Między świadomością człowieka i w fizyce kwantowej jest dziwny związek

Nikt nie rozumie, co to jest świadomość i jak to działa. Nikt nie rozumie . Czy może to być więcej niż tylko zbieg okoliczności? "Nie jestem w stanie określić rzeczywistego problemu, więc podejrzewam, że prawdziwym problemem nie, ale nie jestem pewien, że nie ma prawdziwego problemu". Amerykański fizyk Richard Feynman powiedział to o tajemniczych парадоксах mechaniki kwantowej. Dziś tę teorię fizyki używają do opisu najmniejszych obiektów we Wszechświecie. Ale dokładnie tak samo mógł powiedzieć o mylące problem świadomości.

Niektórzy naukowcy uważają, że rozumiemy już przytomność, lub że to tylko złudzenie. Ale wielu innym wydaje się, że w ogóle nawet blisko nie zbliżyliśmy się do sedna świadomości.

Wieloletnia gra logiczna o nazwie "świadomość" nawet doprowadziła do tego, że niektórzy naukowcy próbowali wyjaśnić jej za pomocą fizyki kwantowej. Ale ich gorliwość spotkała się z dobrą sceptycyzmem, i nie jest to zaskakujące: wydaje się nieuzasadnione wyjaśnić jedną zagadkę przy pomocy innego.

Ale takie pomysły nigdy nie są absurdalne i .

Z jednej strony, ku wielkiemu przerażeniu fizyków, umysł początkowo odmawia zrozumieć wczesne kwantową teorię. Ponadto, komputery kwantowe, przewiduje się, że będą w stanie na takie rzeczy, na jakie nie są w stanie zwykłe komputery. To przypomina nam, że nasz mózg nadal jest zdolny do wielkich czynów, niedostępne dla sztucznej inteligencji. "Kwantowy umysł" szeroko wyśmiewanym jak mistyczne bzdury, ale nikt nie mógł jej ostatecznie rozwiać.

Mechanika Kwantowa — najlepsza teoria, która u nas jest zdolna opisać świat na poziomie atomów i cząstek subatomowych. Chyba najbardziej znaną z jego tajemnic jest fakt, że wynik kwantowego eksperymentu może się różnić w zależności od tego, czy decydujemy możemy zmierzyć właściwości uczestniczących w nim cząstek, czy nie.

Kiedy pionierzy teorii kwantowej po raz pierwszy odkryli ten "efekt obserwatora", zatrwożyli się nie na żarty. Wydawało się, że podważa założenie, leżące u podstaw całej nauki: że gdzieś tam istnieje obiektywny świat, niezależny od nas. Jeśli świat rzeczywiście zachowuje się niezależnie od tego, jak lub jeśli spojrzymy na to, co będzie oznaczać "rzeczywistość" w rzeczywistości?

Niektórzy naukowcy byli zmuszeni stwierdzić, że obiektywizm to iluzja, i że świadomość musi odgrywać aktywną rolę w teorii kwantowej. Inni po prostu nie widział w tym żadnego zdrowego rozsądku. Na przykład, Albert Einstein był zirytowany: czy Księżyc istnieje tylko wtedy, gdy na nią patrzysz?

Dzisiaj niektórzy fizycy podejrzewają, że sprawa nie w tym, że świadomość wpływa na mechanikę kwantową... a w tym, że ja w ogóle się dzięki niej. Oni uważają, że kwantowa teoria może trzeba nam, żeby w ogóle zrozumieć, jak działa mózg. Czy może być tak, że jak kwantowe obiekty mogą znajdować się w dwóch miejscach jednocześnie, tak i kwantowy mózg może jednocześnie mieć na uwadze dwie wykluczające się rzeczy?

Te pomysły wywołują spory. Może się okazać, że fizyka kwantowa nie jest związana z pracą umysłu. Ale przynajmniej pokazują, że dziwna kwantowa teoria każe nam myśleć o dziwnych rzeczach.

