125个难题（上）

宇宙由什么组成？“知觉”的生物基础是什么？记忆是怎样储藏和取出的？

文╱吴家望

美国科学促进协会（American Association for the Advancement of Science）是世界最大的科学家组织。该协会出版的《科学》周刊，从销量和质量来看，都算是综合科学杂志的权威。2005年7月1日，为纪念该刊出版125周年，以“125个无答案的难题”出了特刊。最近几十年科学的突飞猛进，确实值得庆贺。但是，科学家懂得越多，不可解释的难题也越多，《科学》周刊不得不认可这困窘的局面。我们来看几个最重要和最难的难题。

一、宇宙由什么组成（What is the Universe Made of）?

自从五十年前宇宙诞生“大爆炸论”成立以来，科学已确认宇宙有起源，所有物质都从那时起逐渐合成。可是今天组成星球天河的、可知的普通物质（ordinary matter），不到宇宙存在物质的5%。科学家对那另外的95%的物质一无所知，就称它们为“暗物质”（Dark Matter）。不说那未知的物质，就连这5%可知的物质，用最强的天文望远镜，也只能观察到其中的十分之一。

天文学家近来发现，不但宇宙引力是由那些不可知的“暗物质”以及未知的粒子支配，宇宙的结构也是靠它们制定。这些支配宇宙结构和平衡的“神秘”（exotic）物质，也只占宇宙所有物质的25%。

比暗物质更神秘万分的，是剩下的70%，科学家称之为“暗能”（Dark Energy）的物质。科学家之所以称其为“暗能”，是因为这种极大的神秘能量，可能造成一种宇宙间的反引力（Anti-gravity force），有爆破（blow up）宇宙的趋势。其实科学家对这“暗能”一无所知，承认这是物理学中最含糊的问题，所以爆破不爆破也只是高谈阔论。

下一步，唯物主义者会撤退下来，守卫那5%可知的普通物质。从达尔文时代最有力的无神论生物学家赫盖（Ernest Haeckel），到现代的无神论哲学家，都坚信世间的一切存在都是物质现象。

对此，耶鲁大学知名物理学家马吉诺（Henry Margenau）说，这种唯物是从的想法，在“以太”（ether）被判定为非物质后，就破产了。过去，物理学家认为光波的媒体以太是一种物质。现代物理学却认定“以太”既无体积又无重量，并非物质。同样，放射能（radiation）和光子（photon），都不算物质。现代物理称这些非物质现象为“场”，例如电场和磁场。此外，量子力学所研究的概率场（probability field），则更是既无能量，又非物质。

马吉诺的结论是，被认定为物质的，所谓粒子必定带有物质属性的说法已经大有问题了。这些所谓粒子并不能保持其原有的属性，例如色彩、位置或速度等……。因此，“赫盖和辛普森（George Gaylord Simpson）型的唯物主义已经死亡”（注1）。《科学》周刊曾说，宇宙间99%以上的物质，不可望更不可及。现在，马吉诺更说那许多可望亦可及的物质也都是非物质。他把唯物主义者的墙底全挖空了。

我们实在应该同情科学家：他们钻研理论废寝忘餐，作实验挥金如土，结果只懂得宇宙物质的5%中的十分之一。至于唯物主义者，我们就难以同情了。他们以物质为一切知识的起源和根据，拜物质为祖宗，而且要以唯物主义来统治世界。科学一天天发达，宇宙物质也一天天变得更神秘，唯物主义者的立足之地也一天天缩小。也许我们应该同情他们的固执无知吧！

二、“知觉”的生物基础是什么？（What is the Biological Basis of Consciousness）?

