【譯文】牛津著名的物理學家Roger Penrose爵士(2020諾貝爾物理獎得主之一)對意識的量子起源(the quantum origins of consciousness)有一個大膽，甚至稱得上是瘋狂的理論。他認為：我們必須超越神經科學，進入量子力學的神秘世界，才能解釋人們豐富的心理活動。
沒有人能了解美國麻醉醫師Stuart Hameroff提出的理論原理；但是保守的看法認為他們的理論(幾乎可以肯定)是錯誤的，然而，也物理學家Roger Penrose是如此傑出的物理學家，而使我們無感地不在乎他們所共同提的關於意識的量子起源，有可能是一個錯誤。
Penrose是一位數學物理學家；數十年前於因廣義相對論領域的開創性理論而聞名。Penrose後來與史蒂芬·霍金（Stephen Hawking）合作，提出黑洞和引力奇點(gravitational singularities)的概念。Gravitational singularities是宇宙中可能存在的無限密度點。他還提出了“扭轉理論”(twistor theory)，扭轉理論是將量子力學與時空結構聯繫起來的新理論(a new way to connect quantum mechanics with the structure of spacetime)。他也提出(後來以他的名字命名)稱為 【Penrose平舖】的幾何形狀：Penrose平舖是一種可無限延展卻不重複的圖案樣式，這為數學和晶體學研究提供了新的方向。
EMERGENT BEAUTY:
Roger Penrose has always been in search of deep structures of the universe reflected in the tiling he created — give rise to extraordinary patterns.
Roger Penrose一直在尋找宇宙的深層結構，在他創造的這Tiling得到了體現，基本形狀賦予了非凡的樣式。
Penrose的興趣廣泛而非比尋常；這在他《宇宙新物理學中的時尚，信仰和幻想》一書中可以明顯看出。這本500頁的書集，從各方面挑戰了一些當前最流行但卻未經證實的物理學理論。譬如：宇宙的大爆炸瞬間、弦理論等。Penrose認為這些理論都是虛構的，並不可信。
Penrose並不介意被視為特立獨行(being branded a maverick)，儘管他能以在物理方面的傑出成就對這樣的標籤做抗辯(disputes the label)。但是他關於「意識｣理論推動了被認為是「(合理推論)假想科學」(plausible science)的先驅。卻同時也讓評論家對於Penrose為什麼會提倡這類沒有實際證據的理論，感到十分納悶。
多數的科學家認為量子力學無助於我們對大腦功能原理的理解。幾十年來，AI專家總是預期某種計算器大腦(computer brain)的出現。但，直到目前為止，幾乎還沒有任何跡象能支持計算器大腦有發明的可能。而來自神經生物學的進展，我們已經比上個世紀前更能了解關於「意識大腦」的問題(mind-brain problem)。但是，即使人腦的神經元、突觸和神經遞質可以被完全定位映射和描繪（這將是科學史上的偉大勝利之一），我們也不確定是否真的對這三磅重的濕組織物質，所產生的思想和感情的非物質世界，可以有更進一步的理解。當前的意識理論似乎還是缺少了某些重要的理論根據。哲學家David Chalmers推測：意識也許是存在於已知物理定律之外的自然基本屬性( a fundamental property of nature existing outside the known laws of physics)。另外一些(通常被稱為神秘主義者mysterians)的擁護者，則聲稱：主觀體驗完全是在科學的解釋能力之外( subjective experience is simply beyond the capacity of science to explain)。
Penrose的理論，則有望提供更深層次的解釋。Penrose說過：意識不是能靠計算產生的；而神經科學，生物學或物理學仍現在對一是提出解釋。因此，“為了解釋意識，就需要對物質世界的理解進行重大的變革” 。而且，如果我們不打算完全悖離現存的物理學，那麼，最有可能的解答，可能就是這個大未知big unknown，也就是量子力學。
他利用了量子計算的基本特性，其中信息的位（qubit）可以同時處於多種狀態，例如處於“ON”或“OFF”位置。這些量子態同時存在，即“疊加(superposition)”，然後合併(coalescing)為一個幾乎即時的運算。當大量事物（例如整個電子系統）在一個量子態中共同作用時，就會產生量子同調性。Quantum coherence occurs when a whole system(a huge number) of electrons act together in one quantum state.