Najlepiej mechanika kwantowa przebija się do świadomości człowieka poprzez eksperyment z podwójną szczeliną. Wyobraź sobie promień światła, który pada na ekran z dwoma blisko położonymi równoległymi szczelinami. Część światła przechodzi przez szczeliny i spada na drugi ekran.

Można sobie wyobrazić światło w postaci fali. Gdy fale przechodzą przez dwie szczeliny, jak w eksperymencie, spotykają — zakłócać — między sobą. Jeśli ich szczyty pokrywają się one wzajemnie się wzmacniają, co przekłada się na serię czarno-białych smug światła na drugim czarnym ekranie.

Ten eksperyment był używany, aby pokazać charakter fali światła, więcej 200 lat, aż do pojawienia się teorii kwantowej. Wtedy eksperyment z podwójną szczeliną przeprowadzili z kwantowej cząstki — elektrony. To małe naładowane cząstki, składniki atomu. W niewytłumaczalny sposób, ale te cząstki mogą zachowywać się jak fale. Czyli ulegają dyfrakcji, gdy strumień cząstek przechodzi przez dwie szczeliny, tworząc interferencja wzór.

Załóżmy Teraz, że kwantowe cząstki przechodzą przez szczeliny jedna po drugiej i ich przylot na ekran też będzie wystąpić krok po kroku. Teraz nie ma nic oczywistego, co sprawia, że bym cząstkę przeszkadzają na jej drodze. Ale obraz przedostania się cząstek nadal będzie wykazywać interferencyjne smugi.

Wszystko wskazuje na to, że każda cząstka jednocześnie przechodzi przez obie szczeliny i интерферирует sama ze sobą. To połączenie dwóch sposobów wiadomo jak stan superpozycji.

Ale to dziwne.

Jeśli umieścić czujnik w jednej ze szczelin lub za nim, możemy dowiedzieć się, przechodzi przez nią cząstki lub nie. Ale w takim razie interferencja znika. Prosty fakt obserwacji drodze cząstki — nawet jeśli jest to obserwacja nie powinno przeszkadzać cząstki — zmienia wynik.

Fizyk Pascual Jordan, który pracował z kwantowym guru Нильсом Boru w Kopenhadze w 1920 roku, sformułował to tak: "Obserwacje nie tylko niszczą to, co powinno być mierzone, oni to określają... ponaglamy cząstkę kwantową wybrać określoną pozycję". Innymi słowy, Jordaan mówi, że "my sami produkujemy wyniki pomiarów".

Jeśli to prawda, obiektywna rzeczywistość można po prostu wyrzucić przez okno.

Ale na tym dziwactwa nie kończą.

Jeśli natura zmienia swoje zachowanie w zależności od tego, czy patrzymy, czy nie, możemy spróbować zakreślić jejwokół palca. Do tego możemy zmierzyć, w jaki sposób wybrała cząstka przechodząc przez podwójną szczelinę, ale dopiero po tym, jak przejdzie przez nią. Do tego czasu powinna już "zdecydować", przejść przez jeden sposób lub przez oba.

Aby Przeprowadzić taki eksperyment w 1970 roku zaproponował amerykański fizyk John Wheeler, i w następne dziesięć lat eksperyment z "oczekujące wyborem" przeprowadzili. Wykorzystuje inteligentne metody pomiaru torów cząstek kwantowych (zazwyczaj cząstek światła — fotonów) po tym, jak oni wybierają jeden sposób lub superpozycji dwóch.

Okazało się, że, tak jak to przewidział Bor, nie ma żadnej różnicy, wstrzymujemy możemy zmierzyć, czy nie. Do momentu, gdy mierzymy drogę fotonu do kontaktu i rejestracji w detektorze, zakłóceń nie ma. Wydaje się, że natura "wie", nie tylko wtedy, gdy będziemy oglądać samych, ale i gdy planujemy pry.

