Nikto nechápe, čo je vedomie a ako to funguje. Ani kvantová mechanika nerozumie nikto. Mohlo by to byť viac ako len náhoda? „Nemôžem identifikovať skutočný problém, takže mám podozrenie, že neexistuje žiadny skutočný problém, ale nie som si istý, či nie je skutočný problém.“Americký fyzik Richard Feynman to povedal o záhadných paradoxoch kvantovej mechaniky. Dnešní fyzici používajú túto teóriu na opis najmenších objektov vo vesmíre. To isté však mohol povedať o zložitom probléme vedomia.
Niektorí vedci si myslia, že vedomie už chápeme alebo je to len ilúzia. Ale mnohí iní si myslia, že sme sa ani nedostali blízko k podstate vedomia.
Vytrvalá hádanka nazývaná „vedomie“dokonca viedla niektorých vedcov, aby sa pokúsili vysvetliť to pomocou kvantovej fyziky. Ich horlivosť sa však stretla s veľkým skepticizmom, a to nie je prekvapujúce: zdá sa byť neprimerané vysvetliť jednu hádanku s druhou.
Takéto nápady však nikdy nie sú absurdné, ba dokonca ani zo stropu.
Na jednej strane, až na zúfalstvo fyzikov, myseľ spočiatku odmietla pochopiť počiatočnú kvantovú teóriu. Okrem toho sa predpokladá, že kvantové počítače sú schopné vecí, ktoré bežné počítače nedokážu. To nám pripomína, že naše mozgy sú stále schopné prekonať umelú inteligenciu. „Kvantové vedomie“je všeobecne zosmiešňované ako mystický nezmysel, ale nikto ho nedokázal úplne rozptýliť.
Kvantová mechanika je najlepšia teória, ktorú máme na opísanie sveta na úrovni atómov a subatomárnych častíc. Asi najslávnejšie z jeho záhad je skutočnosť, že výsledok kvantového experimentu sa môže zmeniť v závislosti od toho, či sa rozhodneme zmerať vlastnosti častíc, ktoré sa na ňom podieľajú alebo nie.
Keď priekopníci kvantovej teórie prvýkrát objavili tento „účinok pozorovateľa“, boli vážne znepokojení. Zdalo sa, že podkopáva predpoklad, ktorý je základom celej vedy: že existuje objektívny svet, nezávislý od nás. Ak sa svet správa podľa toho, ako - alebo ak - sa na to pozeráme, čo by vlastne „realita“znamenala?
Propagačné video:
Niektorí vedci boli nútení dospieť k záveru, že objektivita je ilúzia a že vedomie musí zohrávať aktívnu úlohu v kvantovej teórii. Iní v tom jednoducho nevideli žiadny zdravý rozum. Napríklad Albert Einstein bol naštvaný: existuje mesiac iba vtedy, keď sa na to pozriete?
Niektorí fyzici dnes majú podozrenie, že to nie je to, že vedomie ovplyvňuje kvantovú mechaniku …, ale že vďaka tomu došlo. Veria, že potrebujeme kvantovú teóriu, aby sme pochopili, ako mozog vôbec funguje. Je možné, že rovnako ako kvantové objekty môžu byť súčasne na dvoch miestach, tak kvantový mozog môže súčasne znamenať dve vzájomne sa vylučujúce veci?
Tieto myšlienky sú kontroverzné. Môže sa ukázať, že kvantová fyzika nemá nič spoločné s fungovaním vedomia. Prinajmenšom však dokazujú, že čudná kvantová teória nás núti myslieť si čudné veci.
Najlepšie zo všetkého je, že kvantová mechanika sa dostáva do ľudského vedomia prostredníctvom experimentu s dvoma štrbinami. Predstavte si lúč svetla dopadajúci na obrazovku s dvoma tesne rozmiestnenými paralelnými štrbinami. Časť svetla prechádza štrbinami a padá na inú obrazovku.
Svetlo môžete považovať za vlnu. Keď vlny prechádzajú dvoma štrbinami, ako v experimente, vzájomne sa zrážajú - rušia sa. Ak sa ich vrcholy zhodujú, navzájom sa posilňujú, čo vedie k sérii čiernych a bielych pruhov svetla na druhej čiernej obrazovke.
