Никой не разбира какво е съзнанието и как работи. Никой също не разбира квантовата механика. Може ли това да е повече от просто съвпадение? "Не мога да идентифицирам истинския проблем, така че подозирам, че няма реален проблем, но не съм сигурен, че няма истински проблем." Американският физик Ричард Фейнман каза това за мистериозните парадокси на квантовата механика. Днес физиците използват тази теория, за да опишат най-малките предмети във Вселената. Но той можеше да каже същото за сложния проблем на съзнанието.
Някои учени смятат, че ние вече разбираме съзнанието или че това е просто илюзия. Но много други смятат, че дори не сме се доближили до същността на съзнанието.
Многогодишен пъзел, наречен „съзнание“, дори накара някои учени да се опитат да го обяснят с помощта на квантова физика. Но усърдието им бе посрещнато с доста скептицизъм и това не е изненадващо: изглежда неразумно да се обяснява една загадка с друга.
Но такива идеи никога не са абсурдни и дори не са от тавана.
От една страна, много за ужас на физиците, умът първоначално отказва да разбере ранната квантова теория. Освен това се предполага, че квантовите компютри са способни на неща, които конвенционалните компютри не могат. Това ни напомня, че мозъкът ни все още е способен на подвизи извън обсега на изкуствения интелект. „Квантовото съзнание“се осмива широко като мистична глупост, но никой не успя да го разсее напълно.
Квантовата механика е най-добрата теория, която имаме за описание на света на ниво атоми и субатомни частици. Може би най-известната от неговите загадки е фактът, че резултатът от квантов експеримент може да се промени в зависимост от това дали решаваме да измерим свойствата на частиците, участващи в него, или не.
Когато пионерите на квантовата теория откриха за пръв път този „наблюдателен ефект“, те се тревожиха сериозно. Изглежда, че подкопава предположението, залегнало в основата на цялата наука: че има обективен свят, независим от нас. Ако светът наистина се държи в зависимост от това как - или ако - ние гледаме на това, какво всъщност би означавало „реалността“?
Промоционално видео:
Някои учени са принудени да заключат, че обективността е илюзия и че съзнанието трябва да играе активна роля в квантовата теория. Други просто не виждаха здрав разум в това. Например Алберт Айнщайн се дразни: Луната съществува ли само когато я гледате?
Днес някои физици подозират, че не е, че съзнанието влияе на квантовата механика …, а че дори е възникнало благодарение на него. Те смятат, че може да ни е необходима квантова теория, за да разберем как работи мозъкът изобщо. Възможно ли е също така, както квантовите обекти могат да бъдат на две места едновременно, така и квантовият мозък може едновременно да означава две взаимно изключващи се неща?
Тези идеи са противоречиви. Може да се окаже, че квантовата физика няма нищо общо с работата на съзнанието. Но поне те демонстрират, че странната квантова теория ни кара да мислим странни неща.
Най-хубавото е, че квантовата механика пробива в човешкото съзнание чрез експеримент с двойни прорези. Представете си лъч светлина, който удря екрана с две плътно разположени успоредни процепи. Част от светлината преминава през процепите и пада върху друг екран.
Можете да мислите за светлината като за вълна. Когато вълните преминават през две процепи, както в експеримент, те се сблъскват - пречат - една на друга. Ако върховете им съвпадат, те се подсилват взаимно, което води до поредица от черно-бели ивици светлина на втори черен екран.
Този експеримент е използван за показване на вълновата природа на светлината в продължение на повече от 200 години, преди да се появи квантовата теория. Тогава експериментът с двойна цепка се провежда с квантови частици - електрони. Това са мънички заредени частици, компоненти на атом. По неразбираем начин, но тези частици могат да се държат като вълни. Тоест, те се дифрактират, когато поток от частици преминава през две прорези, създавайки интерферентен модел.
Сега нека предположим, че квантовите частици преминават през процепите една по една и пристигането им на екрана също ще се наблюдава стъпка по стъпка. Сега няма нищо очевидно, което да накара частицата да се намеси в пътя си. Но картината на удрящите частици все пак ще покаже ресни.
Всичко показва, че всяка частица едновременно преминава през двете процепи и се намесва в себе си. Тази комбинация от двата пътя е известна като състояние на суперпозиция.
Но ето какво е странно.
Ако поставим детектора в една от процепите или зад него, бихме могли да разберем дали частици преминават през него или не. Но в този случай намесата изчезва. Самият факт на наблюдение на пътя на частица - дори това наблюдение да не пречи на движението на частицата - променя резултата.