Eugene Вигнер

Za Każdym razem, kiedy w tych eksperymentach otwieramy drogę kwantowej cząstki, jej chmura możliwych tras "kurczy się" w jeden jasno określony stan. Co więcej, eksperyment z opóźnieniem zakłada, że sam akt obserwacji, bez fizycznego interwencji, spowodowanego pomiarem, może stać się przyczyną upadku. Czy to znaczy, że prawdziwy upadek jest tylko wtedy, gdy wynik pomiaru dociera do naszej świadomości?

Taką możliwość zasugerował w 1930 roku węgierski fizyk Eugene Вигнер. "Wynika z tego, że kwantowy opis obiektów znajduje się pod wpływem wrażeń, pochodzących w mojej świadomości", pisał. "Солипсизм może być logicznie spójny z mechaniki kwantowej".

Wheelera nawet забавляла myśl o tym, że obecność żywych istot, zdolnych "obserwować", przetworzyła to, co wcześniej było wiele możliwych kwantowych przeszłości, w jedną konkretną historię. W tym sensie, mówi Wheeler, stajemy się uczestnikami ewolucji Wszechświata od samego jej początku. Jego zdaniem, żyjemy w "соучастной wszechświata".

Fizyki do tej pory nie mogą wybrać najlepszą interpretację tych kwantowych eksperymentów, i do pewnego stopnia prawo to przysługuje. Ale, tak czy inaczej, podtekst jest oczywista: świadomość i mechanika kwantowa w jakiś sposób związane.

Od lat 1980-tych, angielski fizyk Roger Penrose zasugerował, że związek ten może działać w innym kierunku. Powiedział, że niezależnie od tego, wpływa świadomość na mechanikę kwantową, czy nie, możliwe, że mechanika kwantowa jest zaangażowany w umyśle.

Fizyk i matematyk Roger Penrose

I jeszcze Penrose zapytał: co, jeśli w naszym mózgu istnieją cząsteczkowe struktury, które mogą zmieniać swój stan w odpowiedzi na jeden kwantowy wydarzenie? Czy te struktury przyjmować stan superpozycji, podobnie cząstek w eksperymencie z podwójną szczeliną? Czy te kwantowe superpozycje następnie przejawiać się w tym, jak neurony komunikują się za pomocą sygnałów elektrycznych?

Może być, mówił Penrose, nasza zdolność do utrzymania pozornie niezgodne psychicznych nie moda percepcji, a prawdziwy kwantowy efekt?

W końcu, ludzki mózg wydaje się być w stanie obsłużyć procesy poznawcze, które do tej pory możliwości znacznie przewyższają cyfrowe maszyny obliczeniowe. Być może jesteśmy nawet w stanie wykonywać zadań obliczeniowych, które można wykonać na zwykłych komputerach korzystających z klasyczną cyfrowej logiki.

Penrose po raz pierwszy zasugerował, że efekty kwantowe są obecne w ludzkiej świadomości, w książce 1989 roku "The Emperor's New Mind'. Główną jego ideą stała się "оркестрованная obiektywna redukcja". Obiektywna redukcja, zdaniem Penrose ' a, oznacza, że upadek kwantowej interferencji i superpozycji jest prawdziwym fizycznym procesem, jakby лопающийся bańki.

Оркестрованная obiektywna redukcja opiera się na hipoteza Penrose ' a o tym, że grawitacja, która wpływa na codzienne obiekty, krzesła lub planety, nie wykazuje efektów kwantowych. Penrose uważa, że kwantowej superpozycji staje się niemożliwe dla obiektów więcej atomów, ponieważ ich oddziaływanie grawitacyjne w takim przypadku sprowadza się do istnienia dwóch niekompatybilnych wersji czasu i przestrzeni.

