Откуда приходит сознание? Связь между разумом и кв

 Bad Android Блоги

Откуда приходит сознание?

Связь между разумом и квантовой физикой

Откуда приходит сознание?

 Надежда Дерезюк 04.02.2019, 08:46 7547 2 6

         «Я не могу определить реальную проблему, поэтому я подозреваю, что реальной проблемы нет, но я не уверен, что настоящей проблемы нет». Сознание и квантовая физика Сознание и квантовая физика Американский физик Ричард Фейнман сказал это о пресловутых головоломках и парадоксах квантовой механики, которые физики используют в теории для описания мельчайших объектов во Вселенной. Но он мог бы с таким же успехом говорить о столь же запутанной проблеме сознания.

               Некоторые ученые считают, что мы уже понимаем, что такое сознание или что это просто иллюзия. Но многие считают, что мы вообще не поняли, откуда приходит сознание.


          Многолетняя загадка сознания даже побудила некоторых исследователей обратиться к квантовой физике, чтобы объяснить это.
         
        Это понятие всегда встречалось со скептицизмом, что неудивительно: не разумно объяснять одну тайну другой. Но такие идеи явно не абсурдны и не произвольны. С одной стороны, разум, к великому дискомфорту физиков, казалось, пробился в раннюю квантовую теорию. Более того, предсказано, что квантовые компьютеры способны выполнять то, чего не могут обычные компьютеры, что напоминает нам о том, как наш мозг может достигать вещей, которые все еще находятся за пределами искусственного интеллекта.

          «Квантовое сознание» широко высмеивается, как мистическое добро, но оно просто так не исчезнет. Что происходит в нашем мозге?  Квантовая механика — лучшая теория, которую мы имеем для описания мира на уровне атомов и субатомных частиц. Возможно, самой известной из его загадок является тот факт, что результаты квантового эксперимента могут меняться в зависимости от того, выберем ли мы какое-либо свойство участвующих частиц. Когда этот «эффект наблюдателя» был впервые замечен первыми исследователями квантовой теории, он вызвал обеспокоенность.

           Казалось, что это подрывает основополагающее предположение, стоящее за всей наукой: существует объективный мир вне зависимости от нас.

         Если то, как ведет себя мир, зависит от того, как — или если — мы смотрим на него, что на самом деле может означать «реальность»?

           Некоторые из этих исследователей были вынуждены прийти к выводу, что объективность была иллюзией, и что сознание должно играть активную роль в квантовой теории. Для других это не имело смысла.

         Конечно, Альберт Эйнштейн однажды пожаловался, что Луна существует только тогда, когда мы смотрим на нее! Сегодня некоторые физики подозревают, что независимо от того, влияет ли сознание на квантовую механику, оно может фактически возникнуть из-за этого. Они думают, что квантовая теория может понадобиться, чтобы полностью понять, как работает мозг. Может ли быть так, что подобно тому, как квантовые объекты, очевидно, могут находиться в двух местах одновременно, так и квантовый мозг может придерживаться двух взаимоисключающих идей одновременно? Знаменитый эксперимент с двумя щелями Виктор де Шванберг

          Эти идеи носят умозрительный характер, и может оказаться, что квантовая физика не играет фундаментальной роли ни для работы разума, ни для чего. Но если ничего другого, эти возможности показывают, насколько странно квантовая теория заставляет нас думать. Самое известное вторжение разума в квантовую механику происходит в «эксперименте с двумя щелями». Представьте, что светит луч света на экран, который содержит две близко расположенные параллельные щели. Часть света проходит через щели, после чего попадает на другой экран. Свет можно рассматривать как своего рода волну, и когда волны возникают из двух щелей, подобных этой, они могут мешать друг другу. Если их пики совпадают, они усиливают друг друга, тогда как, если пик и впадина совпадают, они компенсируются. Эта волновая интерференция называется дифракцией, и она создает серию чередующихся ярких и темных полос на заднем экране, где световые волны либо усиливаются, либо подавляются. Этот эксперимент считался характеристикой волнового поведения более 200 лет назад, задолго до появления квантовой теории.