自古以来，“知觉”是纯哲学的讨论题。随着科学的发达，寻求挑战的科学家开始寻求知觉的科学基础。因为这门新科学十分玄秘，问题多，答案少，除非在科学界已有名望地位、不愁吃穿的大科学家，才有余力投入，年轻科学家较少问津。近年来，因为脑部扫描和脑电波测量技术的进步，以及研究经费的增加，年轻科学家开始投入这一领域。但到目前为止，《科学》周刊的结论是：理论甚多，有用的资料极少。

而哲学家和科学家之间的领域争夺也无休止。以诺贝尔奖得主，生物化学家克里喀（Francis Crick）为代表的纯唯物主义者认为，知觉的基础就是神经细胞的活动（The firing of neurons）。人只不过是一撮神经细胞而已（“You are nothing but a pack of neurons.”注2）。

但是，哲学家认为，克里喀这种没有科学根据的结论是空谈（full of talk）。芬兰哲学家和神经科学家雷望索（Antti Revonsuo）说，除了空谈以外，一门有条理的研究知觉神经的科学，“并不存在”（注3）。

当代知名哲学家波普（Karl Poppor），和得了诺贝尔奖的神经科学权威艾格士（John Eccles），合作研究大脑和心智（mind）多年后，用清晰的图片来解释这两者的关系（见图一和注4）。他们分别称大脑和心智为第一世界和第二世界。第二世界又分为内在感觉和外在感觉。当动物的感官将所感受的传到大脑，外在感觉将收到的信息传到内在感觉，内在感觉分析之后，就化信息为思维，继而通知大脑采取行动。

艾格士进一步解释，人的大脑和心智的关系，与动物不同（见图二）。人的心智能在信息化为思维后、通知大脑采取行动前，会先做出有智慧的决策。在人的心智的中心，有一处理信息和作出决定的关口，叫作“自我”，也可称为“灵魂”或“意志”。

波普和艾格士到底是在谈哲学还是科学？以笛卡儿（Rene Descartes）为代表的哲学家们研讨这“自我”已经几百年了。圣经叙述灵魂或意志则有几千年了。圣经《创世记》描写上帝开初造人时，用尘土塑造了一个人型。上帝向那人型吹了口“生气”（the breath of life），那人型就成了个有灵魂的活人。在希伯来原文，上帝吹的“生气”（neshama）这词有三种意义：生命，灵魂和智慧。希伯来解经家千百年来认为，造物主上帝要通过人的灵魂与人交往。

不可离题太远，我们回到艾格士。他认为，这第一世界是物质世界，第二世界是非物质世界，非物质世界主宰物质世界。他说，科学实验证明，非物质的心智管辖物质的大脑；这给唯物主义科学家带来不可超越的困难（注5）。马吉诺说，今天的物理学似乎没有任何观念能直接表达心智。他认为，最适合表达心智和知觉的应该是量子力学所研究的非物质的概率场。简而言之，他说，“心智既无质量，又非物质；既没有位置，又不占空间。我们要用‘异常的方法’来研究这样不寻常和抽象的现象。”（注1，第97页）。

波普则将艾格士包括第一、第二世界的二元论，推广到包括第三世界（文化和观念的非物质世界）的三元论。当代大数学家、物理学家彭罗斯（Roger Penrose）认为，这第三（文化世界）和第一世界（物质世界），有密切关系。从他的看家本领来判断，他觉得，这物质世界会如此准确地遵守（抽象的）数学规律，是一种高深的奥秘（注6）。

谈到第一（物质）世界、第二（精神，mental）世界的关系，彭罗斯说，“物质条件能产生精神动态”的想法大成问题，“我们的感觉、我们害羞和喜乐的观念，怎么可能和物理有任何关系？我以此为一大奥秘”（注6，第94页）。

彭罗斯认为，从量子物理的观念来看，人的知觉是粒子波函数倒塌的产物（result of the collapse of the wave function）。简单的解释是，以电子为例的非物质粒子的行动，是捉摸不定、不可见、不可知的。只有当这粒子的波函数倒塌时，它才被观测到。那时，这粒子的物质现象才能表达出来。以大数学家、物理学家的身分，彭罗斯承认，数学、物理和再有力的电脑，都无法解答精神世界的问题。

三、记忆是怎样储藏和取出的（How Are Memories Stored and Retrieved）?

