Nikdo nechápe, co je vědomí a jak to funguje. Nikdo také nechápe kvantovou mechaniku. Mohlo by to být víc než jen náhoda? "Nemohu identifikovat skutečný problém, takže mám podezření, že žádný skutečný problém neexistuje, ale nejsem si jistý, že skutečný problém neexistuje." Americký fyzik Richard Feynman to řekl o záhadných paradoxech kvantové mechaniky. Dnešní fyzici používají tuto teorii k popisu nejmenších objektů ve vesmíru. Totéž však mohl říci o složitém problému vědomí.
Někteří vědci se domnívají, že vědomí již chápeme, nebo že je to jen iluze. Ale mnoho dalších si myslí, že jsme se ani nedostali blízko k podstatě vědomí.
Vytrvalá skládačka zvaná „vědomí“dokonce vedla některé vědce, aby se pokusili vysvětlit to pomocí kvantové fyziky. Jejich horlivost se však setkala s velkým skepticismem, a to není překvapující: zdá se nerozumné vysvětlit jednu hádanku s druhou.
Takové myšlenky však nikdy nejsou absurdní a dokonce ani ze stropu.
Na jedné straně, až do zděšení fyziků, mysl zpočátku odmítá pochopit časnou kvantovou teorii. Navíc se předpokládá, že kvantové počítače budou schopny věcí, které běžné počítače nemohou. To nám připomíná, že naše mozky jsou stále schopny bojovat za hranice umělé inteligence. „Kvantové vědomí“je široce zesměšňováno jako mystický nesmysl, ale nikdo jej nedokázal úplně rozptýlit.
Kvantová mechanika je nejlepší teorie, kterou máme pro popis světa na úrovni atomů a subatomárních částic. Snad nejslavnější z jeho záhad je skutečnost, že výsledek kvantového experimentu se může změnit v závislosti na tom, zda se rozhodneme změřit vlastnosti částic, které se na něm podílejí nebo ne.
Když průkopníci kvantové teorie poprvé objevili tento „pozorovatelský efekt“, byli vážně znepokojeni. Zdálo se, že to podkopává předpoklad, který je základem celé vědy: že existuje objektivní svět, nezávislý na nás. Pokud se svět chová v závislosti na tom, jak - nebo pokud - se na to podíváme, co by vlastně „realita“znamenala?
Propagační video:
Někteří vědci byli nuceni dojít k závěru, že objektivita je iluze a že vědomí musí hrát aktivní roli v kvantové teorii. Jiní v tom prostě neviděli žádný zdravý rozum. Například Albert Einstein byl naštvaný: existuje Měsíc jen tehdy, když se na něj podíváte?
Někteří fyzici dnes mají podezření, že to není to, že vědomí ovlivňuje kvantovou mechaniku …, ale že díky tomu došlo. Oni věří, že potřebujeme kvantovou teorii, abychom pochopili, jak mozek vůbec funguje. Je možné, že stejně jako kvantové objekty mohou být na dvou místech současně, tak kvantový mozek může současně znamenat dvě vzájemně se vylučující věci?
Tyto myšlenky jsou kontroverzní. Může se ukázat, že kvantová fyzika nemá nic společného s fungováním vědomí. Ale přinejmenším prokazují, že podivná kvantová teorie nás nutí myslet na podivné věci.
Nejlepší ze všeho je, že kvantová mechanika pronikla do lidského vědomí experimentem s dvojitou štěrbinou. Představte si paprsek světla dopadající na obrazovku se dvěma těsně rozloženými rovnoběžnými štěrbinami. Část světla prochází štěrbinami a padá na jinou obrazovku.
Světlo lze považovat za vlnu. Když vlny procházejí dvěma štěrbinami, jako v experimentu, vzájemně se srazí - interferují - navzájem. Pokud se jejich vrcholy shodují, posilují se navzájem, což vede k řadě černobílých pruhů světla na druhé černé obrazovce.
Tento experiment byl použit k ukázání vlnové povahy světla po více než 200 let, než se objevila kvantová teorie. Poté byl proveden experiment s dvojitou štěrbinou s kvantovými částicemi - elektrony. Jsou to malé nabité částice, složky atomu. Nepochopitelným způsobem, ale tyto částice se mohou chovat jako vlny. To znamená, že jsou rozptylovány, když proud částic prochází dvěma štěrbinami a vytváří interferenční obrazec.
Nyní předpokládejme, že kvantové částice projdou štěrbinami jeden po druhém a jejich příchod na obrazovku bude také pozorován krok za krokem. Nyní není nic zřejmého, co by způsobilo, že částice bude zasahovat do své cesty. Ale obraz nárazů částic bude stále ukazovat třásně.
Všechno naznačuje, že každá částice současně prochází skrz štěrbiny a narušuje sama sebe. Tato kombinace obou cest je známa jako stav superpozice.
Ale tady je to, co je divné.
Pokud umístíme detektor do jedné ze štěrbin nebo za něj, můžeme zjistit, zda částice prochází nebo ne. V tomto případě však rušení zmizí. Pouhá skutečnost pozorování dráhy částic - i když by toto pozorování nemělo narušovat pohyb částic - mění výsledek.
Fyzik Pascual Jordan, který ve dvacátých letech minulého století spolupracoval s kvantovým guru Nielsem Bohrem v Kodani, řekl: „Pozorování nejen porušují to, co by se mělo měřit, ale určují to … Jinými slovy, Jordan říká, že „děláme vlastní měření.“
Pokud ano, lze objektivní realitu jednoduše vyhodit z okna.
Ale zvláštnosti tam nekončí.
Pokud příroda změní své chování v závislosti na tom, zda se díváme nebo ne, můžeme to zkusit otočit kolem našich prstů. Abychom to mohli udělat, mohli jsme měřit, jakou cestou se částice ubere při průchodu dvojitou štěrbinou, ale pouze po jejím průchodu. Do té doby by se už měla „rozhodnout“, zda projít jednou cestou nebo oběma.
Americký fyzik John Wheeler navrhl takový experiment v 70. letech a během následujících deseti let byl proveden experiment s „opožděnou volbou“. Používá chytré metody k měření cest kvantových částic (obvykle světelných částic - fotonů) poté, co si vyberou jednu cestu nebo superpozici dvou.
Ukázalo se, že, jak předpověděl Bohr, nezáleží na tom, zda měření zpožďujeme nebo ne. Dokud změříme dráhu fotonu dříve, než narazí a zaregistruje se v detektoru, nedochází k rušení. Zdá se, že příroda „ví“nejen tehdy, když vykukujeme, ale také když plánujeme vykouknout.
Eugene Wigner
Kdykoli v těchto experimentech objevíme cestu kvantové částice, její oblak možných cest se „zmenší“do jediného dobře definovaného stavu. Kromě toho zpožděný experiment naznačuje, že samotný akt pozorování bez fyzického zásahu způsobeného měřením může způsobit kolaps. Znamená to, že ke skutečnému kolapsu dochází pouze tehdy, když výsledek měření dosáhne našeho vědomí?
Tuto možnost navrhl ve 30. letech maďarský fyzik Eugene Wigner. „Z toho vyplývá, že kvantový popis objektů je ovlivňován dojmy vstupujícími do mého vědomí,“napsal. "Solipsismus může být logicky konzistentní s kvantovou mechanikou."
Wheeler byl dokonce pobaven myšlenkou, že přítomnost živých věcí schopných „pozorování“proměnila to, co bylo dříve množstvím možné kvantové minulosti, v jeden konkrétní příběh. V tomto smyslu, Wheeler říká, se stáváme účastníky vývoje vesmíru od samého začátku. Podle něj žijeme v „spoluvinném vesmíru“.
Fyzici si stále nemohou vybrat nejlepší interpretaci těchto kvantových experimentů a do určité míry jste k tomu oprávněni. Ale tak či onak, podtext je zřejmý: vědomí a kvantová mechanika jsou nějak propojeny.
Začátkem osmdesátých let anglický fyzik Roger Penrose navrhl, že toto spojení by mohlo fungovat jiným směrem. Řekl, že ať už vědomí ovlivňuje kvantovou mechaniku, nebo ne, možná kvantová mechanika je zapojena do vědomí.
Fyzik a matematik Roger Penrose
A Penrose se také zeptal: co když v našem mozku jsou molekulární struktury, které mohou změnit jejich stav v reakci na jednu kvantovou událost? Mohou tyto struktury zaujmout superpoziční stav, jako částice v experimentu s dvojitou štěrbinou? Mohly by se tyto kvantové superpozice projevit ve způsobu, jakým neurony komunikují prostřednictvím elektrických signálů?
Možná, jak řekla Penrose, naše schopnost udržovat zdánlivě nekompatibilní duševní stavy není perceptuální hádka, ale skutečný kvantový efekt?
Lidský mozek se nakonec zdá být schopen zpracovávat kognitivní procesy, které jsou z hlediska schopností stále mnohem lepší než digitální počítače. Můžeme být dokonce schopni provádět výpočetní úkoly, které nelze provádět na běžných počítačích pomocí klasické digitální logiky.
Penrose nejprve navrhl, že kvantové efekty jsou přítomny v lidské mysli v jeho 1989 knize Císařská nová mysl. Jeho hlavní myšlenkou bylo „řízené objektivní snížení“. Objektivní redukce podle Penrose znamená, že kolaps kvantové interference a superpozice je skutečný fyzický proces, jako praskající bublina.
Orchestroval Objective Reduction se spoléhá na Penroseův předpoklad, že gravitace, která ovlivňuje každodenní předměty, židle nebo planety, nevykazuje kvantové efekty. Penrose věří, že kvantová superpozice se stane nemožnou pro objekty větší než atomy, protože jejich gravitační vliv by pak vedl k existenci dvou nekompatibilních verzí spacetime.
Poté Penrose rozvinul tuto myšlenku u amerického lékaře Stuart Hameroff. Ve své knize Shadows of the Mind (1994) navrhl, že strukturami zahrnutými do tohoto kvantového poznání mohou být proteinová vlákna - mikrotubuly. Nacházejí se ve většině našich buněk, včetně neuronů mozku. Penrose a Hameroff argumentovali, že během procesu oscilace mohou mikrotubuly zaujmout stav kvantové superpozice.
Nic však nenaznačuje, že je to vůbec možné.
Předpokládalo se, že myšlenka kvantových superpozic v mikrotubulích bude podpořena experimenty navrženými v roce 2013, ale ve skutečnosti tyto studie nezmínily kvantové efekty. Většina vědců se navíc domnívá, že myšlenka organizovaného snižování objektivů byla odhalena studií zveřejněnou v roce 2000. Fyzik Max Tegmark spočítal, že kvantové superpozice molekul zapojených do nervových signálů by nemohly existovat ani v okamžiku potřebném pro přenos signálu.
Kvantové efekty, včetně superpozice, jsou velmi křehké a jsou zničeny v procesu zvaném decoherence. Tento proces je způsoben interakcemi kvantového objektu s jeho prostředím, protože jeho „kvantové“uniká.
Ozdoba byla považována za extrémně rychlou v teplém a vlhkém prostředí, jako jsou živé buňky.
Nervové signály jsou elektrické impulsy způsobené průchodem elektricky nabitých atomů stěnami nervových buněk. Pokud byl jeden z těchto atomů v superpozici a poté se srazil s neuronem, Tegmark ukázal, že by se superpozice měla rozpadnout za méně než jednu miliardinu jedné miliardiny sekundy. Trvá deset tisíc bilionů déle, než neuron vysílá signál.
Proto skeptici netestují představy o kvantových účincích v mozku.
Penrose však neúnavně trvá na hypotéze OER. A navzdory predikci ultrarychlé decoherence Tegmark v buňkách, našli další vědci projevy kvantových efektů v živých věcech. Někteří argumentují, že kvantová mechanika je používána stěhovavými ptáky, kteří používají magnetickou navigaci, a zelenými rostlinami, když používají sluneční světlo k výrobě cukru prostřednictvím fotosyntézy.
To znamená, že myšlenka, že mozek může používat kvantové triky, odmítá jít pryč. Protože našli další argument ve svůj prospěch.
Může fosfor udržovat kvantový stav?
Ve studii z roku 2015, fyzik Matthew Fisher z University of California, Santa Barbara argumentoval, že mozek může obsahovat molekuly, které vydrží silnější kvantové superpozice. Zejména se domnívá, že jádra atomů fosforu mohou mít tuto schopnost. Atomy fosforu se nacházejí všude v živých buňkách. Často mají formu fosfátových iontů, ve kterých se jeden atom fosforu kombinuje se čtyřmi atomy kyslíku.
Takové ionty jsou hlavní jednotkou energie v buňkách. Většina energie buňky je uložena v molekulách ATP, které obsahují sekvenci tří fosfátových skupin připojených k organické molekule. Když je jeden z fosfátů odříznut, uvolní se energie, kterou buňka používá.
Buňky mají molekulární stroje pro sestavování fosfátových iontů do shluků a jejich rozklad. Fisher navrhl schéma, ve kterém mohou být dva fosfátové ionty umístěny do superpozice určitého druhu: do zamotaného stavu.
Jádra fosforu mají kvantovou vlastnost - spinu -, díky které vypadají jako malé magnety s póly směřujícími v určitých směrech. V zapleteném stavu závisí rotace jednoho fosforového jádra na druhém. Jinými slovy, zapletené stavy jsou stavy superpozice zahrnující více než jednu kvantovou částici.
Fisher říká, že kvantové mechanické chování těchto jaderných zatočení může zabránit decoherence. Souhlasí s Tegmarkem, že kvantové vibrace, o kterých Penrose a Hameroff hovořili, budou velmi závislé na jejich okolí a „téměř okamžitě se odbarví“. Točení jader však neovlivňují tak silně se svým prostředím.
A přesto musí být kvantové chování spinů jader fosforu „chráněno“před odlesky.
Kvantové částice mohou mít různou rotaci
To se může stát, říká Fischer, pokud jsou atomy fosforu začleněny do větších objektů zvaných „Posnerovy molekuly“. Jsou to shluky šesti fosfátových iontů v kombinaci s devíti vápenatými ionty. Existují náznaky, že takové molekuly mohou být v živých buňkách, ale zatím nejsou příliš přesvědčivé.
Fischer argumentuje, že v molekulách Posnera mohou rotace fosforu odolávat decoherence na jeden den, dokonce i v živých buňkách. Proto mohou také ovlivnit fungování mozku.
Představa je, že Posnerovy molekuly mohou být pohlceny neurony. Jakmile jsou uvnitř, molekuly aktivují signál do jiného neuronu, rozkládají se a uvolňují ionty vápníku. Díky zapletení v Posnerových molekulách mohou být dva z těchto signálů zapleteny postupně: nějakým způsobem to bude kvantová superpozice „myšlenky“. "Pokud je v mozku skutečně přítomno kvantové zpracování pomocí jaderných točení, bylo by to mimořádně běžné a děje se po celou dobu," říká Fisher.
Tento nápad k němu přišel poprvé, když přemýšlel o duševní nemoci.
Lithiumkarbonátová tobolka
"Můj úvod do biochemie mozku začal, když jsem se před třemi až čtyřmi lety rozhodl prozkoumat, jak a proč má lithium iont tak radikální účinek při léčbě problémů duševního zdraví," říká Fischer.
Léky lithium se široce používají k léčbě bipolární poruchy. Fungují, ale nikdo neví proč.
"Nechtěl jsem hledat kvantové vysvětlení," říká Fisher. Poté však narazil na referát, který popsal, jak lithiové přípravky měly různé účinky na chování potkanů v závislosti na tom, která forma - nebo „izotop“- lithia byla použita.
Nejprve to zmatení vědci. Chemicky se různé izotopy chovají téměř stejným způsobem, takže pokud lithium fungovalo jako běžná droga, musely mít izotopy stejný účinek.
Nervové buňky jsou připojeny k synapsím
Fischer si však uvědomil, že jádra atomů různých izotopů lithia mohou mít různá otočení. Tato kvantová vlastnost může ovlivnit fungování léků na bázi lithia. Například, pokud lithium nahradí vápník v Posnerových molekulách, mohou mít rotace lithia účinek na atomy fosforu a bránit jim v zamotání.
Pokud je to pravda, mohlo by to také vysvětlit, proč lithium může léčit bipolární poruchu.
V tuto chvíli není Fischerův odhad nic víc než zajímavý nápad. Existuje však několik způsobů, jak to zkontrolovat. Například to, že rotace fosforu v Posnerových molekulách mohou udržovat kvantovou koherenci po dlouhou dobu. Tohle je Fisher a plánuje další kontrolu.
Přesto se obává, že bude spojován s dřívějšími koncepty „kvantového vědomí“, které považuje za nejlepší spekulativní.
Vědomí je hluboké tajemství
Fyzici nejsou příliš rádi, když jsou uvnitř svých vlastních teorií. Mnoho z nich doufá, že vědomí a mozek mohou být získány z kvantové teorie, a možná naopak. Ale nevíme, co je to vědomí, natož fakt, že nemáme teorii, která by ho popisovala.
Kromě toho občas existují hlasité výkřiky, že kvantová mechanika nám umožní zvládnout telepatii a telekinezi (a přestože někde v hloubce konceptů to může být, lidé berou všechno příliš doslova). Fyzici se proto obecně bojí zmínit slova „kvantová“a „vědomí“v jedné větě.
V roce 2016 Adrian Kent z University of Cambridge ve Velké Británii, jeden z nejuznávanějších „kvantových filosofů“, navrhl, že vědomí může jemným, ale zjistitelným způsobem změnit chování kvantových systémů. Kent je ve svých prohlášeních velmi opatrný. "Neexistuje žádný přesvědčivý důvod se domnívat, že kvantová teorie je vhodná teorie, ze které lze čerpat teorii vědomí, nebo že problémy kvantové teorie se musí nějak překrývat s problémem vědomí," připouští.
Dodává však, že je zcela nepochopitelné, jak lze odvodit popis vědomí založený na výhradně kvantové fyzice, jak popsat všechny jeho vlastnosti a vlastnosti.
Nechápeme, jak fungují myšlenky
Jednou obzvláště znepokojující otázkou je, jak naše vědomá mysl může zažít jedinečné pocity, jako je červená nebo vůně pečení masa. Kromě lidí se zrakovým postižením víme všichni, jak vypadá červená, ale tento pocit nedokážeme vyjádřit, a ve fyzice nám nic neřekne, jak to vypadá.
Tyto pocity se nazývají qualia. Považujeme je za jednotné vlastnosti vnějšího světa, ale ve skutečnosti jsou to produkty našeho vědomí - a to je obtížné vysvětlit. V roce 1995 to nazval filozof David Chalmers „těžkým problémem“vědomí.
"Jakýkoli myšlenkový řetězec o spojení mezi vědomím a fyzikou vede k vážným problémům," říká Kent.
To ho přimělo navrhnout, že „bychom mohli udělat určitý pokrok v porozumění problému vývoje vědomí, pokud bychom připustili (alespoň přiznali), že vědomí mění kvantové pravděpodobnosti.“
Jinými slovy, mozek může skutečně ovlivnit výsledky měření.
Z tohoto hlediska nedefinuje „co je skutečné“. Může však ovlivnit pravděpodobnost, že bude dodržena každá z možných skutečností uložených kvantovou mechanikou. Ani kvantová teorie sama o sobě to nemůže předpovědět. A Kent si myslí, že bychom takové projevy mohli experimentálně hledat. I odvážně hodnotí šance na jejich nalezení.
"Předpokládal bych s 15 procentní jistotou, že vědomí způsobuje odchylky od kvantové teorie;" a další 3 procenta, že to experimentálně potvrdíme v příštích 50 letech, “říká.
Pokud k tomu dojde, svět nebude stejný. Za to stojí za to prozkoumat.
ILYA KHEL