Hameroff(哈默洛夫)的想法是：量子同調性(quantum coherence)發生在大腦神經元內部的微管(microtubules)，就是蛋白質結構中。
【註】同調性(coherence)為波的一種屬性。coherence可以讓波產生不隨時間不隨空間而改變的穩定干涉(interference)。
波的干涉，當兩波疊加產生振幅更大的合成波，稱為建設性干涉(constructive interference)；若兩波疊加產生振幅更小的合成波，稱為破壞性干涉(destructive interference)。兩波干涉的合成振幅取決於兩波間的相對相(relative phase)。若兩波的相對相位恆為定值，則稱其具有同調性(coherence)。至於兩波同調性程度(degree of coherence)則可利用干涉的可見度(interference visibility)來表示。當兩波動產生破壞性干涉時，測量其相消干涉的結果，即為干涉的可見度。
什麼是微管？
它們是真核細胞(eukaryotic cells)（細胞骨架的一部分part of the cytoskeleton）內部的管狀結構，在決定細胞的形狀及其運動（包括細胞分裂，即有絲分裂過程中染色體的分離）中發揮作用。哈默洛夫認為微管是Penrose在其理論中一直在尋找的量子裝置。在神經元中，微管有助於控制突觸連接的強度，並且它們的管狀形狀可以保護它們免受較大神經元周圍噪音的影響。Penrose特別關注微管的對稱性和晶格結構。他相信“這有點像量子力學。”
但是，您不僅僅需要連續不斷的量子相干隨機矩，來對意識產生任何影響。該過程將需要以某種方式進行結構化或編排，以便我們做出明智的選擇。在Penrose-Hameroff的“協調的客觀規約'(Orchestrated Objective Reduction)”理論，稱為Orch-OR中，這些有意識的意識時刻是由我們大腦中的微管精心組織的，它們具有存儲和處理信息與記憶的能力。
“Objective Reduction(客觀歸約)”來自Penrose關於量子引力(quantum gravity)的想法，即：迭加如何應用於不同的時空幾何(how superposition applies to different spacetime geometries)。他認為這仍是物理學尚未能理解的領域。這些目前仍不可能且雄心勃勃的理論描繪了Penrose關於宇宙深層結構（從量子力學到相對論）的想法。正如史莫林(Smolin)所言：“Penrose的所有想法，twistor theory，哲學思想、關於量子力學、關於大腦和心靈…的想法，都是相通的。”
這是一個令人頭漲的醞釀，卻不無法令評論家們信服(This is a heady brew, but unconvincing to critics.)。
多數科學家認為，量子態的大腦過於溫暖和潮濕，無法對神經元的活動產生任何影響，因為量子相干似乎只有在高度保護和嚴酷的環境中才有可能。最嚴厲的批評來自麻省理工學院物理學教授Max Tegmark，他計算出微管內的任何量子效應在100萬億分之一秒後都會分解。Tegmark在他的2014年《我們的數學宇宙： 我對現實終極本質的追求》( Our Mathematical Universe: My Quest for the Ultimate Nature of Reality)一書中寫道：“要使我的思想與量子計算相對應，它們必須在去相干(decoherence)出現之前完成，所以我需要能夠足夠快地思考，每秒可以有1000億億個思想。
去(2016)年，Penrose出席在瑞士盧塞恩(Lucerne)舉行過的為期一天的意識會議上看。與會的講者別具特色。有神經科學家Christof Koch，和尚Matthieu Ricard，和《物理之道》作者Fritjof Capra，甚至是ayahuasca(死藤水)專家等。Penrose當時像是位不問世俗的Oxford don(駐校導師)–穿著略顯皺巴巴，帶點點俏皮的幽默。來回穿梭在兩台投影機間，播放一系列手寫的筆記以及神經元和微管圖畫。記得內容提到有比薩斜塔、漂浮的宇航員以及小美人魚等，這些都是為了要解釋關於意識的Orch-OR理論。現代科學或許是一項高科技遊戲，但這場眼花嘹亂的講演，倒也搏得現場爆滿觀眾的歡喜。