            Эксперимент с двойной щелью также может быть выполнен с квантовыми частицами, такими как электроны, крошечные заряженные частицы, которые являются компонентами атомов. По нелогичной интуиции эти частицы могут вести себя как волны. Это означает, что они могут подвергаться дифракции, когда их поток проходит через две щели, создавая интерференционную картину. Теперь предположим, что квантовые частицы пропускаются через щели один за другим, и их прибытие на экран также видно по одному. Теперь, очевидно, ничто не должно мешать каждой частице на ее пути, но, тем не менее, структура ударов частиц, которая накапливается со временем, обнаруживает интерференционные полосы.
         
      Подразумевается, что каждая частица проходит одновременно через обе щели и мешает себе. Эта комбинация «обоих путей одновременно» называется состоянием суперпозиции. Но здесь действительно странная вещь. Эксперимент с двумя щелями 

          Если мы разместим детектор внутри или сразу за одной щелью, мы сможем выяснить, проходит ли какая-либо из частиц через него или нет. В этом случае, однако, вмешательство исчезает. Просто наблюдая путь частицы — даже если это наблюдение не должно мешать движению частицы — мы меняем результат. Физик Паскуаль Джордан, работавший с квантовым гуру Нильсом Бором в Копенгагене в 1920-х годах, выразил это так: «наблюдения не только мешают тому, что должно быть измерено, они производят его … Мы заставляем [квантовую частицу] занять определенную позицию «Другими словами, сказал Джордан, «мы сами производим результаты измерений». Если это так, объективная реальность, кажется, выходит из окна. И это становится еще более странным. Если кажется, что природа меняет свое поведение в зависимости от того, «смотрим» мы или нет, мы могли бы попытаться обмануть ее, показывая свою руку. Чтобы сделать это, мы могли бы измерить, какой путь частица прошла через двойные щели, но только после того, как она прошла через них. К тому времени он должен был «решить», выбрать ли один путь или оба.

               Эксперимент для этого был предложен в 1970-х годах американским физиком Джоном Уилером, и этот эксперимент с «отложенным выбором» был проведен в следующем десятилетии. Он использует умные методы для измерения путей квантовых частиц (обычно частиц света, называемых фотонами) после того, как они должны были выбрать один путь или суперпозицию из двух. Оказывается, что, как уверенно предсказал Бор, не имеет значения, задерживаем ли мы измерение или нет. Пока мы измеряем путь фотона до его регистрации на детекторе, мы теряем все помехи. Как будто природа «знает» не только о том, смотрим ли мы, но и о том, планируем ли мы смотреть.

           Всякий раз, когда в этих экспериментах мы обнаруживаем путь квантовой частицы, ее облако возможных путей «коллапсирует» в одно четко определенное состояние. Более того, эксперимент с отсроченным выбором подразумевает, что коллапс может вызвать не просто физическое нарушение, вызванное измерением, а явный акт наблюдения. Но значит ли это, что настоящий коллапс произошел только тогда, когда результат измерения воздействует на наше сознание? Эта возможность была допущена в 1930-х годах венгерским физиком Юджином Вигнером.

             «Из этого следует, что на квантовое описание объектов влияют впечатления, проникающие в мое сознание», — писал он. «Солипсизм может быть логически совместим с существующей квантовой механикой». Юджин Вигнер (Фото: Эмилио Сегре, Visual Archives / Американский институт физики / Научная фотобиблиотека)

         Уилера даже развлекала мысль о том, что присутствие живых существ, способных «заметить», превратило то, что раньше было множеством возможных квантовых прошлых событий, в одну конкретную историю. В этом смысле, сказал Уилер, мы становимся участниками эволюции Вселенной с самого ее начала. По его словам, мы живем в «вселенной участия». До сих пор физики не договорились о том, как лучше всего интерпретировать эти квантовые эксперименты, и в какой-то степени то, что вы делаете из них, (на данный момент) зависит от вас.