Dalej Penrose rozwijał ten pomysł z amerykańskim lekarzem Stuartem Хамероффом. W swojej książce "Cienie umysłu" (1994) zasugerował, że struktury biorące udział w tym kwantowej poznaniu, mogą być białka wątki — microtubules. Są one dostępne w większości naszych komórek, w tym i neuronach mózgu. Penrose i Хамерофф twierdzili, że w proces wahania mikrotubul mogą przyjmować stan kwantowej superpozycji.

Ale nie ma nic na poparcie tego, co to w ogóle możliwe.

Spodziewaliśmy się, że pomysł kwantowych суперпозиций w microtubules wesprą eksperymenty, proponowane w 2013 roku, ale w rzeczywistości w tych badaniach nie wspomniano o efektach kwantowych. Ponadto, większość badaczy uważa, że pomysł оркестрованных obiektywnych wrodzonych ubytków była развенчана badaniem opublikowanym w 2000 roku. Fizyk Max Тегмарк obliczył, że kwantowe superpozycje cząsteczek zaangażowanych w neural sygnały, nie będą w stanie przetrwać nawet chwili czasu potrzebnego do transmisji sygnału.

Kwantowe efekty, w tym superpozycji, bardzo kruche i zniszczone w procesie tak zwanej декогеренции. Jest to proces uwarunkowany interakcjami kwantowej obiektu z jego otoczeniem, ponieważ jego "квантовость" odpada.

Kwantowej decoherence został, jak wierzono, musiprzebiegać bardzo szybko w ciepłych i wilgotnych środowiskach, takich jak żywe komórki.

Sygnały Nerwowe — to impulsy elektryczne, spowodowane przejściem elektrycznie naładowanych atomów przez ścianki komórek nerwowych. Jeśli jeden z tych atomów był w superpozycji, a następnie zderzył się z neuronem, Тегмарк pokazał, że superpozycji powinna się rozpadać mniej niż jedną miliardową miliardowa część sekundy. Aby neuron wydał sygnał, trzeba mu dziesięć tysięcy bilionów razy więcej czasu.

Dlatego pomysły o efektach kwantowych w mózgu nie przetestowane przez sceptyków.

Ale Penrose nieubłaganie nalega na hipotezy ООР. I bez względu na przewidywania szybki декогеренции Тегмарка w komórkach, inni naukowcy znaleźli przejawy kwantowych efektów u istot żywych. Niektórzy twierdzą, że mechanika kwantowa jest używany перелетными ptaków, które korzystają z magnetyczną nawigację i zielonymi roślinami, gdy wykorzystują światło słoneczne do produkcji cukru w procesie fotosyntezy.

W tym pomysł, że mózg może korzystać z kwantowe sztuczki, nie chce wyjść na dobre. Bo na jej korzyść znaleźli inny argument.

czy fosfor utrzymać stan kwantowy?

W badaniu 2015 roku fizyk Matthew Fisher z uniwersytetu Kalifornijskiego w Santa Barbara twierdził, że mózg może zawierać cząsteczki, które mogą wytrzymać mocniejsze kwantowej superpozycji. W szczególności, on uważa, że jądra atomów fosforu mogą mieć taką zdolność. Atomy fosforu występują w żywych komórkach wszędzie. Są one często przyjmują formę jonów fosforanowych, w których jeden atom fosforu łączy się z czterema atomami tlenu.

Takie jony są podstawową jednostką energii w komórkach. Duża część energii komórki przechowywane w cząsteczek ATP, które zawierają sekwencję trzech fosforu grup połączonych z cząsteczką organiczną. Gdy jeden z fosforanów przycinamy, uwalnia się energia, która jest wykorzystywana przez komórki.

Komórki posiadają cząsteczkowe maszyny do montażu jonów fosforanowych w grupy i do ich rozkładu. Fischer zaproponował schemat, w którym dwa jonów fosforu mogą być umieszczone w superpozycji określonego rodzaju: w złożonym stanie.