Marvin Minsky說過：對意識的研究是“在20世紀浪費人們的時間”
今(2017)年三月，Penrose解釋說，他對意識的興趣可以追溯至在劍橋大學念研究所時，對哥德爾不完備定理的發現。您可能還記得，哥德爾定理表明，數學中的某些說法是正確的，但無法證明。他說：“對我來說，這是絕對令人震驚的啟示。 “它意謂著，我們理解中發生的一切都不是計算性的。”
Penrose隨後提出了看法，即：為什麼計算機儘管具有強大的計算能力，但對本身的工作卻毫無覺知。Penrose說：“我的意思是，這是我的想像力的飛躍，人們對此感到驚訝。Penrose的意思是，大腦中發生的事情不僅要利用量子力學，還必須利用錯在哪裡。” “這是需要取代量子力學的地方。” 因此，我們需要一種尚不存在的新科學？“就是如此，沒錯。”
《皇帝的新思想》一書於1989年出版。Minsky的認為：人腦只是一台由肉類製成的計算機主張，但Penrose認為機器永遠無法完全模擬出人的思維。激發Penrose撰寫了《皇帝的新思想》。Penrose說這是他覺得有必要寫自己第一本關於意識的書《皇帝的新思想》的緣由。那是Penrose在看到BBC對MIT AI實驗室創辦人馬文·明斯基（Marvin Minsky），也是人工智能之父著名的採訪中宣稱：人腦只是一台由肉類製成的計算機；有感而所撰寫。 《皇帝的新思想》一書具有關於意識的非算法性質的擴展思想實驗的看法，以及為什麼意識與哥德爾定理、量子物理學相關的看法。Penrose這些看法與在去(2016)年去世的明斯基（Minsky）在找尋找意識根源的看法大相逕庭。
Minsky認為意識是還沒有嚴謹科學概念的“手提箱詞”（Marvin Minsky的suitcase word，指一個單詞包含有很多含義，如手提箱里面有很多東西一樣，比如：意識，思考，經驗等等）。他說：“我們必須以'反思(reflection)'和'決定(decisions)'等十幾種其他概念來勾勒它。“因此，我們還不要談論意識的奧秘，而要談論涉及的二三十個重要的心理程序。當這些全部釐清後，才來說：“那麼，關於意識呢？” 那時你大概會說：“哦，那只是在20世紀的人們在浪費時間。”
但是對意識的研究並沒有像Minsky所希望的那樣進行。現在，它已成為神經科學實驗室中的cottage industry(a small-scale, decentralized manufacturing business often operated out of a home rather than a purpose-built facility.)，並在世界各地舉辦大量big-think研討會。哈默洛夫是當前這種熱情的推動力之一。多年來，他和查爾默斯（Chalmers）舉辦了兩年一度的“Toward a Science of Consciousness”研討會。家到New Age大師Deepak Chopra和清醒夢專家Stephen LaBerge。
默羅夫與Penrose的關係也可以追溯到幾十年前。在他閱讀了《皇帝的新思想》之後，他聯繫了Penrose，說可能有一些遺漏的生物學components，可以補充Penrose關於意識物理學的觀點(might have the missing biological component that would complement Penrose’s ideas about the physics of consciousness)。
儘管意識科學一團糟，只是一套(猜測性的)理論，但它指出了一條也許可行的途徑
Penrose回憶說：“當我完成《皇帝的新思想》這本書時，並不真正知道自己在做什麼。哈
直到 Hameroff給我寫了一封信，他在信中說：“看來你並不知道有"微管(microtubules)"這一回事。”
