈默洛夫一起成为了他的意识理论的核心。

这两种理论通常被统称为“迪西彭罗斯理论”但Curceanu指出，在联合名称背后有一个重要的区别。迪奥斯的方法预测，崩塌将伴随着少量辐射的自发辐射，其大小刚好可以通过尖端实验检测到。

从左到右：法布里齐奥·纳波利塔诺、阿尔贝托·克罗扎、卡特琳娜·库切阿努、马可·米利乌奇

进入地下

Curceanu的地下实验室位于意大利格兰萨索山脉下1.4公里的格兰萨索国家实验室内。该实验室位于10公里长的公路隧道一侧，该隧道穿过格兰萨索山体，连接拉奎拉和特拉莫。Curceanu说：“之所以选择这个位置，是因为它基本上没有可能干扰实验的地面宇宙射线辐射源。”。该实验使用了一个非常灵敏的圆柱形探测器，它不比杯子大多少，由高纯锗制成。它被超纯铅和铜制成的屏蔽层包围，以保护它免受来自岩石的任何背景辐射。在进行了两个月的实验后，研究小组没有测量自发辐射信号，这限制了重力相关坍塌的可行性。2020年，该团队在《自然物理学》杂志上报道称，他们的负面结果帮助他们排除了迪西彭罗斯模型的最简单版本。

在他们的新论文中，他们明确研究了他们的发现对彭罗斯和哈默洛夫的意识理论的影响。在重新分析了Hammeroff和Penrose提出的最合理的假设后，考虑到他们最近对量子坍缩的实验限制，他们得出结论，几乎没有任何假设是合理的。Curceanu说：“这是第一次对Orch或意识模型中与重力相关的量子坍塌支柱进行实验研究，我们希望其他许多人也能效仿。”。“我为我们的成就感到骄傲。”

跨学科特征

实验和分析部分由FQXi基础问题研究所资助。Curceanu说：“没有它，就不可能实现这一结果。”。“基于其跨学科特点，很难为此类项目获得资金。”

“将你在实验室所能做的事情与宇宙意识中最大的谜团联系起来，真是令人兴奋。”

Curceanu补充道，但Orch或并没有失去一切。“实际上，真正的工作才刚刚开始。”她说。事实上，彭罗斯（Penrose）最初的崩塌模型与迪奥斯（Diósi）不同，并没有预测自发辐射，因此也没有被排除在外。这篇新论文还简要讨论了如何实际修改重力相关坍塌模型。Curceanu说：“我们正在FQXi资助的项目中研究这样一个修订后的模型，这可能为Orch或理论打开大门。”。

与此同时，该团队正准备测试这些改进的新坍塌模型，以进一步研究它们对Orch或模型的影响。Curceanu说：“将你在实验室所能做的事情与宇宙意识中最大的谜团联系起来，真是令人兴奋。”。