Megmagyarázható-e a tudatosság a kvantumfizikával?

Az egyik legfontosabb nyitott kérdés a tudományban, hogy hogyan épül fel a tudatunk. Az 1990-es években, jóval azelőtt, hogy elnyerte volna ...

Az egyik legfontosabb nyitott kérdés a tudományban, hogy hogyan épül fel a tudatunk. Az 1990-es években, jóval azelőtt, hogy elnyerte volna a 2020-as fizikai Nobel-díjat a fekete lyukak előrejelzéséért, Roger Penrose fizikus összefogott Stuart Hameroff aneszteziológussal, hogy ambiciózus választ javasoljanak.

Azt állították, hogy az agy idegrendszere bonyolult hálózatot alkot, és hogy az általa létrehozott tudatnak be kell tartania a kvantummechanika szabályait - ezen elmélet határozza meg, hogy az apró részecskék, mint az elektronok, hogyan mozognak. Ez szerintük megmagyarázhatja az emberi tudat titokzatos összetettségét.

Penrose és Hameroff hitetlenkedéssel szembesültek. A kvantummechanikai törvények általában csak nagyon alacsony hőmérsékleten alkalmazhatók. Például a kvantumszámítógépek jelenleg -272 Celsius fok körül működnek.

Magasabb hőmérsékleten a klasszikus mechanika veszi át a hatalmat. Mivel testünk szobahőmérsékleten működik, elvárható, hogy a klasszikus fizika törvényei irányítsák. Emiatt sok tudós a kvantumtudat elméletét teljesen elutasította, bár mások meggyőződéses támogatói.

Agyak és fraktálok

Agyunk neuronoknak nevezett sejtekből áll, és feltételezhetően együttes aktivitásuk generálja a tudatot. Minden idegsejt tartalmaz mikrotubulusokat, amelyek az anyagokat a sejt különböző részeibe szállítják. A Penrose-Hameroff kvantumtudat elmélet azt állítja, hogy a mikrotubulusok fraktálmintában vannak felépítve, ami lehetővé teszi a kvantumfolyamatok bekövetkezését.

A fraktálok olyan struktúrák, amelyek sem nem kétdimenziósak, sem nem háromdimenziósak, hanem ehelyett valamilyen töredékértékek. A matematikában a fraktálok gyönyörű mintázatokként jelennek meg, amelyek végtelenül ismétlődnek, és ami látszólag lehetetlen, olyan szerkezetek, amelyeknek véges területe van, de végtelen a kerülete.

Ezt lehetetlennek tűnik elképzelni, de a fraktálok gyakran előfordulnak a természetben. Ha alaposan megnézzük a karfiol virágait vagy a páfrány ágait, látni fogjuk, hogy mindkettő ugyanazon alapformákból áll, és újra és újra megismétli önmagát, de egyre kisebb méretben. Ez a fraktálok legfontosabb jellemzője.

Ugyanez történik, ha a saját testünkbe nézünk, például a tüdőnk szerkezete is fraktál, csakúgy, mint a keringési rendszerünk. A fraktálok MC Escher és Jackson Pollock varázslatosan ismétlődő műveiben is szerepelnek, és évtizedek óta használják őket a technológiában, például az antennák tervezésében. Ezek mind példák a klasszikus fraktálokra - fraktálokra, amelyek inkább a klasszikus fizika törvényeit tartják be, mint a kvantumfizikát.

Könnyű felismerni, miért használták a fraktálokat az emberi tudat bonyolultságának magyarázatára. Mivel végtelenül bonyolultak, lehetővé téve az egyszerű, ismétlődő mintákból a bonyolultság kialakulását, ezek lehetnek azok a struktúrák, amelyek alátámasztják elménk titokzatos mélységeit.

De ha ez a helyzet, akkor csak kvantum szinten történhet, miközben az apró részecskék fraktálmintákban mozognak az agy idegsejtjein belül. Ezért hívják Penrose és Hameroff javaslatát "kvantumtudat" elméletnek.

Kvantumtudat

Még nem vagyunk képesek mérni a kvantumfraktálok viselkedését az agyban, ha léteznek egyáltalán. De a fejlett technológia azt jelenti, hogy mostantól kvantumfraktálokat mérhetünk a laborban. A legutóbbi pásztázó alagútmikroszkóppal (STM) végzett kutatás során utrechti tudósok gondosan elrendezték az elektronokat fraktál mintába, létrehozva egy kvantumfraktált.

Amikor ezután megmérték az elektronok hullámfüggvényét, amely leírja a kvantum állapotukat, azt tapasztalták, hogy ezek is az általunk készített fizikai mintázat által diktált fraktál dimenzióban léteznek. Ebben az esetben az a minta, amelyet a kvantumskálán használtak, a Sierpiński-háromszög volt, amely alakzat valahol egydimenziós és kétdimenziós között van.

Ez egy izgalmas megállapítás volt, de az STM technikák nem tudják megvizsgálni, hogy a kvantumrészecskék hogyan mozognak, ami többet elárulhatna arról, hogy a kvantum folyamatok hogyan fordulhatnak elő az agyban. A legfrissebb kutatások során a sanghaji Jiaotong Egyetem munkatársai egy lépéssel tovább mentek. A legmodernebb fotonikai kísérletek segítségével példátlan részletességgel tudták feltárni azt a kvantummozgást, amely a fraktálokon belül megy végbe.

Ezt úgy érték el, hogy fotonokat (fényrészecskéket) injektáltak egy mesterséges chipbe, amelyet aprólékosan egy apró Sierpiński-háromszög formára terveztek. Fotonokat fecskendeztek a háromszög csúcsába, és figyelték, hogyan terjednek el a fraktál szerkezetében a kvantum transzportnak nevezett folyamatban. Ezután megismételték ezt a kísérletet két különböző fraktálszerkezeten, mindkettő négyzet alakú volt, nem pedig háromszög. Ezen struktúrák mindegyikében több száz kísérletet hajtottak végre.

E kísérletekből származó megfigyeléseik azt mutatják, hogy a kvantumfraktálok valójában más módon viselkednek, mint a klasszikusak. Konkrétan azt tapasztalták, hogy a fény fraktálon történő elterjedését a kvantum esetben más törvények szabályozzák a klasszikus esethez képest.

A kvantumfraktálok ezen új ismeretei megalapozhatják, hogy a tudósok kísérletileg teszteljék a kvantumtudat elméletét. Ha egy napon kvantumméréseket végeznek az emberi agyban, akkor össze lehet hasonlítani az eredményeikkel, hogy biztosan eldönthessék, hogy a tudat klasszikus vagy kvantumjelenség.

Munkájuknak mély következményei lehetnek más tudományos területeken is. Mesterségesen megtervezett fraktálszerkezeteik kvantum transzportjának vizsgálatával megtették az első apró lépéseket a fizika, a matematika és a biológia egyesítése felé, ami nagyban gazdagíthatja a körülöttünk lévő és a fejünkben létező világ megértését. (1)

(1) - https://theconversation.com/can-conscious