U jąder fosforu jest kwantowy właściwość — spin — która sprawia, że wyglądały jak małe magnesy z polaków, wskazując w określonych kierunkach. W niejasnym stanie spin jednego jądra fosforu zależy od drugiego. Innymi słowy, zawiłe stanu, stanu superpozycji z udziałem więcej niż jednej cząstki kwantowej.

Fischer mówi, że kwantowo-mechaniczne zachowanie tych spinów jądrowych nie może się oprzeć декогеренции. Zgadza się z Тегмарком w tym, że kwantowe wibracji, o których mówili Penrose i Хамерофф, będą silnie zależeć od ich otoczenia i "декогерировать niemal natychmiast". Ale spiny jąder nie jest tak silnie oddziałują z otoczeniem.

A jednak kwantowej zachowanie spinów jąder fosforu powinno być "chronione" od декогеренции.

U kwantowych cząstek może być inny spin

Może się To zdarzyć, mówi Fisher, jeśli atomy fosforu zostaną włączone w większe obiekty, które są nazwane "molekułami Познера". Są to klastry z sześciu fosforu jonów w połączeniu z dziewięciu jonami wapnia. Istnieją pewne wskazówki, że takie cząsteczki mogą być w żywych komórkach, ale dopóki nie są bardzo przekonujące.

W molekułach Познера, twierdzi Fischer, pleców fosforu mogą oprzeć декогеренции w ciągu dnia lub więcej, nawet w żywych komórkach. W konsekwencji mogą wpływać na pracę mózgu.

Pomysł w tym, że molekuły Познера mogą być wchłaniane przez neurony. Wewnątrz cząsteczki będą aktywować sygnał do innego нейрону, rozkładające się i uwalnia jony wapnia. Ze względu na zaangażowanie w molekułach Познера, dwa takie sygnału mogą być mylące z kolei w pewnym sensie, to będzie kwantowej superpozycji "myśli". "Jeśli kwantowa traktowanie z jądrowymi plecami rzeczywiście są obecne w mózgu, byłaby niezwykle powszechne, co dzieje się na stałe", mówi Fisher.

Po raz Pierwszy ten pomysł przyszedł do niego w głowę, kiedy on przejmował się choroby psychiczne.

Kapsułka węglanu litu

"Moje wprowadzenie do biochemii mózgu zaczęło się, gdy postanowiłem trzy-cztery lata temu zwiedzania, jak i dlaczego jonów litu ma taki radykalny wpływ w leczeniu schorzeń psychicznych odchyleń", mówi Fisher.

Litowych leki powszechnie stosowane w leczeniu choroby afektywnej dwubiegunowej. Pracują, ale tak naprawdę nikt nie wie dlaczego.

"Ja nie szukałem kwantowej wyjaśnienie, mówi Fisher. Ale potem natknął się na pracę, w której sugerowano, że preparaty litu miały różny wpływ na zachowanie szczurów w zależności od tego, jaka forma — lub "izotop" — litu używana.

Na Początku to zastanawia naukowców. Z chemicznego punktu widzenia, różne izotopy zachowują się prawie tak samo, więc jeśli akumulator litowo pracował jako zwykły lek, izotopy muszą mieć ten sam efekt.

komórki Nerwowe związane z synaps

Ale Fischer sobie sprawę, że jądra atomów różnych izotopów litu mogą mieć różne pleców. To kwantowej właściwość może mieć wpływ na to, jak działają preparaty na bazie litu. Na przykład, jeśli akumulator litowo zastępuje wapń w molekułach Познера, pleców litu mogą mieć wpływ na atomy fosforu i utrudniać ich splątanie.

Jeśli to prawda, tomoże i wyjaśnić, dlaczego litowo może leczyć choroby afektywnej dwubiegunowej.

W tej chwili hipoteza Fishera jest nie więcej niż ciekawy pomysł. Ale istnieje kilka sposobów, aby ją sprawdzić. Na przykład, co pleców fosforu w molekułach Познера mogą zapisywać kwantową spójności przez długi czas. To Fischer i planuje sprawdzić dalej.