Физикът Паскуал Джордан, който е работил с квантовия гуру Нийлс Бор в Копенхаген през 20-те години на ХХ век, го казва така: "Наблюденията не само нарушават онова, което трябва да бъде измерено, те го определят … Принуждаваме квантовата частица да избере определена позиция." С други думи, Джордан казва, че „правим собствени измервания“.
Ако е така, обективната реалност може просто да бъде изхвърлена през прозореца.
Но странностите не свършват дотук.
Ако природата промени поведението си в зависимост от това дали търсим или не, бихме могли да се опитаме да го завъртим около пръстите си. За целта можем да измерим кой път е поел частицата при преминаване през двойната цепка, но само след преминаването през нея. Дотогава тя вече трябва да "реши" дали да мине по един път или през двете.
Американски физик Джон Уилър предлага подобен експеримент през 70-те години на миналия век, а през следващите десет години се провежда експеримент със "забавен избор". Той използва умни методи за измерване на пътищата на квантовите частици (обикновено леки частици - фотони), след като избират един път или суперпозиция от два.
Оказа се, че както Бор прогнозира, няма значение дали ще забавим измерванията или не. Докато измерваме пътя на фотона, преди той да удари и да се регистрира в детектора, няма намеса. Изглежда, че природата "знае" не само когато надничаме, но и когато планираме да надникнем.
Юджийн Уигнър
Всеки път, когато в тези експерименти открием пътя на квантова частица, нейният облак от възможни маршрути се „свива“в едно добре дефинирано състояние. Освен това един забавен експеримент предполага, че самият акт на наблюдение, без никаква физическа намеса, причинена от измерването, може да причини срив. Означава ли това, че истинският срив се случва само когато резултатът от измерването достигне нашето съзнание?
Тази възможност е предложена през 1930 г. от унгарския физик Юджийн Вигнер. "От това следва, че квантовото описание на обектите се влияе от впечатленията, влизащи в съзнанието ми", пише той. "Солипсизмът може да бъде логично съвместим с квантовата механика."
Уилър дори се забавляваше от идеята, че присъствието на живи същества, способни да „наблюдават“, трансформира това, което преди беше множество от възможното квантово минало, в една конкретна история. В този смисъл, казва Уилър, ние ставаме участници в еволюцията на Вселената от самото начало. Според него живеем в „вселена на съучастници“.
Физиците все още не могат да изберат най-добрата интерпретация на тези квантови експерименти и до известна степен имате право да го направите. Но по един или друг начин подтекстът е очевиден: съзнанието и квантовата механика са свързани по някакъв начин.
В началото на 80-те години английският физик Роджър Пенроуз предполага, че тази връзка може да работи в друга посока. Той каза, че независимо дали съзнанието влияе на квантовата механика или не, може би квантовата механика участва в съзнанието.
Физик и математик Роджър Пенроуз
И Пенроуз също попита: ами ако в нашия мозък има молекулярни структури, които могат да променят състоянието си в отговор на едно квантово събитие? Могат ли тези структури да приемат състояние на суперпозиция, като частиците в експеримента с двойни процепи? Възможно ли е тези квантови суперпозиции да се проявят в начина, по който невроните комуникират чрез електрически сигнали?
Може би, каза Пенроуз, способността ни да поддържаме на пръв поглед несъвместими психични състояния не е перцептивен измисъл, а реален квантов ефект?
В крайна сметка човешкият мозък изглежда е в състояние да обработва познавателни процеси, които все още са много по-добри от цифровите компютри по отношение на възможностите. Възможно е дори да можем да изпълняваме изчислителни задачи, които не могат да се изпълняват на обикновените компютри, използвайки класическата цифрова логика.
Пенроуз първо предложи, че квантовите ефекти присъстват в човешкия ум в книгата му от 1989 г. Новият ум на императора. Основната му идея беше „организирано намаляване на целите“. Обективното намаляване, според Пенроуз, означава, че сривът на квантовата намеса и суперпозицията е истински физически процес, подобно на спукване на балон.
Оркестрираното намаляване на целите разчита на предположението на Пенроуз, че гравитацията, която засяга всекидневните предмети, столове или планети, не проявява квантови ефекти. Пенроуз вярва, че квантовата суперпозиция става невъзможна за обекти, по-големи от атомите, тъй като тяхното гравитационно влияние би довело до съществуването на две несъвместими версии на космическото време.
Тогава Пенроуз разработи тази идея с американския лекар Стюарт Хамеров. В своята книга Shadows of the Mind (1994) той предположи, че структурите, участващи в това квантово познание, могат да бъдат протеинови нишки - микротрубове. Те се намират в повечето от нашите клетки, включително невроните на мозъка. Пенроуз и Хамеров твърдят, че по време на процеса на трептене микротубулите могат да приемат състояние на квантова суперпозиция.
Но нищо не подсказва, че това изобщо е възможно.