                Но так или иначе, трудно избежать того, что сознание и квантовая механика так или иначе связаны между собой. Начиная с 1980-х годов, британский физик Роджер Пенроуз предположил, что связь может работать в другом направлении. Может ли сознание повлиять на квантовую механику, сказал он, возможно, квантовая механика вовлечена в сознание. Что если, спросил Пенроуз, в нашем мозгу есть молекулярные структуры, способные изменить свое состояние в ответ на одно квантовое событие. Разве эти структуры не могут принять состояние суперпозиции, как частицы в эксперименте с двумя щелями? И могут ли тогда эти квантовые суперпозиции проявляться в способах запуска нейронов для связи с помощью электрических сигналов? Возможно, говорит Пенроуз, наша способность поддерживать кажущиеся несовместимыми психические состояния — это не причуда восприятия, а реальный квантовый эффект. Физик и математик Роджер Пенроуз

         В конце концов, человеческий мозг, кажется, способен справляться с когнитивными процессами, которые все еще намного превосходят возможности цифровых компьютеров. Возможно, мы можем даже выполнить вычислительные задачи, которые невозможны на обычных компьютерах, которые используют классическую цифровую логику. Пенроуз впервые предложил включить квантовые эффекты в человеческое познание в своей книге 1989 года «Новый разум императора». Идея называется Orch-OR, что сокращенно означает «организованное сокращение цели». Фраза «объективное сокращение» означает, что, как считает Пенроуз, коллапс квантовой интерференции и суперпозиции является реальным, физическим процессом, подобным разрыву пузыря.

             Orch-OR опирается на предположение Пенроуза, что гравитация ответственна за тот факт, что повседневные объекты, такие как стулья и планеты, не отображают квантовые эффекты. Пенроуз полагает, что квантовые суперпозиции становятся невозможными для объектов, гораздо больших, чем атомы, потому что их гравитационные эффекты заставят сосуществовать две несовместимые версии пространства-времени. Пенроуз развил эту идею вместе с американским врачом Стюартом Хамероффом. В своей книге 1994 года «Тени разума» он предположил, что структуры, вовлеченные в это квантовое познание, могут быть белковыми нитями, называемыми микротрубочками. Они находятся в большинстве наших клеток, в том числе нейронов в нашем мозге. Пенроуз и Хамерофф утверждают, что вибрации микротрубочек могут принимать квантовую суперпозицию. Микротрубочки в клетке Микротрубочки в клетке Но нет никаких доказательств того, что такая вещь отдаленно осуществима.

             Предполагается, что идея квантовых суперпозиций в микротрубочках подтверждается экспериментами, описанными в 2013 году, но на самом деле в этих исследованиях не упоминалось о квантовых эффектах. Кроме того, большинство исследователей считают, что идея Orch-OR была исключена из исследования, опубликованного в 2000 году. Физик Макс Тегмарк подсчитал, что квантовые суперпозиции молекул, участвующих в нейронной передаче сигналов, не могут существовать даже в течение доли времени, необходимого для получения такого сигнала где-либо.

              Квантовые эффекты, такие как суперпозиция, легко разрушаются из-за процесса, называемого декогеренцией. Это вызвано взаимодействием квантового объекта с окружающей его средой, через которое «квантовость» утекает. Ожидается, что декогеренция будет очень быстрой в теплой и влажной среде, такой как живые клетки. Нервные сигналы — это электрические импульсы, вызванные прохождением электрически заряженных атомов через стенки нервных клеток. Если один из этих атомов находился в суперпозиции, а затем сталкивался с нейроном, Тегмарк показал, что суперпозиция должна распасться менее чем за один миллиард миллиардных долей секунды. Нейрону требуется, по крайней мере, в десять тысяч триллионов, раз больше времени для выведения сигнала. В результате идеи о квантовых эффектах в мозге воспринимаются с большим скептицизмом. Тем не менее, Пенроуз не тронут этими аргументами, и поддерживает гипотезу Orch-OR.

           И, несмотря на предсказание Тегмарком сверхбыстрой декогеренции в клетках, другие исследователи нашли доказательства квантовых эффектов у живых существ. Некоторые утверждают, что квантовая механика используется перелетными птицами, которые используют магнитную навигацию, и зелеными растениями, когда они используют солнечный свет для производства сахаров в процессе фотосинтеза. Кроме того, идея, что мозг может использовать квантовые уловки, не показывает никаких признаков ухода. Ибо теперь есть другой, совершенно другой аргумент для этого.