Tento experiment sa použil na preukázanie vlnovej povahy svetla viac ako 200 rokov predtým, ako sa objavila kvantová teória. Potom sa uskutočnil experiment s dvojitou štrbinou s kvantovými časticami - elektrónmi. Sú to malé nabité častice, zložky atómu. Nepochopiteľným spôsobom, ale tieto častice sa môžu správať ako vlny. To znamená, že sú rozptyľované, keď prúd častíc prechádza dvoma štrbinami, čo vytvára interferenčný obrazec.
Teraz predpokladajme, že kvantové častice prechádzajú štrbinami jeden po druhom a ich príchod na obrazovku bude tiež pozorovaný krok za krokom. Teraz nie je nič zrejmé, čo by spôsobilo, že by častice zasahovali do svojej cesty. Obraz nárazov častíc však bude stále ukazovať strapce.
Všetko naznačuje, že každá častica súčasne prechádza štrbinami a interferuje so sebou samým. Táto kombinácia týchto dvoch ciest je známa ako stav superpozície.
Ale toto je zvláštne.
Ak umiestnime detektor do jednej zo štrbín alebo za ňu, môžeme zistiť, či častice prechádzajú alebo nie. V tomto prípade však rušenie zmizne. Samotná skutočnosť, že sa sleduje dráha častice - aj keď by toto pozorovanie nemalo zasahovať do pohybu častice - mení výsledok.
Fyzik Pascual Jordan, ktorý spolupracoval s kvantovým guru Nielsom Bohrom v Kodani v 20. rokoch 20. storočia, to povedal takto: „Pozorovania nielen porušujú to, čo by sa malo merať, ale určujú to … Nútime kvantovú časticu, aby si vybrala určitú pozíciu.“Inými slovami, Jordánsko hovorí, že „robíme vlastné merania.“
Ak áno, objektívna realita môže byť jednoducho vyhodená z okna.
Ale zvláštnosti tu nekončia.
Ak príroda zmení svoje správanie v závislosti od toho, či sa pozeráme alebo nie, môžeme to skúsiť otočiť okolo našich prstov. Aby sme to dosiahli, mohli sme zmerať, ktorou cestou sa častica uberá, keď prechádza dvojitou štrbinou, ale iba po jej prechodu. Do tej doby by sa už mala „rozhodnúť“, či prejde jednou cestou alebo oboma.
Americký fyzik John Wheeler navrhol takýto experiment v 70. rokoch a počas nasledujúcich desiatich rokov sa uskutočnil experiment s „oneskoreným výberom“. Používa šikovné metódy na meranie dráh kvantových častíc (zvyčajne ľahkých častíc - fotónov) po výbere jednej cesty alebo superpozície dvoch.
Ukázalo sa, že, ako Bohr predpovedal, nezáleží na tom, či merania oneskoríme alebo nie. Pokiaľ merame dráhu fotónu predtým, ako narazí a zaregistruje sa v detektore, nedochádza k žiadnemu rušeniu. Zdá sa, že príroda „vie“nielen vtedy, keď vykukujeme, ale aj keď plánujeme vykukovať.
Eugene Wigner
Kedykoľvek v týchto experimentoch objavíme cestu kvantovej častice, jej oblak možných ciest sa „zmenšuje“do jedného dobre definovaného stavu. Okrem toho oneskorený experiment naznačuje, že samotný akt pozorovania bez fyzického zásahu spôsobeného meraním môže spôsobiť kolaps. Znamená to, že skutočný kolaps nastane iba vtedy, keď výsledok merania dosiahne naše vedomie?
Túto možnosť navrhol v 30. rokoch maďarský fyzik Eugene Wigner. „Z toho vyplýva, že kvantový popis objektov je ovplyvňovaný dojmami vstupujúcimi do môjho vedomia,“napísal. „Solipsizmus môže byť logicky konzistentný s kvantovou mechanikou.“
Wheeler bol dokonca pobavený myšlienkou, že prítomnosť živých vecí schopných „pozorovania“transformovala to, čo predtým bolo veľkým množstvom možnej kvantovej minulosti, na jeden konkrétny príbeh. V tomto zmysle, Wheeler hovorí, sme sa stali účastníkmi vývoja vesmíru od samého začiatku. Podľa neho žijeme v „spoluúčinnom vesmíre“.
Fyzici si stále nemôžu zvoliť najlepšiu interpretáciu týchto kvantových experimentov a do určitej miery ste na to oprávnení. Ale tak či onak, podtext je zrejmý: vedomie a kvantová mechanika sú nejakým spôsobom spojené.
Začiatkom osemdesiatych rokov anglický fyzik Roger Penrose navrhol, že toto spojenie by mohlo fungovať iným smerom. Povedal, že či vedomie ovplyvňuje kvantovú mechaniku alebo nie, možno je do vedomia zapojená aj kvantová mechanika.
Fyzik a matematik Roger Penrose
A Penrose sa tiež pýtal: čo keď v našom mozgu sú molekulárne štruktúry, ktoré môžu zmeniť ich stav v reakcii na jednu kvantovú udalosť? Môžu tieto štruktúry nadobudnúť superpozičný stav, ako častice v experimente s dvojitou štrbinou? Mohli by sa tieto kvantové superpozície prejaviť v spôsobe, akým neuróny komunikujú prostredníctvom elektrických signálov?
Možno, ako povedala Penrose, naša schopnosť udržiavať zdanlivo nekompatibilné duševné stavy nie je vnemom vnímania, ale skutočným kvantovým efektom?
Ľudský mozog sa napokon zdá byť schopný spracovať kognitívne procesy, ktoré sú stále oveľa lepšie ako digitálne počítače. Môžeme byť dokonca schopní vykonávať výpočtové úlohy, ktoré nemožno vykonať na bežných počítačoch pomocou klasickej digitálnej logiky.
Penrose najprv navrhol, že kvantové účinky sú prítomné v ľudskej mysli v jeho knihe z roku 1989 The Emperor's New Mind. Jeho hlavnou myšlienkou bolo „zredukované objektívne zníženie“. Objektívne zníženie podľa Penrose znamená, že kolaps kvantovej interferencie a superpozície je skutočný fyzikálny proces, ako praskajúca bublina.
Organizované zníženie cieľa sa spolieha na predpoklad Penrose, že gravitácia, ktorá ovplyvňuje každodenné predmety, stoličky alebo planéty, nevykazuje kvantové účinky. Penrose verí, že kvantová superpozícia sa stáva nemožnou pre objekty väčšie ako atómy, pretože ich gravitačný vplyv by potom viedol k existencii dvoch nekompatibilných verzií spacetime.
Potom Penrose rozvinula túto myšlienku s americkým lekárom Stuartom Hameroffom. Vo svojej knihe Shadows of the Mind (1994) navrhol, že štruktúrami zahrnutými do tohto kvantového poznania môžu byť proteínové vlákna - mikrotubuly. Nachádzajú sa vo väčšine našich buniek, vrátane neurónov mozgu. Penrose a Hameroff tvrdili, že počas procesu oscilácie môžu mikrotubuly nadobudnúť stav kvantovej superpozície.
Nič však nenaznačuje, že je to vôbec možné.
Predpokladalo sa, že myšlienka kvantových superpozícií v mikrotubuloch bude podporená experimentmi navrhnutými v roku 2013, ale v skutočnosti tieto štúdie nespomínali kvantové účinky. Väčšina výskumníkov sa okrem toho domnieva, že myšlienka organizovaného zníženia cieľov bola odhalená štúdiou uverejnenou v roku 2000. Fyzik Max Tegmark vypočítal, že kvantové superpozície molekúl zapojených do nervových signálov by nemohli existovať ani v okamihu potrebnom na prenos signálu.
Kvantové efekty, vrátane superpozície, sú veľmi krehké a sú zničené v procese nazývanom decoherence. Tento proces je spôsobený interakciami kvantového objektu s jeho prostredím, pretože jeho „kvantové“uniká.
Ozdoba bola považovaná za extrémne rýchlu v teplom a vlhkom prostredí, ako sú živé bunky.
Nervové signály sú elektrické impulzy spôsobené prechodom elektricky nabitých atómov stenami nervových buniek. Ak bol jeden z týchto atómov v superpozícii a potom sa zrazil s neurónom, Tegmark ukázal, že superpozícia by sa mala rozpadnúť za menej ako jednu miliardtinu miliardtiny sekundy. Trvá desať tisíc biliónov krát, kým neurón vydá signál.
Preto skeptici netestujú predstavy o kvantových účinkoch v mozgu.
Penrose však vytrvalo trvá na hypotéze OER. A napriek predikcii ultrarychlej dekódovania Tegmark v bunkách, iní vedci našli prejavy kvantových efektov v živých veciach. Niektorí tvrdia, že kvantovú mechaniku používajú migrujúci vtáci, ktorí používajú magnetickú navigáciu, a zelené rastliny, keď používajú slnečné svetlo na výrobu cukru prostredníctvom fotosyntézy.
To znamená, že myšlienka, že mozog môže použiť kvantové triky, odmieta odísť. Pretože našli ďalší argument v jeho prospech.
Dokáže si fosfor udržať kvantový stav?
V štúdii z roku 2015, fyzik Matthew Fisher z Kalifornskej univerzity, Santa Barbara tvrdila, že mozog môže obsahovať molekuly, ktoré vydržia silnejšie kvantové superpozície. Konkrétne sa domnieva, že jadro atómov fosforu môže mať túto schopnosť. Atómy fosforu sa nachádzajú všade v živých bunkách. Často majú formu fosfátových iónov, v ktorých sa jeden atóm fosforu kombinuje so štyrmi atómami kyslíka.
Takéto ióny sú hlavnou jednotkou energie v bunkách. Väčšina energie bunky je uložená v molekulách ATP, ktoré obsahujú sekvenciu troch fosfátových skupín pripojených k organickej molekule. Keď je jeden z fosfátov odrezaný, uvoľní sa energia, ktorú používa bunka.
Bunky majú molekulárne stroje na zostavenie fosfátových iónov do zhlukov a ich rozpad. Fisher navrhol schému, v ktorej sa dva fosfátové ióny môžu umiestniť do superpozície určitého druhu: do zapleteného stavu.
Jadrá fosforu majú kvantovú vlastnosť - spin -, vďaka ktorej vyzerajú ako malé magnety s pólmi smerujúcimi v určitých smeroch. V zapletenom stave závisí rotácia jedného jadra fosforu od druhého. Inými slovami, zapletené stavy sú stavy superpozície zahŕňajúce viac ako jednu kvantovú časticu.
Fisher tvrdí, že kvantové mechanické správanie týchto jadrových spinov môže pôsobiť proti dekódovaniu. Súhlasí s Tegmarkom, že kvantové vibrácie, o ktorých hovorili Penrose a Hameroff, budú veľmi závisieť od ich okolia a „takmer okamžite sa odfarbia“. Točenie jadier však neovplyvňuje tak silno s prostredím.
A predsa musí byť kvantové správanie sa spinov jadier fosforu „chránené“pred odfarbením.
Kvantové častice môžu mať rôzne rotácie
To by sa mohlo stať, hovorí Fischer, ak sa atómy fosforu začlenia do väčších objektov nazývaných „Posnerove molekuly“. Sú to zhluky šiestich fosfátových iónov kombinované s deviatimi vápenatými iónmi. Existujú náznaky, že také molekuly môžu byť v živých bunkách, ale zatiaľ nie sú príliš presvedčivé.
Fischer tvrdí, že v molekulách Posnera točenia fosforu dokážu odolať decoherencii na jeden deň, dokonca aj v živých bunkách. Preto môžu tiež ovplyvniť fungovanie mozgu.
Ide o to, že Posnerove molekuly môžu absorbovať neuróny. Keď sú vo vnútri, molekuly aktivujú signál do iného neurónu, rozpadnú sa a uvoľnia ióny vápnika. V dôsledku zapletenia v Posnerových molekulách sa môžu dva z týchto signálov zaplniť postupne: nejakým spôsobom to bude kvantová superpozícia „myslenia“. „Ak je v mozgu skutočne prítomné kvantové spracovanie pomocou jadrových spinov, bolo by to veľmi bežné a stalo by sa to neustále,“hovorí Fisher.
Tento nápad k nemu prišiel prvýkrát, keď premýšľal o duševnej chorobe.
Tobolka z uhličitanu lítneho
„Môj úvod do biochémie mozgu sa začal, keď som sa pred tromi až štyrmi rokmi rozhodol, že budem skúmať, ako a prečo má lítium-ión taký radikálny účinok pri liečbe problémov duševného zdravia,“hovorí Fischer.
Lieky lítiové sa široko používajú na liečbu bipolárnej poruchy. Fungujú, ale nikto nevie prečo.
"Nechcel som hľadať kvantové vysvetlenie," hovorí Fisher. Potom však narazil na článok, ktorý opisuje, ako lítiové prípravky mali rôzne účinky na správanie sa potkanov v závislosti od toho, ktorá forma - alebo „izotop“- lítia bola použitá.
Na začiatku to zmätení vedci. Chemicky sa rôzne izotopy správajú rovnakým spôsobom, takže ak lítium fungovalo ako bežný liek, izotopy museli mať rovnaký účinok.
Nervové bunky sú spojené so synapsiami
Fischer si však uvedomil, že jadrá atómov rôznych izotopov lítia môžu mať rôzne otočky. Táto kvantová vlastnosť môže ovplyvniť fungovanie liekov na báze lítia. Napríklad, ak lítium nahradí vápnik v molekulách Posnera, jeho roztoče môžu mať vplyv na atómy fosforu a zabrániť ich zapleteniu.
Ak je to pravda, mohlo by to tiež vysvetliť, prečo môže lítium liečiť bipolárnu poruchu.
V tomto bode Fischerov odhad nie je nič viac ako zaujímavý nápad. Existuje však niekoľko spôsobov, ako to skontrolovať. Napríklad, že rotácie fosforu v Posnerových molekulách si môžu udržať kvantovú koherenciu po dlhú dobu. Toto je Fisher a plánuje to ďalej skontrolovať.
Je však opatrný, keď sa spája s predchádzajúcimi koncepciami „kvantového vedomia“, ktoré považuje prinajlepšom za špekulatívne.
Vedomie je hlboké tajomstvo
Fyzici nie sú veľmi radi, že sú vo svojich vlastných teóriách. Mnohí z nich dúfajú, že vedomie a mozog sa dajú získať z kvantovej teórie a možno naopak. Ale nevieme, čo je vedomie, nieto o tom, že nemáme teóriu, ktorá by ho opísala.
Okrem toho sú občas hlasné výkriky, že kvantová mechanika nám umožní zvládnuť telepatiu a telekinézu (hoci hoci niekde v hĺbke konceptov to môže byť, ľudia berú všetko doslova). Preto sa fyzici vo všeobecnosti obávajú spomenúť slová „kvantové“a „vedomie“v jednej vete.
V roku 2016 Adrian Kent z University of Cambridge vo Veľkej Británii, jeden z najuznávanejších „kvantových filozofov“, navrhol, že vedomie môže jemne, ale zistiteľným spôsobom zmeniť správanie kvantových systémov. Kent je vo svojich vyhláseniach veľmi opatrný. „Neexistuje žiadny presvedčivý dôvod domnievať sa, že kvantová teória je vhodná teória, z ktorej je možné vyvodiť teóriu vedomia, alebo že problémy kvantovej teórie sa musia nejako prekrývať s problémom vedomia,“pripúšťa.
Dodáva však, že je úplne nepochopiteľné, ako môžete odvodiť opis vedomia, ktorý je založený výlučne na predkvantovej fyzike, ako opísať všetky jeho vlastnosti a vlastnosti.
Nerozumieme, ako fungujú myšlienky
Jednou obzvlášť znepokojivou otázkou je, ako môže naša vedomá myseľ zažiť jedinečné pocity, ako je červená alebo vôňa praženia mäsa. Okrem ľudí so zrakovým postihnutím všetci vieme, ako červená vyzerá, ale tento pocit nemôžeme vyjadriť a vo fyzike nám nič nevie, ako to vyzerá.
Takéto pocity sa nazývajú qualia. Považujeme ich za jednotné vlastnosti vonkajšieho sveta, ale v skutočnosti sú produktmi nášho vedomia - a to je ťažké vysvetliť. V roku 1995 to nazval filozof David Chalmers „tvrdým problémom“vedomia.
„Akýkoľvek reťaz myslenia o prepojení medzi vedomím a fyzikou vedie k vážnym problémom,“hovorí Kent.
Toto ho viedlo k tomu, aby naznačil, že „mohli by sme urobiť určitý pokrok v porozumení problému vývoja vedomia, ak by sme pripustili (aspoň len pripustili), že vedomie mení kvantové pravdepodobnosti.“
Inými slovami, mozog môže skutočne ovplyvniť výsledky merania.
Z tohto hľadiska nedefinuje „čo je skutočné“. Môže to však ovplyvniť pravdepodobnosť, že bude dodržaná každá z možných skutočností uložených kvantovou mechanikou. Ani kvantová teória sama o sebe to nemôže predpovedať. A Kent si myslí, že by sme mohli takéto prejavy experimentovať. Aj odvážne hodnotí šance na ich nájdenie.
„S 15 percentnou istotou by som predpokladal, že vedomie spôsobuje odchýlky od kvantovej teórie; a ďalšie 3 percentá, ktoré to experimentálne potvrdíme v nasledujúcich 50 rokoch, “hovorí.
Ak sa tak stane, svet nebude rovnaký. Za to stojí za to preskúmať.
ILYA KHEL