後來他們在牛津大學碰面時，Penrose意識到"微管"最有可能是所知能夠介導大腦內大規模量子同調性的。從此Penrose便和Hameroff一起倡議他們的理論。然後在2013年，日本的科學家宣布他們已經檢測到微管中的振動。據Penrose和Hameroff所說，這似乎表明：大腦對於微妙的量子活動而言並不會太熱和吵雜(the brain is not too warm and noisy for delicate quantum activity,)，並展開了新一輪的辯論，關於 Orch-OR理論。
在某些方面，Penrose和Hameroff是科學界一奇怪的組合。Hameroff對精神的觀點很具前瞻性，公開談論了死後靈魂存在的可能性。Penrose則是一位無神論者，稱自己為“非常唯物主義和物理學家”，他對新Agers頗為困擾，New Agers也涉及有關非局部性和糾纏(non-locality and entanglement)的量子理論，以支持他們的超自然信念(paranormal beliefs)。
Penrose仍然承認意識是一個巨大的謎。坦白說，我什至不知道什麼是唯物主義。量子力學的行為方式確實與我們過去的觀點相矛盾。”
當我們探究Penrose的意識理論的深層含義時，並不總是很清楚在他的思維的科學和哲學層面之間劃清界限。考慮例如量子理論中的疊加。在打開盒子之前，薛丁格的貓怎麼可能既死又活？他說：“每當在宇宙中做出決定時，就會出現原始意識的元素。”
“我不是在談論大腦。我說的是一個放在兩個地方重疊的對象。假設您將灰塵一下子放到兩個位置。現在，在不到一秒鐘的時間內，它將變成一個或另一個。變成哪個？好吧，這是一個選擇。這是宇宙做出的選擇嗎？灰塵斑點會做出這種選擇嗎？也許這是一個自由選擇。我不知道。”
我想知道Penrose的理論是否與自由意志和決定論之間長期存在的哲學論點有關係。許多神經科學家認為，決策是由有意識的思維所無法控制的神經過程引起的，從而使整個自由觀念都過時了。
但是量子理論固有的不確定性所誘使因果關係在有意識的大腦中坍塌(呈現)，Penrose是否視此為「自由意志」？(But the indeterminacy that’s intrinsic to quantum theory would suggest that causal connections break down in the conscious brain. Is Penrose making the case for free will?)
“看起來這些選擇確實是隨機的。但自由意志，是隨機的嗎？” His claims are provocative, but they’re often provisional. 。Penrose關於自由意志的想法也是如此。也許事情是確定性的，但不可計算的(not computable)。它將比甚至簡單，無爭議的確定性物理學還要深奧。在完全確定性的行為和完全自由的行為之間，還存在著一些微妙的界限。”
很難知道如何做出這些聲明。即使您對Penrose關於意識的論點持懷疑態度，也很容易為他紮根。意識科學感到一團糟，這是一種理論（儘管是假設性的），它提出了一條可能的前進之路。Penrose不僅要求我們接受微管中的量子同調性，而且要求有關意識只能由尚未發現的物理學定律加以解釋的事實，在我們中提出了很多要求，這一事實可能太過深遠，無法建立新的科學理論。還有另一個問題。假設從現在起20或200年後，Orch-OR的大致輪廓已得到確認。我們是否已經解釋了意識，或者只是將腦智問題推入了更深的奧秘，即量子心身問題？我們能否彌合物質世界與非物質世界之間的鴻溝？
當我想知道為什麼Penrose在這些年來一直堅持他的意識理論時，便問Penrose是否認為宇宙中存在任何內在的意義。
Penrose的回答使我感到驚訝。Penrose說：“從某些情況來說，我們的意識就是宇宙之所有存在的原因。” (Somehow, our consciousness is the reason the universe is here.)