                В исследовании, опубликованном в 2015 году, физик Мэтью Фишер из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре утверждал, что мозг может содержать молекулы, способные выдерживать более устойчивые квантовые суперпозиции. В частности, он считает, что ядра атомов фосфора могут обладать этой способностью. Атомы фосфора повсюду в живых клетках. Они часто принимают форму фосфат-ионов, в которых один атом фосфора соединяется с четырьмя атомами кислорода. Такие ионы являются основной единицей энергии внутри клеток. Большая часть энергии клетки накапливается в молекулах, называемых АТФ, которые содержат цепочку из трех фосфатных групп, соединенных с органической молекулой. Когда один из фосфатов освобождается, выделяется энергия для использования клеткой. Клетки имеют молекулярный механизм для объединения фосфат-ионов в группы и их повторного расщепления. Фишер предложил схему, в которой два фосфат-иона могут быть помещены в особый вид суперпозиции, называемый «запутанным состоянием». Ядра фосфора имеют квантовое свойство, называемое спином, которое делает их похожими на маленькие магниты с полюсами, указывающими в определенных направлениях. В запутанном состоянии вращение одного ядра фосфора зависит от вращения другого. Другими словами, запутанные состояния — это действительно суперпозиционные состояния, включающие более одной квантовой частицы.

              Фишер говорит, что квантово-механическое поведение этих ядерных спинов может правдоподобно противостоять декогеренции в человеческом масштабе времени. Он согласен с Тегмарком в том, что квантовые вибрации, подобные постулируемым Пенроузом и Хамероффом, будут сильно затронуты их окружением «и почти сразу же будут декогерироваться». Но ядерные спины не очень сильно взаимодействуют с окружающей средой. И все же квантовое поведение в ядерных спинах фосфора должно быть «защищено» от декогеренции.

           Это может произойти, говорит Фишер, если атомы фосфора включены в более крупные объекты, называемые «молекулы Posner». Это кластеры из шести фосфат-ионов в сочетании с девятью ионами кальция. Есть некоторые доказательства того, что они могут существовать в живых клетках, хотя в настоящее время это далеко не окончательно.

              Фишер утверждает, что в молекулах Posner спины фосфора могут сопротивляться декогеренции в течение дня или около того, даже в живых клетках. Это означает, что они могут влиять на работу мозга. Квантовые частицы могут иметь разные спины (Фото: Richard Kail / Science Photo Library) Квантовые частицы могут иметь разные спины (Фото: Richard Kail / Science Photo Library) Идея состоит в том, что молекулы Posner могут быть поглощены нейронами. Оказавшись внутри, молекулы могут вызвать срабатывание сигнала к другому нейрону, развалившись и выпустив свои ионы кальция. Из-за запутанности в молекулах Posner два таких сигнала могут, в свою очередь, запутаться: можно сказать, что это своего рода квантовая суперпозиция «мысли».

              «Если бы в мозгу действительно присутствовала квантовая обработка с ядерными спинами, это было бы очень распространенным явлением, происходящим почти все время», — говорит Фишер. Он впервые получил эту идею, когда начал думать о психическом заболевании. «Мое вступление в биохимию мозга началось, когда я решил три или четыре года назад исследовать, каким образом ион лития может иметь такой драматический эффект при лечении психических состояний», — говорит Фишер. Препараты лития широко используются для лечения биполярного расстройства. Они работают, но никто не знает как.

            «Я не искал квантового объяснения», — говорит Фишер. Но затем он наткнулся на статью, в которой сообщалось, что препараты лития по-разному влияют на поведение крыс в зависимости от того, какую форму — или «изотоп» — лития использовали. На первый взгляд, это было чрезвычайно загадочно. С химической точки зрения, различные изотопы ведут себя почти одинаково, поэтому, если литий работал как обычный препарат, все изотопы должны были бы произвести одинаковый эффект. Но Фишер понял, что ядра атомов разных изотопов лития могут иметь разные спины. Это квантовое свойство может повлиять на то, как действуют препараты лития. Например, если литий заменяет кальций в молекулах Posner, спины лития могут «чувствовать» и влиять на вращение атомов фосфора и, таким образом, мешать их запутыванию. Если это, правда, это поможет объяснить, почему литий может лечить биполярное расстройство.

