Кой знае? Ние или пространство-време?

Метафизика? Много учени се опасяват, че хипотезите за квантовата природа на ума и паметта принадлежат към тази добре известна ненаучна област. От друга страна, какво, ако не наука, е търсенето на физическа, макар и квантова основа за съзнанието, вместо търсене на свръхестествени обяснения?

1. Микротубули - Визуализация

За да цитирам от декемврийския брой на New Scientist, анестезиологът от Аризона Стюарт Хамероф от години казва, че микротубули - фиброзни структури с диаметър 20-27 nm, образувани в резултат на полимеризация на тубулин протеин и действащи като цитоскелет, който образува клетка, включително нервна клетка (1) - съществуват в Квантови "суперпозиции"което им позволява да имат две различни форми едновременно. Всяка от тези форми е свързана с определено количество информация, kubitem, като в този случай съхранява два пъти повече данни, отколкото би изглеждало от класическото разбиране на тази система. Ако към това добавим и явлението qubit заплитане, т.е. взаимодействия на частици, които не са в непосредствена близост, показва модел на функционирането на мозъка като квантов компютърописан от известния физик Роджър Пенроуз. Хамероф също си сътрудничи с него, като по този начин обяснява изключителната скорост, гъвкавост и гъвкавост на мозъка.

2. Стюарт Хамероф и Роджър Пенроуз

Светът на измерванията на Планк

Според привържениците на теорията за квантовия ум проблемът за съзнанието е свързан със структурата на пространство-времето по скалата на Планк. За първи път това е посочено от горепосочените учени - Пенроуз и Хамероф (90) в техните трудове в началото на 2 век. Според тях, ако искаме да приемем квантовата теория на съзнанието, тогава трябва да изберем пространството, в което протичат квантовите процеси. Това може да бъде мозък - от гледна точка на квантовата теория, четириизмерно пространство-време, което има собствена вътрешна структура в невъобразимо малък мащаб, от порядъка на 10-35 метра. (дължина на Планк). На такива разстояния пространство-времето прилича на гъба, чиито мехурчета имат обем

10-105 m3 (един атом пространствено се състои от почти сто процента квантов вакуум). Според съвременните познания такъв вакуум гарантира стабилността на атомите. Ако съзнанието също се основава на квантовия вакуум, то може да повлияе на свойствата на материята.

Наличието на микротубули в хипотезата на Penrose-Hameroff променя пространство-времето локално. Тя „знае“, че ние сме и може да ни повлияе чрез промяна на квантовите състояния в микротубулите. От това могат да се направят екзотични изводи. Например такова, че всички промени в структурата на материята в нашата част от пространство-времето, произведени от съзнанието, без никакво забавяне във времето, теоретично могат да бъдат записани във всяка част от пространство-времето, например в друга галактика.

Хамероф се появява в много интервюта в пресата. теория на панпсихизмавъз основа на предположението, че има определен тип осъзнаване във всичко около вас. Това е стар изглед, възстановен през XNUMX век от Спиноза. Друго производно понятие е панпротопсихизъм – представи се философът Дейвид Чалмърс. Той го измисли като наименование на концепцията, че съществува "двусмислено" същество, потенциално съзнателно, но ставащо истински съзнателно едва когато е активирано или разделено. Например, когато протосъзнателните същности се активират или имат достъп от мозъка, те стават съзнателни и обогатяват невронните процеси с опит. Според Хамероф един ден панпротопсихичните същности могат да бъдат описани от гледна точка на физиката, която е фундаментална за Вселената (3).

Малки и големи колапси

Роджър Пенроуз от своя страна, базирайки се на теорията на Кърт Гьодел, доказва, че някои действия, извършвани от ума, са неизчислими. Показва, че не можете да обясните човешката мисъл алгоритмично и за да обясните тази неизчислимост, трябва да разгледате колапса на квантовата вълнова функция и квантовата гравитация. Преди няколко години Пенроуз се чудеше дали може да има квантова суперпозиция на заредени или разредени неврони. Той смяташе, че невронът може да се изравни с квантовия компютър в мозъка. Битовете в класическия компютър винаги са "включени" или "изключени", "нула" или "едно". От друга страна, квантовите компютри работят с кубити, които могат едновременно да бъдат в суперпозицията на „нула“ и „едно“.