那麼Penrose是否認為宇宙中還有其他地方存在著聰明的生活或意識？
“是的，但這可能非常罕見。” 但是，如果意識是整個爆炸的重點，那麼您難道不希望在地球以外找到一些證據嗎？Penrose說：“嗯，我不確定我們自己的宇宙是否有利於意識。”
“您可以想像一個充滿意識的宇宙遍布整個地方。為什麼我們不在其中一個似乎不是很常見的活動中呢？
Roger Penrose in the foyer of the Mitchell Institute for Fundamental Physics and Astronomy, Texas A&M University, standing on a floor with a Penrose tiling
羅傑·Penrose（Roger Penrose）站在德克薩斯州農工大學米切爾基礎物理與天文學研究所的門廳裡，站在Penrose瓷磚的地板上
Penrose（Penrose）平舖，是自相似的，Penrose（Penrose）拼貼中每個有限拼貼片所代表的圖案在整個拼貼中無限次出現。它們是準晶體：作為一種物理結構，Penrose（Penrose）拼貼將產生具有布拉格峰和五倍對稱性的衍射圖，從而揭示其圖塊的重複圖案和固定方向。[1]這些平舖的研究對於理解也會形成準晶體的物理材料非常重要。[2] Penrose（Penrose）瓷磚也已應用於建築和裝飾，如所示的地板瓷磚。
Penrose平鋪(tiling)是一種「非週期性平鋪」(An aperiodic tiling (Wiki) is a non-periodic tiling with the additional property that it does not contain arbitrarily large periodic patches. A set of tile-types (or prototiles) is aperiodic if copies of these tiles can form only non-periodic tilings. )(白話：不重複的無限樣式The Infinite Pattern That Never Repeats)。此處，平鋪圖是不重疊的多邊形或其他形狀對平面的覆蓋，並且非週期性表示將具有這些形狀的任何平鋪圖沿任何有限距離移動而不旋轉，就不能產生相同的平鋪圖。但是，儘管缺少平移對稱性，但Penrose拼貼可能同時具有反射對稱性和五重旋轉對稱性。Penrose平舖以數學家和物理學家Roger Penrose的名字命名。Penrose有幾種不同的變化形式，它們具有不同的瓷磚形狀。Penrose平舖的原始形式使用四種不同形狀的瓷磚，但後來減少為兩種形狀：兩種不同的菱形或兩種不同的稱為風箏和飛鏢的四邊形。Penrose平舖是通過限制允許這些形狀裝配在一起的方式而獲得的。這可以透過幾種不同的方式來完成，包括匹配規則，替代平鋪，有限細分原則，切割和項目方案以及覆蓋。即使以這種方式進行約束，每個變體也會產生無限多種不同的Penrose平舖。
1974年，英國數學家羅傑·Penrose（Roger Penrose）創造了一套革命性的平鋪，該平鋪可以用一種永不重複的圖案覆蓋無限的平面。 1982年，以色列晶體學家丹尼爾·謝赫特曼（Daniel Shechtman）發現了一種金屬合金，其原子的組織與材料科學中從未觀察到的任何事物一樣。Penrose（Penrose）以數學上罕見的規模贏得了公眾的認可。謝克曼獲得了諾貝爾獎。兩位科學家都無視人類的直覺，並改變了我們對自然設計的基本理解，揭示了在高度有序的環境中如何出現無限的變化。
他們突破的核心是“禁止的對稱性”(forbidden symmetry)，之所以如此，是因為它在對稱性和重複性之間根深蒂固的聯繫面上無限發展。基於反射軸-線的一側出現的所有對稱內容，會另一側重複。在數學上，這種關係反映在平鋪模式中。諸如矩形和三角形之類的對稱形狀可以不斷重複地覆蓋既沒有間隙也沒有重疊的平面。重複的模式稱為“週期性”，並被稱為具有“平移對稱性”。如果將模式從一個地方移到另一個地方，它看起來是一樣的。
Penrose Pentagon Boat Star(Link)
【來源】
http://nautil.us/issue/47/consciousness/roger-penrose-on-why-consciousness-does-not-compute
Roger Penrose On Why Consciousness Does Not Compute
The emperor of physics defends his controversial theory of mind.(BY STEVE PAULSONMAY 4, 2017)
【非周期鑲嵌】Aperiodic Tessellations
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A “don” at Oxford is what is called a “lecturer” or “tutor” at other UK universities and a “professor” at US universities. “Professor” in the UK is reserved for high rank lecturers, heads of department and holders of named posts (e.g. Stephen Hawking was Lucasian Professor of Mathematics at Cambridge until he retired from that post in 2009).Otherwise known as a fellow or tutor, they work for the University on their own projects, and tutor undergraduate students at the same time. About 70%* of their time will be spent working on their own stuff. Writing papers, working in the lab etc. About 30%* of their time will be spent teaching students in their colleges. Often the ‘don’ will live in college and eat their meals there etc, so you will see them often.