A jednak boi się być związanym z wcześniejszymi wyobrażeniami o "kwantowej świadomości", które uważa, że w najlepszym przypadku spekulacyjnymi.

Świadomość — głęboka tajemnica

Fizyki nie bardzo lubią spędzać wewnątrz swoich teorii. Wielu z nich ma nadzieję, że świadomość i mózg będzie można wyciągnąć z teorii kwantowej, a może i na odwrót. Ale przecież nie wiemy, co to jest świadomość, nie mówiąc już o tym, że u nas nie ma teorii, która go opisuje.

Ponadto, od czasu do czasu padają głośne okrzyki, że mechanika kwantowa pozwala nam opanować zdolności telepatyczne i telekineza (i choć gdzieś w głębi koncepcji może być tak, że ludzie rozumieją wszystko zbyt dosłownie). Dlatego fizyki w ogóle boją się wspominać słowa "kwantowy" i "świadomość" w jednym zdaniu.

W 2016 roku Adrian Kent z uniwersytetu w Cambridge w wielkiej Brytanii, jeden z najbardziej szanowanych "kwantowych filozofów", zasugerował, że świadomość może zmieniać zachowanie kwantowych systemów cienkie, ale dość обнаружимым sposób. Kent bardzo ostrożny w swoich wypowiedziach. "Nie ma przekonujących powodów, by sądzić, że kwantowa teoria jest właściwa teoria, z której można wysunąć teorię świadomości, lub że problemy teorii kwantowej muszą pokrywać się z problemem świadomości", przyznaje on.

Ale dodaje, że nie jest jasne, jak można wywnioskować opis świadomość, opierając się wyłącznie na доквантовой fizyki, jak opisać wszystkie jego właściwości i cechy.

nie rozumiemy, jak działa myśli

Jeden szczególnie niepokojące pytanie — jak nasz świadomy umysł może doświadczyć wrażeń w rodzaju czerwonego koloru lub zapachu smażenia mięsa. Jeśli nie liczyć ludzi z wadami wzroku, wszyscy wiemy, na co wygląda jak czerwony, ale nie możemy przekazać to uczucie, a w fizyce nie ma nic, co mogłoby nam powiedzieć, jak to wygląda.

Uczucia jak te nazywają "квалиа". Postrzegamy je jako jednolite właściwości świata zewnętrznego, ale w rzeczywistości są one produktami naszej świadomości — i to jest trudne do wyjaśnienia. W 1995 roku filozof David Chalmers nazwał to "ciężkie problemem" świadomości.

"Każda myślowa łańcuch o związku świadomości z fizyki prowadzi do poważnych problemów", mówi Kent.

To skłoniło go założyć, że "moglibyśmy osiągnąć jakiś postęp w zrozumieniu problemu ewolucji świadomości, gdyby dopuścili się (przynajmniej po prostu popełnił), że świadomość zmienia kwantowe prawdopodobieństwo".

Innymi słowy, mózg może naprawdę wpłynąć na wyniki pomiarów.

Z tego punktu widzenia, nie określa, "co jest prawdziwe". Ale on może mieć wpływ na prawdopodobieństwo, że każda z możliwych rzeczywistości, narzuconych mechaniki kwantowej, będą przestrzegane. Tego nie jest w stanie przewidzieć nawet sama kwantowa teoria. I Kent uważa, że możemy znaleźć takie przejawy eksperymentalnie. Nawet odważnie ocenia szanse je znaleźć.

"Ja bym zasugerował z 15-procentową pewnością, że świadomość powoduje odchylenia od teorii kwantowej; i jeszcze 3-procentowej — co możemy doświadczalnie potwierdzić to w następne 50 lat", mówi.

Jeśli to się stanie, świat już nie będzie takie samo. A dla tego warto zbadać.