            На данный момент предложение Фишера является не более чем интригующей идеей. Но существует несколько способов проверить его правдоподобие, начиная с идеи, что спины фосфора в молекулах Posner могут сохранять свою квантовую когерентность в течение длительных периодов. Это то, что Фишер стремится сделать дальше. Тем не менее, он настороженно относится к более ранним представлениям о «квантовом сознании», которые он считает в лучшем случае крайне умозрительными. Физикам не очень удобно чувствовать себя в своих теориях. Большинство надеется, что сознание и мозг могут быть исключены из квантовой теории и, возможно, наоборот. В конце концов, мы даже не знаем, что такое сознание, не говоря уже о том, чтобы описать его. Это не помогает, что в настоящее время существует индустрия коттеджного производства в Нью-Эйдж, посвященная понятиям «квантового сознания», утверждающая, что квантовая механика предлагает правдоподобные обоснования для таких вещей, как телепатия и телекинез . В результате физики часто смущаются даже упоминать слова «квант» и «сознание» в одном предложении.

              Но если оставить это в стороне, идея имеет долгую историю. С тех пор, как «эффект наблюдателя» и разум впервые внедрились в квантовую теорию в первые дни, было чертовски трудно их выгнать. Некоторые исследователи считают, что нам никогда не удастся это сделать. В 2016 году Адриан Кент из Кембриджского университета в Великобритании, один из самых уважаемых «квантовых философов», предположил, что сознание может изменить поведение квантовых систем тонкими, но обнаружимыми способами. Кент очень осторожен с этой идеей.

                «Нет убедительной принципиальной причины полагать, что квантовая теория — это правильная теория, в которой можно попытаться сформулировать теорию сознания, или что проблемы квантовой теории должны иметь какое-либо отношение к проблеме сознания», — признает он. Но он говорит, что трудно понять, как описание сознания, основанное исключительно на доквантовой физике, может объяснить все особенности, которые оно имеет. Один особенно загадочный вопрос — как наши сознательные люди могут испытывать уникальные ощущения, такие как красный цвет или запах жареного бекона. За исключением людей с нарушениями зрения, мы все знаем, что такое красный, но у нас нет способа передать это ощущение, и в физике нет ничего, что говорило бы нам о том, каким оно должно быть.

               Ощущения, подобные этому, называются «qualia». Мы воспринимаем их как объединенные свойства внешнего мира, но на самом деле они являются продуктами нашего сознания — и это трудно объяснить. Действительно, в 1995 году философ Дэвид Чалмерс назвал это «трудной проблемой «сознания. «Каждая точка зрения на отношение сознания к физике сталкивается с серьезными проблемами», — говорит Кент.

          Это побудило его предположить, что «мы могли бы добиться некоторого прогресса в понимании проблемы эволюции сознания, если бы предположили, что сознание изменяет (хотя, возможно, очень незначительно и тонко) квантовые вероятности». Другими словами, разум может действительно повлиять на результаты измерений. С этой точки зрения, он точно не определяет «что реально». Но это может повлиять на вероятность того, что каждая из возможных реальностей, допускаемых квантовой механикой, является той, которую мы действительно наблюдаем, таким образом, что сама квантовая теория не может предсказывать. Кент говорит, что мы могли бы искать такие эффекты экспериментально. Он даже смело оценивает шансы их найти. «Я бы сказал, что, вероятно, 15% того, что что-то конкретно связано с сознанием, вызывает отклонения от квантовой теории, и, возможно, 3%, что это будет экспериментально обнаружено в течение следующих 50 лет», — говорит он.

                Если это произойдет, это изменит наши представления о физике и разуме. Это шанс, который стоит изучить. разум мозг квантовая физика наука Поделится в Facebook 27 Поделится в Twitter Поделится в Linkedin Поделится в Google Plus Поделится в ВКонтакте Поделится в Одноклассники Поделится в Pinterest Поделится в Viber Поделится в WhatsApp Поделится в Telegram

Источник Bad Android: