Можно ли объяснить сознание с помощью квантовой физики?

Можнолиобъяснитьсознаниеспомощьюквантовойфизики

Один из самых важных открытых вопросов в науке – как устроено наше сознание. В 1990 s, задолго до победы 10865 Обладатель Нобелевской премии по физике за предсказание черных дыр, физик Роджер Пенроуз объединился с анестезиологом Стюартом Хамероффом, чтобы предложить амбициозный ответ.

Они утверждали , что нейронная система мозга образует сложную сеть и что сознание, которое она производит, должно подчиняться правилам квантовая механика – теория, определяющая, как движутся крошечные частицы, такие как электроны. Они утверждают, что это могло объяснить загадочную сложность человеческого сознания.

Пенроуза и Хамероффа встретили с недоверием. Законы квантовой механики обычно применяются только при очень низких температурах . Квантовые компьютеры, например, в настоящее время работают в районе – 440 ° С . При более высоких температурах преобладает классическая механика. Поскольку наше тело работает при комнатной температуре, можно ожидать, что оно подчиняется классическим законам физики. По этой причине многие ученые полностью отвергли теорию квантового сознания, хотя другие убедил сторонников .

Вместо того, чтобы участвовать в этой дискуссии, я решил объединить усилия с коллегами из Китая во главе с профессором Сянь-Минь Цзинь из Шанхайского университета Цзяотун, чтобы проверить некоторые принципы, лежащие в основе квантовой теории сознания.

В нашей новой статье мы исследовали, как квантовые частицы могут двигаться в сложной структуре, такой как мозг – но в лабораторных условиях. Если наши открытия однажды можно будет сравнить с активностью, измеренной в мозге, мы сможем приблизиться на один шаг к подтверждению или отклонению противоречивой теории Пенроуза и Хамероффа .

Мозги и фракталы

Наш мозг состоит из клетки, называемые нейронами, и их совокупная активность, как полагают, генерирует сознание. Каждый нейрон содержит микротрубочки , которые транспортируют вещества к различным частям клетки. Теория квантового сознания Пенроуза-Хамероффа утверждает, что микротрубочки структурированы в виде фрактальной структуры , которая позволяет протекать квантовым процессам

Фракталы – это структуры, которые не являются ни двумерными, ни трехмерными, а представляют собой некую промежуточную дробную величину. В математике фракталы представляют собой красивые узоры , которые повторяются бесконечно, порождая то, что кажется невозможным: структуру, имеющую конечную площадь, но бесконечный периметр.


Подробнее: Объяснитель: что такое фракталы?

Это может показаться невозможным для визуализации, но фракталы на самом деле часто встречаются в природе. . Если вы внимательно посмотрите на соцветия цветной капусты или ветки из папоротника , вы увидите, что они оба сделаны одной и той же основной формы, повторяющейся снова и снова, но в все меньших и меньших масштабах. Это ключевая характеристика фракталов.

То же самое происходит, если вы заглядываете внутрь своего тела: структура ваши легкие , например, фрактальны, как и кровеносные сосуды в вашей системе кровообращения. Фракталы также присутствуют в очаровательных повторяющихся произведениях искусства MC Escher и Джексон Поллок , и они десятилетиями использовались в технологии, например, в конструкции антенн . Все это примеры классических фракталов – фракталов, подчиняющихся законам классической физики, а не квантовой физики.

A fractal Escher artwork A fractal Escher artwork
Это расширение предела круга Эшера III демонстрирует его фрактальную, повторяющуюся природу. Владимир-Булатов / Deviantart , CC BY-NC-SA

Легко понять, почему фракталы использовались для объяснения сложности человеческого сознания. Поскольку они бесконечно сложны, позволяя сложности возникать из простых повторяющихся шаблонов, они могут быть структурами, поддерживающими таинственные глубины нашего разума.

Но если это так, то это могло происходить только на квантовом уровне, когда крошечные частицы двигались во фрактальных структурах внутри нейронов мозга. Вот почему предложение Пенроуза и Хамероффа называется теорией «квантового сознания».

Квантовое сознание

Мы еще не можем для измерения поведения квантовых фракталов в мозгу – если они вообще существуют. Но передовые технологии означают, что теперь мы можем измерять квантовые фракталы в лаборатории. В недавнем исследовании с участием в сканирующем туннельном микроскопе (СТМ), мои коллеги из Утрехта и я аккуратно расположили электроны во фрактальном узоре, создав квантовый фрактал.

Когда мы затем измерили волновую функцию электронов, которая описывает их квантовое состояние, мы обнаружили, что они тоже жили во фрактальной размерности, продиктованной созданным нами физическим паттерном. В данном случае шаблон, который мы использовали на квантовой шкале, был Треугольник Серпинского , который представляет собой форму, находящуюся где-то между одномерным и двухмерным.

Это было захватывающее открытие, но методы СТМ не могут исследовать, как движутся квантовые частицы, что могло бы рассказать нам больше о том, как квантовые процессы могут происходить в мозгу. Итак, в нашем последнем исследовании мы с моими коллегами из Шанхайского университета Цзяотун сделали еще один шаг вперед. Используя современные эксперименты по фотонике, мы смогли выявить квантовое движение, происходящее внутри фракталов, с беспрецедентной детализацией.

Мы достигли этого с помощью инжекция фотонов (частиц света) в искусственный чип, который был тщательно сконструирован в крошечный треугольник Серпинского. Мы впрыснули фотоны в вершину треугольника и наблюдали, как они распространяются по его фрактальной структуре в процессе, называемом квантовый транспорт . Затем мы повторили этот эксперимент с двумя разными фрактальными структурами, каждая из которых имеет форму квадрата, а не треугольника. И в каждой из этих структур мы провели сотни экспериментов.

A fractal Escher artwork
Мы также провели эксперименты с квадратным фракталом, называемым ковром Серпинского. A repeating square fractal Johannes Rössel / wikimedia

Наши наблюдения в ходе этих экспериментов показывают, что квантовые фракталы на самом деле ведут себя по-другому. путь к классическим. В частности, мы обнаружили, что распространение света через фрактал в квантовом случае регулируется другими законами по сравнению с классическим случаем.

Это новое знание квантовых фракталов может стать основой для ученых. экспериментально проверить теорию квантового сознания. Если в один прекрасный день квантовые измерения будут взяты из человеческого мозга, их можно будет сравнить с нашими результатами, чтобы определенно решить, является ли сознание классическим или квантовым явлением.

Наша работа также может иметь серьезные последствия. в научных областях. Изучая квантовый перенос в наших искусственно созданных фрактальных структурах, мы, возможно, сделали первые крошечные шаги к объединению физики, математики и биологии, что могло бы значительно обогатить наше понимание мира вокруг нас, а также мира, который существует в наших головах. .

Leave a comment

Your email address will not be published. Required fields are marked *

one × 5 =