人的记忆力是样非常奇妙的。人在老死之前，连童年的趣事都记得一清二楚。心理学家西尔（Hanna Sir）说：“你就是你的记忆力”（You are your memory）。这意思是，每个人都是独特的；而这独特性的基础就是你的记忆。你一生独一、连贯的经历，都靠你的记忆保存下来。所以，你若不了解你的记忆，你怎么能了解自己？

2005年9月麻省理工学院校刊《Technology Review》封面专题文章的大标题是：“Holographic Memory, 1 Disc, 100 Movies”。这篇文章介绍一种新产品光碟，一个光碟能以三度空间的全息记忆方式，储藏100个电影剧。知名神经科学家普力本（Karl Pribram）四十年前就认为，人的记忆能力好比全息照像，能从两道激光的干扰产生三度空间的形像（注7）。

现代科学似乎是在摹仿人千古未变的记忆方式。全息照像的妙处是，因为这形像的每一细节都含有整体形像的概念，所以我们可以从每一细节重新构成整个形像。其实全息照像这种惊人的电子储藏能力，比人脑的记忆能力差之远矣。科学家说，人脑子里有1,000,000,000个神经细胞，个个都比世上最强的电脑还要聪明千万倍。但是，人懂得电脑如何储藏资料，却不懂自己神经细胞如何运作。

现代的所谓记忆力科学，是外科医生偶然在临床病例中发现的。1957年，为了急救一位有严重癫痫病的男病人，医生切除了他大脑的内颞叶（medial temporal lobes, MTL）和2/3的海马回钩（hippocampus）。那人虽被救活，却失去了他的记忆力，以及长期储藏记忆信息的能力。

1986年，有位女病人因车祸受伤，忘却了过去的一切。但她的动作能力未受影响，也未影响她后来的记忆力。

从那男病人的病例，科学家才知道，包括海马回钩在内的内颞叶是形成记忆的关键部位，一但失去，永不回复。从那女病人的病例，科学家发现，人的记忆分散在大脑不同部位，失去其中一处，不等于完全丧失，也不会影响其记忆形成的能力（注8）。

五十年过去了，科学家现在懂得，MTL虽然影响人的回忆，却不是储存记忆资料的地方。海马回钩能将短期记忆，转化成长期记忆，却不能储藏信息。

说来惭愧，科学家猜想长期记忆能力的储藏库，可能是在大脑皮层（cerebral cortex），但却无法用实验来肯定。惭愧之余，科学家感叹，在数十亿年前，所有原始生物，都会用基因里的DNA结构，来储存无比复杂的生命资料。数十亿年后的今天，人才懂得了一点DNA储藏资料的能力和方法。而且，正如《科学》周刊编者所说的，科学家还是完全不明白，他自己的脑袋瓜储存资料的方法。（未完，下期续）

注：

Henry Margenau, The Miracle of Existence （Boston: New Science Library, 1984）, p. 22-23. 笔者曾在《海外校园》第55期报导过赫盖窜改科学资料的丑闻。生物学家辛普森是廿世纪进化论的代表人物。
Francis Crick, The Astonishing Hypothesis, The Scientific Search for the Soul, （New York: Scribner, 1994）, p. 3.
Thomas Metzinger （Editor）, Neural Correlates of Consciousness （Cambridge: MIT Press, 2000）, p. 57.
Karl Popper and John Eccles, The Self and Its Brain, An Argument for Interactionism （London: Routledge, 1977）, Chapter 7. 参考John Eccles and Daniel Robinson, The Wonder of Being Human – Our Brain & Our Mind (New York: Free Press,1984).
John Eccles, etc., Nobel Prize Conversation （San Francisco: Saybrook, 1985）, p. 65-66.
Roger Penrose, The Large, the Small, and the Human Mind （Cambridge University Press, 1997）, p. 95.
John Horgan, The Undiscovered Mind, How the Human Brain Defies Replication, Medication, and Explanation （New York: The Free Press, 1999）, p. 232-233.
参阅 Gerald Schroeder, The Hidden Face of God, How Science Reveals the Ultimate Truth （New York: The Free Press, 2001） pp. 139-141.