Пенроуз вярва в това масата е еквивалентна на кривината на пространство-времето. Достатъчно е да си представим пространство-времето в опростен вид като двуизмерен лист хартия. И трите пространствени измерения са компресирани по оста x, докато времето се нанася върху оста y. Маса в една позиция е страница, извита в една посока, а маса в друга позиция е извита в другата посока. Основното е, че маса, позиция или състояние съответства на определена кривина във фундаменталната геометрия на пространство-времето, която характеризира Вселената в много малък мащаб. По този начин, някаква маса в суперпозиция означава кривина в две или повече посоки едновременно, което е еквивалентно на балон, изпъкналост или разделяне в пространствено-времевата геометрия. Според теорията за многото светове, когато това се случи, може да възникне изцяло нова вселена - страниците на пространство-времето се разделят и разгръщат поотделно.

Пенроуз е съгласен до известна степен с тази визия. Той обаче е убеден, че балонът е нестабилен, т.е. колабира в един или друг свят след определено време, което е в някаква връзка с мащаба на разделяне или размера на пространство-времето на балона. Следователно няма нужда да приемаме много светове, а само малки области, в които нашата вселена е разкъсана. Използвайки принципа на несигурността, физикът установи, че голямо разделение ще се срути бързо, а малко бавно. Така малка молекула, като атом, може да остане в суперпозиция за много дълго време, да речем 10 милиона години. Но голямо същество като еднокилограмова котка може да остане в суперпозиция само за 10-37 секунди, така че не виждаме често котки в суперпозиция.

Знаем, че мозъчните процеси продължават от десетки до стотици милисекунди. Например при трептения с честота 40 Hz тяхната продължителност, т.е. интервалът, е 25 милисекунди. Алфа ритъмът на електроенцефалограма е 100 милисекунди. Тази времева скала изисква масови нанограми в суперпозиция. В случай на микротубули в суперпозиция, ще са необходими 120 милиарда тубулини, т.е. техният брой е 20 XNUMX. неврони, което е подходящият брой неврони за психични събития.

Учените описват какво хипотетично може да се случи в хода на съзнателно събитие. Квантовото изчисление се извършва в тубулините и води до колапс според редукционния модел на Роджър Пенроуз. Всеки колапс формира основата на нов модел на тубулинови конфигурации, които от своя страна определят как тубулините контролират клетъчните функции в синапсите и т.н. Но всеки колапс от този тип също реорганизира фундаменталната геометрия на пространство-времето и отваря достъп до или активиране на субекти, вградени на това ниво.

Penrose и Hameroff кръстиха своя модел съставена обективна редукция (Orch-OR-), защото има обратна връзка между биологията и „хармонията“ или „композицията“ на квантовите флуктуации. По тяхно мнение, има алтернативни фази на изолация и комуникация, определени от състояния на желиране в цитоплазмата, заобикаляща микротубулите, настъпващи приблизително на всеки 25 милисекунди. Последователността на тези „съзнателни събития“ води до формирането на нашия поток от съзнание. Ние го преживяваме като непрекъснатост, така както филмът изглежда непрекъснат, въпреки че остава поредица от отделни кадри.

Или може би дори по-ниско

Физиците обаче бяха скептични относно хипотезите за квантовия мозък. Дори при лабораторни криогенни условия, поддържането на кохерентността на квантовите състояния за повече от части от секундата е голям проблем. Какво ще кажете за топла и влажна мозъчна тъкан?

Хамероф вярва, че за да се избегне декохерентност поради влияния на околната среда, квантовата суперпозиция трябва да остане изолирана. Изглежда по-вероятно да настъпи изолация вътре в клетката в цитоплазматакъдето, например, вече споменатото желиране около микротубулите може да ги защити. Освен това микротубулите са много по-малки от невроните и са структурно свързани като кристал. Мащабът на размера е важен, тъй като се предполага, че малка частица, като електрон, може да бъде на две места едновременно. Колкото по-голямо става нещо, толкова по-трудно е в лабораторията да го накараш да работи на две места едновременно.

Въпреки това, според Матю Фишър от Калифорнийския университет в Санта Барбара, цитиран в същата декемврийска статия в New Scientist, имаме шанс да разрешим проблема с кохерентността само ако слезем до нивото атомни завъртания. По-специално, това означава въртенето в атомните ядра на фосфора, намиращ се в молекулите на химически съединения, важни за функционирането на мозъка. Фишър идентифицира определени химични реакции в мозъка, които теоретично произвеждат фосфатни йони в заплетени състояния. Самият Роджър Пенроуз намери тези наблюдения за обещаващи, въпреки че все още подкрепя хипотезата за микротубулите.

4. Изкуствен интелект – зрение

Хипотезите за квантовата основа на съзнанието имат интересни последици за перспективите за развитие на изкуствения интелект. Според тях нямаме шанс да изградим истински съзнателен AI (4), базиран на класическа, силиконова и транзисторна технология. Само квантовите компютри - а не сегашното или дори следващото поколение - ще отворят пътя към "истински", или съзнателен, синтетичен мозък.