Chi è a conoscenza? Noi o lo spazio-tempo?

Metafisica? Molti scienziati temono che le ipotesi sulla natura quantistica della mente e della memoria appartengano a questa nota area non scientifica. D'altra parte, che cos'è, se non scienza, la ricerca di una base fisica, anche se quantistica, per la coscienza, invece di una ricerca di spiegazioni soprannaturali?

1. Microtubuli - Visualizzazione

Per citare il numero di dicembre di New Scientist, l'anestesista dell'Arizona Stuart Hameroff lo dice da anni microtubuli - strutture fibrose con un diametro di 20-27 nm, formate come risultato della polimerizzazione della proteina tubulina e che agiscono come un citoscheletro che forma una cellula, inclusa una cellula nervosa (1) - esistono in "sovrapposizioni" quantisticheche consente loro di avere due forme diverse contemporaneamente. Ciascuno di questi moduli è associato a una certa quantità di informazioni, kubitem, in questo caso memorizzando il doppio dei dati che sembrerebbe dalla comprensione classica di questo sistema. Se a questo aggiungiamo il fenomeno entanglement di qubit, cioè interazioni di particelle non in stretta vicinanza, mostra modello del funzionamento del cervello come computer quantisticodescritto dal famoso fisico Roger Penrose. Con lui ha collaborato anche Hameroff, spiegando così la straordinaria velocità, flessibilità e versatilità del cervello.

2. Stuart Hameroff e Roger Penrose

Il mondo delle misurazioni di Planck

Secondo i sostenitori della teoria della mente quantistica, il problema della coscienza è connesso con la struttura dello spazio-tempo sulla scala di Planck. Per la prima volta questo è stato sottolineato dai suddetti scienziati - Penrose e Hameroff (90) nelle loro opere all'inizio del II secolo. In accordo con loro, se vogliamo accettare la teoria quantistica della coscienza, allora dobbiamo scegliere lo spazio in cui avvengono i processi quantistici. Può essere un cervello - dal punto di vista della teoria quantistica, uno spazio-tempo quadridimensionale che ha una propria struttura interna su una scala inimmaginabilmente piccola, dell'ordine di 10-35 metri. (Lunghezza plancia). A tali distanze, lo spazio-tempo assomiglia a una spugna, le cui bolle hanno un volume

10-105 m3 (un atomo è costituito spazialmente da quasi il cento per cento di vuoto quantistico). Secondo le moderne conoscenze, un tale vuoto garantisce la stabilità degli atomi. Se anche la coscienza si basa sul vuoto quantistico, può influenzare le proprietà della materia.

La presenza di microtubuli nell'ipotesi di Penrose-Hameroff modifica lo spazio-tempo localmente. Lei "sa" che lo siamo e può influenzarci cambiando gli stati quantistici nei microtubuli. Da ciò si possono trarre conclusioni esotiche. Ad esempio, tale che tutti i cambiamenti nella struttura della materia nella nostra parte di spazio-tempo, prodotti dalla coscienza, senza alcun ritardo nel tempo, possono teoricamente essere registrati in qualsiasi parte dello spazio-tempo, ad esempio in un'altra galassia.

Hameroff appare in molte interviste alla stampa. teoria del panpsichismosulla base del presupposto che ci sia un certo tipo di consapevolezza in tutto ciò che ti circonda. Questa è una vecchia veduta restaurata nel XIX secolo da Spinoza. Un altro concetto derivato è panprotopsichismo - Presentato il filosofo David Chalmers. Lo ha coniato come nome per il concetto che esiste un essere "ambiguo", potenzialmente cosciente, ma che diventa veramente cosciente solo quando viene attivato o diviso. Ad esempio, quando le entità protocoscienti vengono attivate o vi si accede dal cervello, diventano coscienti e arricchiscono i processi neurali con l'esperienza. Secondo Hameroff, le entità panprotopsichiche potranno un giorno essere descritte in termini di fisica fondamentale per l'universo (3).

Piccoli e grandi crolli

Roger Penrose, a sua volta, basandosi sulla teoria di Kurt Gödel, dimostra che alcune azioni compiute dalla mente sono incalcolabili. Indica che non puoi spiegare il pensiero umano in modo algoritmico e, per spiegare questa incomputabilità, devi guardare al collasso della funzione d'onda quantistica e della gravità quantistica. Alcuni anni fa, Penrose si chiedeva se potesse esserci una sovrapposizione quantistica di neuroni carichi o scaricati. Pensava che il neurone potesse essere alla pari con il computer quantistico nel cervello. I bit in un computer classico sono sempre "on" o "off", "zero" o "one". D'altra parte, i computer quantistici funzionano con i qubit, che possono essere contemporaneamente nella sovrapposizione di "zero" e "uno".

Penrose ci crede massa è equivalente alla curvatura dello spaziotempo. Basta immaginare lo spazio-tempo in forma semplificata come un foglio di carta bidimensionale. Tutte e tre le dimensioni spaziali sono compresse sull'asse x, mentre il tempo è tracciato sull'asse Y. Una massa in una posizione è una pagina curva in una direzione e una massa in un'altra posizione è curva nell'altra direzione. La conclusione è che una massa, una posizione o uno stato corrisponde a una certa curvatura nella geometria fondamentale dello spazio-tempo che caratterizza l'universo su scala molto piccola. Pertanto, una certa massa in sovrapposizione significa curvatura in due o più direzioni contemporaneamente, che è equivalente a una bolla, un rigonfiamento o una separazione nella geometria dello spazio-tempo. Secondo la teoria dei molti mondi, quando ciò accade, può nascere un universo completamente nuovo: le pagine dello spazio-tempo divergono e si dispiegano individualmente.

