Квантовая механика + сознание: нет ничего лучше, чем смешать две великие тайны, чтобы получить еще большую.
Ключевые выводы
- Несмотря на огромный успех квантовой физики, ее интерпретация остается неопределенной.
- Мозг, состоящий из нейронов, которые сами состоят из молекул, вероятно, находится под влиянием квантовых эффектов.
- Можно ли квантовую механику и нейробиологию объединить в теорию «квантового сознания»?
Немногие тайны более стойкие и непостижимые, чем тайна того, кто мы есть. Конечно, есть много способов исследовать этот вопрос, и наука не единственная. Художники и философы вполне заслуженно претендуют на то, чтобы пролить свет на некоторые аспекты нашей идентичности и субъективной жизни. В каком-то смысле наука - новичок в мире, учитывая, что мы можем датировать первые «почти» научные размышления о разуме и материи началом 17 века, времен Декарта.
Далеко за пределами Декарта и его дуальности разума и тела возникли новые вопросы, столь же захватывающие, сколь и туманные: играет ли квантовая физика роль в том, как работает мозг? Или, говоря более глубоко, разум, рассматриваемый как совокупность возможных состояний мозга, поддерживается квантовыми эффектами? Или все это можно лечить с помощью классической физики?
Нет ничего лучше, чем смешать две великие тайны, чтобы получить еще большую.
Правда в том, что, несмотря на огромный успех квантовой физики, когда дело доходит до ее приложений - цифровых и ядерных технологий, определяющих большую часть современной жизни - ее интерпретация остается неопределенной, что является предметом жарких споров среди физиков.. Мы умеем пользоваться квантовой физикой, но не знаем, что она говорит нам о природе реальности.
Мозг - это черный ящик
Что касается того, как мозг поддерживает наш разум и сознание, мы все еще очень мало знаем, даже если достижения в области методов визуализации за последние два десятилетия или около того показали, в определенной степени, как скопления нейронов, часто в разных областях мозга, загораются при разных раздражителях, как огни на рождественской елке. В двух словах, проблема здесь в том, что пометка активности нейронов является легкой частью задачи. Трудная часть состоит в том, чтобы понять, как активные нейроны объединяются, чтобы создать ощущение того, кто мы есть, то есть перевод биоэлектрической активности и кровотока в самосознание.
В XVII веке Декарт предложил разделить разум и материю: если материя имеет пространственную протяженность (фактически полностью заполняя пространство, по Декарту), то разум не имеет. Разум не является материей, но может воздействовать на материю способами, которые поставили в тупик даже Декарта. Как нечто нематериальное влияет на материальное? Декарт также постулировал, что разум предшествует материи, суть его знаменитого «Я мыслю, следовательно, я существую». Этот дуализм разума и тела вызывал и вызывает много путаницы, особенно у тех, кто использует его для защиты существования некой души или духа, независимого от материи и способного пережить ее неумолимый распад. Как «я», то есть вы, сохраняется без заземляющих структур материального мозга?
В основном ученые и философы утверждают, что существует только материя. Тот факт, что работа мозга остается загадочной, объясняется не какой-то нематериальной сущностью, а нашей собственной трудностью понимания ее сложности. Есть те, кто предлагает, чтобы понять мозг, мы должны начать снизу вверх: от отдельных нейронов к синаптическим связям и нейротрансмиттерам, которые текут между ними, к кластерам нейронов и мозговым цепям. Есть те, особенно философы Томас Нагель, Колин Макгинн и Дэвид Чалмерс, которых иногда называют «мистерианцами», которые защищают, что мы когнитивно неспособны (или, как выразился Макгинн, «когнитивно закрыты» для) понимания сознания. то есть субъективный опыт, который мы испытываем, когда чувствуем что-то, будь то оттенок цвета или влюбленность.
Может ли квантовая механика объяснить сознание?
Причудливое поведение квантовых систем вдохновляет на предположения о том, какую роль они могут играть в работе мозга. В конце концов, если мы воспользуемся подходом «снизу вверх», мозг состоит из нейронов; а нейронам, как и любой другой клетке, для функционирования нужны белки и множество биомолекул. Поскольку квантовые эффекты происходят на молекулярном уровне, возможно, они могут сделать что-то важное для сознания.
Первый квантовый эффект, который может иметь значение, - это суперпозиция, тот факт, что от субатомного до молекулярного масштаба системы могут существовать во многих квантовых состояниях одновременно. Например, прежде чем электрон будет обнаружен, он может оказаться во многих местах одновременно - по крайней мере, именно так мы интерпретируем данные. Математический аппарат квантовой механики позволяет нам вычислить вероятность того, что электрон будет найден здесь или там после измерения. Однако до измерения мы не можем точно сказать, где находится электрон. Таким образом, данные представляют собой измерения положения электрона в пределах точности измерительного устройства.
Могут ли мысли существовать в какой-то квантовой суперпозиции на бессознательном уровне только для того, чтобы стать сознательными, когда происходит определенный отбор - сродни измерению положения электрона? Именно это предложили лауреат Нобелевской премии физик Роджер Пенроуз и анестезиолог Стюарт Хамерофф. (Ниже очень поучительное видео их просмотра.)
Активным компонентом, способствующим отбору, является белок тубулин, который формирует микротрубочки, обеспечивающие опору скелета нейрона. Микротрубочки могут быть своего рода сетью квантовых магистралей, поддерживающей суперпозицию и запутанные состояния тубулина внутри нейронов. Предполагается, что они действуют как квантовый компьютер для оптимизации работы нейронов и межнейронных нейронов. Другие идеи исходят из интегрированной теории информации Джулио Тонони и Кристофа Коха, которая, как они утверждают, применима к квантовым колебаниям в микротрубочках.
Второй квантовый эффект, который может иметь значение, - это запутанность, способность двух или более квантовых систем устанавливать связи между собой, которые поддерживаются на больших пространственных расстояниях. Мы говорим, что запутанные состояния ведут себя как единое целое, теряя свою индивидуальную идентичность. Идея здесь состоит в том, чтобы использовать пространственный аспект запутанных состояний для «распространения» квантовых эффектов с заданной сигнатурой на большие расстояния в нейронных сетях.
Холодная вода для квантового сознания
Идеи Пенроуза и Хамероффа подвергались резкой критике с экспериментальной и теоретической точек зрения. Теоретические аргументы, например, представленные физиком Массачусетского технологического института Максом Тегмарком, предполагают, что мозг слишком занят и нагревает окружающую среду, чтобы поддерживать когерентные квантовые состояния. Действительно, когерентные квантовые состояния очень хрупки: воздействия окружающей среды (вроде сталкивающихся молекул или тепловых колебаний) могут легко разрушить суперпозицию состояний, выбрав только одно из них. По сути, теплая мозговая среда может превратить квантовую механику в классическую физику. В этом случае квантовыми эффектами можно пренебречь.
Нет никаких сомнений в том, что квантовые эффекты вносят некоторую путаницу в наше понимание мира. Верно также и то, что, по крайней мере, на синаптическом уровне, где через узкие приемные ворота проходит множество нейротрансмиттеров, квантовые эффекты действительно могут играть роль. В настоящее время мнение большинства указывает на классическое объяснение работы мозга через бесчисленное множество взаимосвязей кластеров нейронов и их непрекращающихся возбуждений.
Учитывая сложную природу межнейронной связи, определенно есть место для исследований и предположений. Как это часто бывает, решение может быть не «или-или», а «и то, и другое». Может существовать взаимодействие между квантовыми и классическими эффектами, которые совместно определяют функционирование мозга на разных уровнях.
Каким бы ни было решение, мы до сих пор не знаем, как избежать аргументов мистерианцев. Природа сознания может быть одним из тех «непознаваемых», с которыми многим людям будет очень трудно жить. Я, например, принимаю это. Эта непознаваемость вполне может быть тем, что спасет то, что осталось от нашей человечности, от неудержимой механизации и объективации современного существования.