Предполагаше се, че идеята за квантовите суперпозиции в микротрубовете ще бъде подкрепена от експерименти, предложени през 2013 г., но всъщност тези изследвания не споменават квантовите ефекти. Освен това повечето изследователи смятат, че идеята за оркестрирано обективно намаляване е развенчана от проучване, публикувано през 2000 г. Физикът Макс Тегмарк изчисли, че квантовите суперпозиции на молекули, участващи в невронни сигнали, няма да могат да съществуват дори за момента, необходим за предаване на сигнал.
Квантовите ефекти, включително суперпозицията, са много крехки и се унищожават в процес, наречен декохеренция. Този процес се дължи на взаимодействието на квантов обект със средата му, тъй като неговата "квантовост" изтича.
Смятало се, че декохеренцията е изключително бърза в топла и влажна среда, като живи клетки.
Нервните сигнали са електрически импулси, причинени от преминаването на електрически заредени атоми през стените на нервните клетки. Ако един от тези атоми беше в суперпозиция и след това се сблъска с неврон, Тегмарк показа, че суперпозицията трябва да се разпадне за по-малко от една милиардна част от милиардна част от секундата. Необходими са десет хиляди трилиона пъти повече, за да може един неврон да излъчва сигнал.
Ето защо идеите за квантовите ефекти в мозъка не се тестват от скептици.
Но Пенроуз неотстъпно настоява за хипотезата на OER. И въпреки прогнозата за свръхбързата декохерентност на Тегмарк в клетките, други учени са открили прояви на квантови ефекти в живите същества. Някои твърдят, че квантовата механика се използва от мигриращите птици, които използват магнитна навигация, и зелените растения, когато използват слънчева светлина, за да направят захар чрез фотосинтеза.
Това каза, че идеята, че мозъкът може да използва квантови трикове, отказва да изчезне. Защото намериха друг аргумент в негова полза.
Може ли фосфорът да поддържа квантово състояние?
В проучване от 2015 г. физикът Матю Фишър от Калифорнийския университет Санта Барбара твърди, че мозъкът може да съдържа молекули, които могат да издържат на по-мощни квантови суперпозиции. По-специално той вярва, че ядрата на фосфорните атоми може да имат тази способност. Фосфорните атоми се намират навсякъде в живите клетки. Те често приемат формата на фосфатни йони, в които един фосфорен атом се комбинира с четири кислородни атома.
Такива йони са основната единица енергия в клетките. По-голямата част от енергията на клетката се съхранява в ATP молекули, които съдържат последователност от три фосфатни групи, прикрепени към органична молекула. Когато един от фосфатите е отрязан, се отделя енергия, която се използва от клетката.
Клетките имат молекулярни машини за сглобяване на фосфатни йони в клъстери и разграждането им. Фишър предложи схема, при която два фосфатни йона могат да бъдат поставени в суперпозиция от определен вид: в заплетено състояние.
Фосфорните ядра имат квантово свойство - спин - което ги прави да изглеждат като малки магнити с полюси, насочени в определени посоки. В заплетено състояние въртенето на едното фосфорно ядро зависи от другото. С други думи, заплетени състояния са състояния на суперпозиция, включващи повече от една квантова частица.
Фишър казва, че квантовото механично поведение на тези ядрени завъртания може да противодейства на дехехеренцията. Той е съгласен с Тегмарк, че квантовите вибрации, за които са говорили Пенроуз и Хамеров, ще бъдат силно зависими от средата им и "почти веднага". Но завъртанията на ядрата не взаимодействат толкова силно със средата им.
И въпреки това, квантовото поведение на завъртанията на фосфорните ядра трябва да бъде "защитено" от декохеренция.
Квантовите частици могат да имат различно въртене
Това би могло да се случи, казва Фишер, ако фосфорните атоми бъдат включени в по-големи обекти, наречени „Познерни молекули“. Те са струпвания от шест фосфатни йона, комбинирани с девет калциеви йона. Има някои признаци, че такива молекули могат да бъдат в живи клетки, но засега не са много убедителни.
В молекулите на Познер, твърди Фишер, завъртанията на фосфор могат да устоят на дехехеренция за ден или повече, дори в живи клетки. Следователно те могат да повлияят и на функционирането на мозъка.
Идеята е, че молекулите на Поснер могат да бъдат поети от неврони. Веднъж влезли вътре, молекулите ще активират сигнал към друг неврон, разпадащи се и освобождаващи калциеви йони. Поради заплитането в молекулите на Поснер, два от тези сигнали могат да се объркат на свой ред: по някакъв начин това ще бъде квантова суперпозиция на "мисълта". „Ако квантовата обработка с ядрени завъртания действително присъства в мозъка, това би било изключително често и се случва през цялото време“, казва Фишър.
