Ar putea fizica cuantică să explice conștiința umană? Un nou studiu revine la o teorie controversată propusă în urmă cu trei decenii de câștigătorul Premiului Nobel pentru Fizică de anul trecut
Una dintre cele mai importante întrebări la care știința nu are un răspuns este cea privind aparița conștiinței. În anii 1990, cu mult înainte să câștige Premiul Nobel pentru descoperirea sa privind găurile negre anul trecut, fizicianul Roger Penrose a făcut echipă cu un anestezist american pentru a propune o soluție îndrăzneață la această enigmă, relatează SciTechDaily.
Penrose și Stuart Hameroff au afirmat că sistemul neurologic al creierului formează o rețea complexă care produce conștiința și că aceasta ar trebui să se comporte în conformitate cu regulile mecanicii cuantice – teoria care explică lumea particulelor foarte mici precum electronii.
Penrose și Hameroff au argumentat că mecanica cuantică ar putea explica și complexitatea conștiinței umane. Ipoteza lor a fost însă primită cu scepticism.
Legile mecanicii cuantice se aplică de regulă doar la temperaturi foarte mici. De exemplu, calculatoarele cuantice pe care le avem în prezent funcționează în jurul temperaturii de -272°C.
La temperaturi mai ridicate se aplică mecanica clasică și, întrucât corpurile noastre funcționează la temperatura camerei, ar fi de așteptat ca acestea să fie „guvernate” de legile clasice ale fizicii.
Din acest motiv numeroși oameni de știință au respins din start teoria conștiinței cuantice, chiar dacă ea are și susținători dedicați.
Însă acum un nou studiu realizat de fiziciana teoretică Cristiane de Morais Smith de la Universitatea Utrecht și o echipă de cercetători chinezi de la Universitatea Jiaotong a testat principiile care stau la baza teoriei conștiinței cuantice.
Cercetătorii au investigat pentru prima dată într-un laborator cum se mișcă particulele cuantice într-o structură complexă ca creierul uman.
Aceștia speră ca descoperirile lor să fie un pas către confirmarea sau invalidarea teoriei controversate formulate de Penrose și Hameroff.
Granița mulțimii lui Mandelbroteste exemplu de fractal faimos (FOTO: Wikipedia)
Creiere și fractali
Creierele noastre sunt alcătuite din celule numite neuroni, crezându-se că activitatea concertată a acestora generează conștiința. Fiecare neuron conține microtubuli care transportă substanțe diferitelor părți ale celulelor.
Teoria conștiinței cuantice formulată de Penrose și Hameroff susține că acești microtubuli sunt structurați după un model fractal care ar permite procesele cuantice.
Fractalii sunt figuri geometrice fragmentate care pot fi divizate în părți, astfel încât fiecare dintre acestea să fie (cel puțin aproximativ) o copie în miniatură a întregului. Fractalii sunt structuri care nu sunt nici 2D nici în trei dimensiuni, aflându-se undeva între acestea.
În matematica fractalii apar ca modele frumoase care se repetă la infinit, generând ceea ce pare imposibil: o structură care are o arie finită, dar un perimetru infinit.
Acest lucru ar putea suna imposibil de vizualizat, dar fractalii se găsesc și în natură. Dacă te uiți cu atenție la ramurile unei ferigi vei vedea că acestea sunt alcătuite din aceeași formă de bază care se tot repetă dar la o scară tot mai mică.
Același lucru se întâmplă și în corpul nostru: structura plămânilor, de exemplu, este una fractală, la fel ca vasele sangvine care alcătuiesc sistemul circulator.
Fractalii apar de asemenea în opere de artă ale graficianului olandez M.C. Escher și ale pictorului american Jackson Pollock și ele au fost de asemenea folosite în tehnologie de zeci de ani (ca de exemplu în proiectarea antenelor).
Toate acestea sunt exemple ale unor fractali clasici, care se supun legilor fizicii clasice și nu mecanicii cuantice.
Datorită faptului că sunt infinit de complecși, permițând apariția unei structuri complicate pornind de la modele simple care se repetă, fractalii ar putea fi structurile care susțin complexitatea misterioasă a conștiinței umane.
Dar dacă acesta este cazul, fenomenul ar avea loc doar la nivelul cuantic, particulele minuscule mișcându-se după un tipar fractal în interiorul neuronilor creierului.
Acesta este motivul pentru care Penrose și Hameroff au propus teoria „conștiinței cuantice”.
Triunghi Sierpiński (FOTO: Youtube)
Conștiință cuantică
Oamenii de știință nu pot măsura deocamdată comportamentul fractalilor cuantici din creier – dacă aceștia există. Însă folosind tehnologii de ultimă generație ei pot investiga acum fractalii cuantici în laborator.
Într-un studiu diferit realizat recent, cercetătorii de la Universitatea Utrecht au aranjat electroni într-un model fractal, creând un fractal cuantic. Aceștia au măsurat apoi funcția de undă a electronilor, cea care le descrie starea cuantică, descoperind că aceștia există la nivel cuantic conform modelului creat de cercetători.
Oamenii de știință olandezi au folosit pentru studiul respectiv un triunghi Sierpiński, o formă care este undeva între o dimensiune și o a doua.
Descoperirea a fost una entuziasmantă însă tehnicile folosite de cercetătorii olandezi nu pot investiga cum se mișcă particulele cuantice – lucru care ne-ar putea spune mai multe despre procesele cuantice care ar avea loc în creier.
Însă în ultimul studiu, publicat în revista Nature Photonics și realizat în parteneriat cu Universitatea Jiaotong din Shanghai, cercetătorii chinezi au făcut următorul pas.
Cu ajutorul unor experimente fotonice inovatoare aceștia au reușit să surprindă mișcarea cuantică care are loc în interiorul fractalilor la un nivel al detaliilor fără precedent.
Cercetătorii au realizat acest lucru prin injectarea unor fotoni (particule de lumină) într-un cip artificial care a fost introdus cu migală într-un triunghi Sierpiński. Ei au introdus fotonii în vârful triunghiului și au privit apoi cum aceștia s-au răspândit în structura sa fractală.
Oamenii de știință au repetat apoi experimentul folosind două structuri fractale diferite, ambele în formă de pătrat, descoperind și în cadrul acestor experimente că fractalii cuantici s-au comportat diferit față de cei clasici.
Mai exact, aceștia au descoperit că lumina s-a răspândit în cadrul fractalului după legi diferite în cazul cuantic comparativ cu cele clasice.
Cercetătorii speră că aceste noi informații privind fractalii cuantici să poată duce la testarea experimentală a teoriei conștiinței cuantice pentru a stabili definitiv dacă faptul că avem conștiință ține de un fenomen clasic sau unul cuantic.
Acest articol a fost publicat inițial de site-ul The Conversation.
Citește și:
INTERVIURILE HotNews.ro