OCM Issue0075 Page31 - What We Don㦙 Know: 125 Questions (1)

　　　　　　　　　　　　文╱吳家望　　

　　宇宙由什麼組成？“知覺”的生物基礎是什麼？記憶是怎樣儲藏和取出的？

美國科學促進協會（American Association for the Advancement of Science）是世界最大的科學家組織。該協會出版的《科學》週刊，從銷量和質量來看，都算是綜合科學雜誌的權威。2005年7月1日，為紀念該刊出版125周年，以“125個無答案的難題”出了特刊。最近幾十年科學的突飛猛進，確實值得慶賀。但是，科學家懂得越多，不可解釋的難題也越多，《科學》週刊不得不認可這困窘的局面。我們來看幾個最重要和最難的難題。

一、宇宙由什麼組成（What is the Universe Made of）?

自從五十年前宇宙誕生“大爆炸論”成立以來，科學已確認宇宙有起源，所有物質都從那時起逐漸合成。可是今天組成星球天河的、可知的普通物質（ordinary matter），不到宇宙存在物質的5%。科學家對那另外的95%的物質一無所知，就稱它們為“暗物質”（Dark Matter）。不說那未知的物質，就連這5%可知的物質，用最強的天文望遠鏡，也只能觀察到其中的十分之一。

天文學家近來發現，不但宇宙引力是由那些不可知的“暗物質”以及未知的粒子支配，宇宙的結構也是靠它們制定。這些支配宇宙結構和平衡的“神秘”（exotic）物質，也只佔宇宙所有物質的25%。

比暗物質更神秘萬分的，是剩下的70%，科學家稱之為“暗能”（Dark Energy）的物質。科學家之所以稱其為“暗能”，是因為這種極大的神秘能量，可能造成一種宇宙間的反引力（Anti-gravity force），有爆破（blow up）宇宙的趨勢。其實科學家對這“暗能”一無所知，承認這是物理學中最含糊的問題，所以爆破不爆破也只是高談闊論。

下一步，唯物主義者會撤退下來，守衛那5%可知的普通物質。從達爾文時代最有力的無神論生物學家赫蓋（Ernest Haeckel），到現代的無神論哲學家，都堅信世間的一切存在都是物質現象。

對此，耶魯大學知名物理學家馬吉諾（Henry Margenau）說，這種唯物是從的想法，在“以太”（ether）被判定為非物質後，就破產了。過去，物理學家認為光波的媒体以太是一種物質。現代物理學卻認定“以太”既無体積又無重量，並非物質。同樣，放射能（radiation）和光子（photon），都不算物質。現代物理稱這些非物質現象為“場”，例如電場和磁場。此外，量子力學所研究的概率場（probability field），則更是既無能量，又非物質。

馬吉諾的結論是，被認定為物質的，所謂粒子必定帶有物質屬性的說法已經大有問題了。這些所謂粒子並不能保持其原有的屬性，例如色彩、位置或速度等……。因此，“赫蓋和辛普森（George Gaylord Simpson）型的唯物主義已經死亡”（註1）。《科學》週刊曾說，宇宙間99%以上的物質，不可望更不可及。現在，馬吉諾更說那許多可望亦可及的物質也都是非物質。他把唯物主義者的牆底全挖空了。

我們實在應該同情科學家：他們鑽研理論廢寢忘餐，作實驗揮金如土，結果只懂得宇宙物質的5%中的十分之一。至于唯物主義者，我們就難以同情了。他們以物質為一切知識的起源和根據，拜物質為祖宗，而且要以唯物主義來統治世界。科學一天天發達，宇宙物質也一天天變得更神秘，唯物主義者的立足之地也一天天縮小。也許我們應該同情他們的固執無知吧！

二、“知覺”的生物基礎是什麼？（What is the Biological Basis of Consciousness）?

自古以來，“知覺”是純哲學的討論題。隨著科學的發達，尋求挑戰的科學家開始尋求知覺的科學基礎。因為這門新科學十分玄秘，問題多，答案少，除非在科學界已有名望地位、不愁吃穿的大科學家，才有餘力投入，年輕科學家較少問津。近年來，因為腦部掃描和腦電波測量技術的進步，以及研究經費的增加，年輕科學家開始投入這一領域。但到目前為止，《科學》週刊的結論是：理論甚多，有用的資料極少。

而哲學家和科學家之間的領域爭奪也無休止。以諾貝爾獎得主，生物化學家克里喀（Francis Crick）為代表的純唯物主義者認為，知覺的基礎就是神經細胞的活動（The firing of neurons）。人只不過是一撮神經細胞而已（“You are nothing but a pack of neurons.”註2）。

但是，哲學家認為，克里喀這種沒有科學根據的結論是空談（full of talk）。芬蘭哲學家和神經科學家雷望索（Antti Revonsuo）說，除了空談以外，一門有條理的研究知覺神經的科學，“並不存在”（註3）。

當代知名哲學家波普（Karl Poppor），和得了諾貝爾獎的神經科學權威艾格士（John Eccles），合作研究大腦和心智（mind）多年後，用清晰的圖片來解釋這兩者的關係（見圖一和註4）。他們分別稱大腦和心智為第一世界和第二世界。第二世界又分為內在感覺和外在感覺。當動物的感官將所感受的傳到大腦，外在感覺將收到的信息傳到內在感覺，內在感覺分析之後，就化信息為思維，繼而通知大腦採取行動。

艾格士進一步解釋，人的大腦和心智的關係，與動物不同（見圖二）。人的心智能在信息化為思維後、通知大腦採取行動前，會先做出有智慧的決策。在人的心智的中心，有一處理信息和作出決定的關口，叫作“自我”，也可稱為“靈魂”或“意志”。

波普和艾格士到底是在談哲學還是科學？以笛卡兒（Rene Descartes）為代表的哲學家們研討這“自我”已經幾百年了。聖經敘述靈魂或意志則有幾千年了。聖經《創世記》描寫上帝開初造人時，用塵土塑造了一個人型。上帝向那人型吹了口“生氣”（the breath of life），那人型就成了個有靈魂的活人。在希伯來原文，上帝吹的“生氣”（neshama）這詞有三種意義﹕生命，靈魂和智慧。希伯來解經家千百年來認為，造物主上帝要通過人的靈魂與人交往。

不可離題太遠，我們回到艾格士。他認為，這第一世界是物質世界，第二世界是非物質世界，非物質世界主宰物質世界。他說，科學實驗證明，非物質的心智管轄物質的大腦；這給唯物主義科學家帶來不可超越的困難（註5）。馬吉諾說，今天的物理學似乎沒有任何觀念能直接表達心智。他認為，最適合表達心智和知覺的應該是量子力學所研究的非物質的概率場。簡而言之，他說，“心智既無質量，又非物質；既沒有位置，又不佔空間。我們要用‘異常的方法’來研究這樣不尋常和抽象的現象。”（註1，第97頁）。

波普則將艾格士包括第一、第二世界的二元論，推廣到包括第三世界（文化和觀念的非物質世界）的三元論。當代大數學家、物理學家彭羅斯（Roger Penrose）認為，這第三（文化世界）和第一世界（物質世界），有密切關係。從他的看家本領來判斷，他覺得，這物質世界會如此準確地遵守（抽象的）數學規律，是一種高深的奧秘（註6）。

談到第一（物質）世界、第二（精神，mental）世界的關係，彭羅斯說，“物質條件能產生精神動態”的想法大成問題，“我們的感覺、我們害羞和喜樂的觀念，怎麼可能和物理有任何關係？我以此為一大奧秘”（註6，第94頁）。

彭羅斯認為，從量子物理的觀念來看，人的知覺是粒子波函數倒塌的產物（result of the collapse of the wave function）。簡單的解釋是，以電子為例的非物質粒子的行動，是捉摸不定、不可見、不可知的。只有當這粒子的波函數倒塌時，它才被觀測到。那時，這粒子的物質現象才能表達出來。以大數學家、物理學家的身分，彭羅斯承認，數學、物理和再有力的電腦，都無法解答精神世界的問題。

三、記憶是怎樣儲藏和取出的（How Are Memories Stored and Retrieved）?

人的記憶力是樣非常奇妙的。人在老死之前，連童年的趣事都記得一清二楚。心理學家西爾（Hanna Sir）說：“你就是你的記憶力”（You are your memory）。這意思是，每個人都是獨特的；而這獨特性的基礎就是你的記憶。你一生獨一、連貫的經歷，都靠你的記憶保存下來。所以，你若不了解你的記憶，你怎麼能了解自己？

2005年9月麻省理工學院校刊《Technology Review》封面專題文章的大標題是﹕“Holographic Memory, 1 Disc, 100 Movies”。這篇文章介紹一種新產品光碟，一個光碟能以三度空間的全息記憶方式，儲藏100個電影劇。知名神經科學家普力本（Karl Pribram）四十年前就認為，人的記憶能力好比全息照像，能從兩道激光的干擾產生三度空間的形像（註7）。

現代科學似乎是在摹仿人千古未變的記憶方式。全息照像的妙處是，因為這形像的每一細節都含有整体形像的概念，所以我們可以從每一細節重新構成整個形像。其實全息照像這種驚人的電子儲藏能力，比人腦的記憶能力差之遠矣。科學家說，人腦子裡有1,000,000,000個神經細胞，個個都比世上最強的電腦還要聰明千萬倍。但是，人懂得電腦如何儲藏資料，卻不懂自己神經細胞如何運作。

現代的所謂記憶力科學，是外科醫生偶然在臨床病例中發現的。1957年，為了急救一位有嚴重癲癇病的男病人，醫生切除了他大腦的內顳葉（medial temporal lobes, MTL）和2/3的海馬回鉤（hippocampus）。那人雖被救活，卻失去了他的記憶力，以及長期儲藏記憶信息的能力。

1986年，有位女病人因車禍受傷，忘卻了過去的一切。但她的動作能力未受影響，也未影響她後來的記憶力。

從那男病人的病例，科學家才知道，包括海馬回鉤在內的內顳葉是形成記憶的關鍵部位，一但失去，永不回復。從那女病人的病例，科學家發現，人的記憶分散在大腦不同部位，失去其中一處，不等于完全喪失，也不會影響其記憶形成的能力（註8）。

五十年過去了，科學家現在懂得，MTL雖然影響人的回憶，卻不是儲存記憶資料的地方。海馬回鉤能將短期記憶，轉化成長期記憶，卻不能儲藏信息。

說來慚愧，科學家猜想長期記憶能力的儲藏庫，可能是在大腦皮層（cerebral cortex），但卻無法用實驗來肯定。慚愧之餘，科學家感嘆，在數十億年前，所有原始生物，都會用基因裡的DNA結構，來儲存無比複雜的生命資料。數十億年後的今天，人才懂得了一點DNA儲藏資料的能力和方法。而且，正如《科學》週刊編者所說的，科學家還是完全不明白，他自己的腦袋瓜儲存資料的方法。（未完，下期續）□

註：

1. Henry Margenau, The Miracle of Existence （Boston: New Science Library, 1984）, p. 22-23. 筆者曾在《海外校園》第55期報導過赫蓋竄改科學資料的丑聞。生物學家辛普森是廿世紀進化論的代表人物。

2. Francis Crick, The Astonishing Hypothesis, The Scientific Search for the Soul, （New York: Scribner, 1994）, p. 3.

3. Thomas Metzinger （Editor）, Neural Correlates of Consciousness （Cambridge: MIT Press, 2000）, p. 57.

4. Karl Popper and John Eccles, The Self and Its Brain, An Argument for Interactionism （London: Routledge, 1977）, Chapter 7. 參考John Eccles and Daniel Robinson, The Wonder of Being Human - Our Brain & Our Mind (New York: Free Press,1984).

5. John Eccles, etc., Nobel Prize Conversation （San Francisco: Saybrook, 1985）, p. 65-66.

6. Roger Penrose, The Large, the Small, and the Human Mind （Cambridge University Press, 1997）, p. 95.

7. John Horgan, The Undiscovered Mind, How the Human Brain Defies Replication, Medication, and Explanation （New York: The Free Press, 1999）, p. 232-233.

8. 參閱 Gerald Schroeder, The Hidden Face of God, How Science Reveals the Ultimate Truth （New York: The Free Press, 2001） pp. 139-141.□

作者來自上海，數學博士，美國聯邦政府資深數學統計學家。□

□

125個難題（上）