Penrose concorda in una certa misura con questa visione. Tuttavia, è convinto che la bolla sia instabile, cioè collassa nell'uno o nell'altro mondo dopo un dato tempo, che è in qualche modo in relazione alla scala di separazione o alla dimensione dello spazio-tempo della bolla. Pertanto, non è necessario accettare molti mondi, ma solo piccole aree in cui il nostro universo è lacerato. Usando il principio di indeterminazione, il fisico ha scoperto che una grande separazione crollerà rapidamente e una piccola lentamente. Così una piccola molecola, come un atomo, può rimanere in sovrapposizione per un tempo molto lungo, diciamo 10 milioni di anni. Ma una creatura grande come un gatto da un chilogrammo può rimanere in sovrapposizione solo per 10-37 secondi, quindi non vediamo spesso gatti in sovrapposizione.

Sappiamo che i processi cerebrali durano da decine a centinaia di millisecondi. Ad esempio, con oscillazioni con una frequenza di 40 Hz, la loro durata, ovvero l'intervallo, è di 25 millisecondi. Il ritmo alfa su un elettroencefalogramma è di 100 millisecondi. Questa scala temporale richiede nanogrammi di massa in sovrapposizione. Nel caso di microtubuli in sovrapposizione sarebbero necessari 120 miliardi di tubuline, ovvero il loro numero è 20 XNUMX. neuroni, che è il numero appropriato di neuroni per gli eventi psichici.

Gli scienziati descrivono ciò che ipoteticamente potrebbe accadere nel corso di un evento cosciente. Il calcolo quantistico avviene nelle tubuline e porta al collasso secondo il modello di riduzione di Roger Penrose. Ogni collasso costituisce la base di un nuovo modello di configurazioni delle tubuline, che a loro volta determinano come le tubuline controllano le funzioni cellulari alle sinapsi, ecc. Ma qualsiasi collasso di questo tipo riorganizza anche la geometria fondamentale dello spazio-tempo e apre l'accesso o l'attivazione del entità incorporate a questo livello.

Penrose e Hameroff hanno chiamato il loro modello riduzione oggettiva composta (Orch-OR-) perché c'è un circuito di feedback tra la biologia e "l'armonia" o la "composizione" delle fluttuazioni quantistiche. A loro avviso, ci sono fasi alternative di isolamento e comunicazione definite da stati di gelificazione all'interno del citoplasma che circonda i microtubuli, che si verificano all'incirca ogni 25 millisecondi. La sequenza di questi "eventi coscienti" porta alla formazione del nostro flusso di coscienza. Lo viviamo come una continuità, proprio come un film sembra essere continuo, sebbene rimanga una serie di fotogrammi separati.

O forse anche più basso

Tuttavia, i fisici erano scettici sulle ipotesi del cervello quantistico. Anche in condizioni criogeniche di laboratorio, mantenere la coerenza degli stati quantistici per più di frazioni di secondo è un grosso problema. E il tessuto cerebrale caldo e umido?

Hameroff ritiene che per evitare la decoerenza dovuta alle influenze ambientali, la sovrapposizione quantistica deve rimanere isolata. Sembra più probabile che possa verificarsi l'isolamento all'interno della cellula nel citoplasmadove, ad esempio, la già citata gelificazione attorno ai microtubuli può proteggerli. Inoltre, i microtubuli sono molto più piccoli dei neuroni e sono strutturalmente collegati come un cristallo. La scala dimensionale è importante perché si presume che una piccola particella, come un elettrone, possa trovarsi in due posti contemporaneamente. Più qualcosa diventa grande, più è difficile in laboratorio farlo funzionare in due posti contemporaneamente.

Tuttavia, secondo Matthew Fisher dell'Università della California a Santa Barbara, citato nello stesso articolo di New Scientist di dicembre, abbiamo la possibilità di risolvere il problema della coerenza solo se scendiamo al livello giri atomici. In particolare, questo significa lo spin nei nuclei atomici del fosforo, che si trova nelle molecole di composti chimici importanti per il funzionamento del cervello. Fisher ha identificato alcune reazioni chimiche nel cervello che teoricamente producono ioni fosfato in stati entangled. Lo stesso Roger Penrose ha trovato queste osservazioni promettenti, sebbene continui a favorire l'ipotesi dei microtubuli.

4. Intelligenza artificiale - visione

Le ipotesi sulla base quantistica della coscienza hanno implicazioni interessanti per le prospettive di sviluppo dell'intelligenza artificiale. Secondo loro, non abbiamo alcuna possibilità di costruire un'IA veramente consapevole (4) basata sulla tecnologia classica, del silicio e dei transistor. Solo i computer quantistici - e non l'attuale o anche la prossima generazione - apriranno la strada a un cervello sintetico "reale", o cosciente.