Тази идея за пръв път му хрумна, когато мисли за психични заболявания.
Литиева карбонатна капсула
„Въвеждането ми в мозъчната биохимия започна, когато реших преди три-четири години да проуча как и защо литиевият йон има толкова радикален ефект при лечението на проблеми с психичното здраве“, казва Фишер.
Литиевите лекарства се използват широко за лечение на биполярно разстройство. Те работят, но никой всъщност не знае защо.
„Не търсех квантово обяснение“, казва Фишър. Но след това се натъкна на документ, в който е описано как литиевите препарати имат различни ефекти върху поведението на плъхове, в зависимост от това коя форма - или "изотоп" - литий е използвана.
Това в началото озадачи учените. Химически различните изотопи се държат по същия начин, така че ако литият е действал като обикновено лекарство, изотопите трябва да имат същия ефект.
Нервните клетки са свързани със синапси
Но Фишер осъзна, че ядрата на атомите на различни литиеви изотопи могат да имат различни завъртания. Това квантово свойство може да повлияе на работата на лекарствата на базата на литий. Например, ако литий замества калция в молекулите на Поснер, завъртанията на литий могат да окажат влияние върху фосфорните атоми и да не позволят да се заплитат.
Ако това е вярно, това би могло да обясни и защо литият може да лекува биполярно разстройство.
В този момент предположението на Фишер не е нищо повече от интригуваща идея. Но има няколко начина да го проверите. Например, че завъртанията на фосфор в молекулите на Познер могат да поддържат квантова кохерентност за дълго време. Това е Фишър и планира да провери допълнително.
И все пак той е предпазлив да бъде свързан с по-ранни понятия за "квантово съзнание", които той счита в най-добрия случай спекулативен.
Съзнанието е дълбока мистерия
Физиците не са много любители да бъдат вътре в собствените си теории. Много от тях се надяват, че съзнанието и мозъкът могат да бъдат извлечени от квантовата теория, а може би и обратното. Но ние не знаем какво е съзнанието, камо ли фактът, че нямаме теория, която го описва.
Освен това, понякога има силни възклицания, че квантовата механика ще ни позволи да овладеем телепатията и телекинезата (и въпреки че някъде в дълбочината на понятията това може да е така, хората приемат всичко твърде буквално). Затова физиците обикновено се страхуват да споменават думите „квантово“и „съзнание“в едно изречение.
През 2016 г. Адриан Кент от университета в Кеймбридж във Великобритания, един от най-уважаваните „квантови философи“, предположи, че съзнанието може да промени поведението на квантовите системи по фин, но откриваем начин. Кент е много внимателен в своите изявления. „Няма убедителна причина да се смята, че квантовата теория е подходяща теория, от която да се извлече теория за съзнанието, или че проблемите на квантовата теория трябва по някакъв начин да се припокриват с проблема на съзнанието“, признава той.
Но той добавя, че е напълно неразбираемо как можете да изведете описание на съзнанието, основаващо се само на предварително квантова физика, как да опишете всичките му свойства и характеристики.
Не разбираме как работят мислите
Един особено тревожен въпрос е как съзнателният ни ум може да изпита уникални усещания като червено или миризма на печено месо. Освен хората със зрителни увреждания, всички знаем как изглежда червеното, но не можем да предадем това чувство, а във физиката няма нищо, което да ни подскаже как изглежда.
Чувствата като тези се наричат квалия. Ние ги възприемаме като еднообразни свойства на външния свят, но в действителност те са продукти на нашето съзнание - и това е трудно да се обясни. През 1995 г. философът Дейвид Чалмерс нарече това „трудният проблем“на съзнанието.
„Всяка мисловна верига за връзката между съзнанието и физиката води до сериозни проблеми“, казва Кент.
Това го подтикна да предположи, че „бихме могли да постигнем известен напредък в разбирането на проблема с еволюцията на съзнанието, ако признаем (поне току-що признато), че съзнанието променя квантовите вероятности“.
С други думи, мозъкът може действително да повлияе на резултатите от измерването.
От тази гледна точка тя не определя "какво е реално". Но това може да повлияе на вероятността всяка от възможните реалности, наложени от квантовата механика, да бъде спазена. Дори самата квантова теория не може да предвиди това. И Кент смята, че бихме могли да потърсим подобни прояви експериментално. Дори смело оценява шансовете за намирането им.
„Бих предположил с 15 процента сигурност, че съзнанието причинява отклонения от квантовата теория; и още 3 процента, че експериментално ще потвърдим това през следващите 50 години “, казва той.
Ако това се случи, светът няма да е същият. За това си струва да проучите.
ИЛЯ КХЕЛ