Świadomość efektem kwantowym?

Sir Roger Penrose - brytyjski matematyk, fizyk i filozof, który m. in. wspólnie ze Stephenem Hawkingiem udowodnił twierdzenie o osobliwościach w ogólnej teorii względności - w latach 90 próbował wyjaśnić z pomocą fizyki istnienie świadomości i doszedł wtedy do wniosku, że musimy ją zawdzięczać efektom kwantowym. I wygląda na to, że mógł on mieć rację.

Stworzona przez niego razem ze Stuartem Hameroffem - anestezjologiem i profesorem medycyny specjalizującym się w badaniu świadomości - kwantowa teoria świadomości nazwana została Orch-OR (skrót od jej angielskiej nazwy - oorchestrated objective reduction). A według niej świadomość zawdzięczamy kwantowym efektom jakie zachodzą w mikrotubulach - nanostrukturach białkowych stanowiących cytoszkielet każdej żywej komórki pełniących także ważną rolę w procesach jej podziału.

Zgodnie z Orch-OR mikrotubule komórek drgając (elektrycznie poprzez odseparowanie od sił dyspersyjnych Londona lub magnetycznie przez spin elektronu) osiągają stan superpozycji tworząc wspólnie kwantowe bity (kubity) potrafiące przetwarzać informacje - a proces ten jest dodatkowo wzmacniany przez neurony i synapsy - odbierające i przetwarzające w klasyczny sposób informacje uzyskane w tych kubitach.

Potwierdzać to mają, zdaniem autorów teorii, doświadczenia anestezjologiczne - czasowo wyłączyć świadomość mogą bowiem zupełnie różne środki chemiczne, które blokować mają działanie sił oddziaływania Van der Waalsa w komórkach dzięki czemu efekt anestetyczny da się zaobserwować pod wpływem tych środków nawet w najprostszych organizmach nie posiadających neuronów ani synaps, posiadających jednak cytoszkielet wykonany z mikrotubuli. Do tego to właśnie drgania mikrotubuli odpowiadać mają za fale mózgowe rejestrowane podczas badań EEG.

To wszystko Penrose podparł własnymi przemyśleniami na temat związku ogólnej względności z mechaniką kwantową (żeby zgłębić się w tę teorię trzeba co najmniej przeczytać liczący ponad 500 stron Nowy Umysł Cesarza, więc posłużymy się tu pewnymi skrótami).

Jego zdaniem sama czasoprzestrzeń w skali długości Plancka (a więc najmniejszej z możliwych) nie jest ciągła lecz zdyskretyzowana - podzielona na fragmenty - a każdej z superpozycji odpowiada inny fragment. Powyżej skali Plancka grawitacja ma wywierać wpływ na te fragmenty powodując, że są one niestabilne i dochodzi do redukcji funkcji falowej, czyli dany  fragment redukowany jest do pojedynczego stanu.

Tutaj pojawił się jednak problem losowości takich zdarzeń, który bardzo nie podobał się autorowi teorii dlatego wysnuł on, że to czy w danym fragmencie zajdzie do redukcji czy też nie zależy od wpływu samej geometrii czasoprzestrzeni w skali Plancka - a zdaniem Penrose'a informacja taka jest platoniczna - istnieje ona niezależnie od człowieka, który co najwyżej może ją odkryć (w takim sensie w jakim Kolumb odkrył Amerykę).

Dlatego też wysnuł on pojęcie obiektywnej redukcji fukcji falowej (OR) będące nowym rodzajem załamania funkcji falowej - zjawiska, w którym funkcja falowa opisująca kwantowy stan cząstki redukowana jest do pojedynczego stanu. W klasycznej mechanice kwantowej zachodzi to gdy zaglądamy do pudełka, w którym znajduje się słynny kot Schrödingera - czyli dokonujemy obserwacji. Według Penrose'a jednak jest to obiektywne i zależy od owego idealnego, platońskiego stanu czasoprzestrzeni, dzięki czemu to czy ów hipotetyczny kot jest żywy czy martwy jest z góry ustalone i nigdy nie będziemy mieli superpozycji kota żywego i martwego jednocześnie.

Według Penrose'a istnieją zatem trzy światy: najbardziej podstawowy, matematyczny, na którym bazuje świat fizyczny, na którym z kolei opiera się najbardziej złożony świat umysłowy.

Orch-OR zdobyła od razu całą rzeszę krytyków - zarówno wśród matematyków, lekarzy, fizyków jak i filozofów, którzy nie chcieli się zgodzić na przykład z penrose'owską interpretacją twierdzeń Gödla czy podkreślali, że w mózgu nie rejestrowano żadnych kwantowych efektów, a zdaniem fizyków nie da się w nim po prostu osiągnąć kwantowej koherencji - jest on na to zbyt ciepły, miękki i mokry (czyli w języku bardziej fizycznym doszłoby tam do załamania funkcji falowej ze względu na działanie czynników zewnętrznych zanim udałoby się osiągnąć jakiekolwiek przetwarzanie neuronowe). Z drugiej strony o teorii zrobiło się głośno - znajduje ona bowiem poparcie w wielu systemach religijnych i duchowych, według niej nasza świadomość jest bowiem odbiciem matematycznej "proto-świadomości" wszechświata., w którym przyszło nam żyć.

I choć przez 20 lat w świecie naukowym teoria ta traktowana była z przymrużeniem oka to okazuje się, że może ona być właściwa. Na początku bieżącego roku pracującemu w National Institute for Materials Science (NIMS) w Tsukubie zespołowi dr Anirbana Bandyopadhyaya udało się bowiem odkryć kwantowe wibracje w ciepłych mikrotubulach budujących cytoszkielet komórek - a zatem przynajmniej część kontrowersyjnej teorii znalazła potwierdzenie.

Na razie to tylko jeden z elementów wielkiej i bardzo skomplikowanej układanki, a do pełnego potwierdzenia tej teorii jeszcze bardzo długa droga. Jednak naszym zdaniem warto się z nią zapoznać chociażby w ramach ćwiczeń umysłu i poszerzania horyzontów.

Źródła: , , ,