Связано ли сознание с квантовой физикой? Учёные приближаются к разгадке

Гипотезу Пенроуза и Хамероффа в научном мире встретили недоверчиво. Законы квантовой механики обычно применяются только при очень низких температурах. Квантовые компьютеры, например, в настоящее время работают при температуре около -272 ° C. При более высоких температурах берет верх классическая механика.

Поскольку наше тело работает при комнатной температуре, можно ожидать, что оно подчиняется классическим законам физики. По этой причине многие ученые категорически отвергли теорию квантового сознания, но есть и ее убежденные сторонники. В новом исследовании ученые из Китая во главе с профессором Сянь-Минь Цзинь из Шанхайского университета транспорта проверяют некоторые принципы, лежащие в основе квантовой теории сознания.

В новой статье они описали, как квантовые частицы могут перемещаться в сложной структуре — например, такой как мозг — но в лабораторных условиях. Если эти открытия однажды можно будет сравнить с активностью, наблюдаемой в мозге непосредственно, то наука сможет приблизиться ещё на один шаг к подтверждению или отклонению противоречивой теории Пенроуза и Хамероффа.

Наш мозг состоит из клеток, называемых нейронами. Считается, что их совместная деятельность и порождает сознание. Каждый нейрон содержит микротрубки, которые транспортируют вещества к разным частям клетки. Теория квантового сознания Пенроуза-Хамероффа предполагает, что микротрубочки структурированы по фрактальному шаблону, благодаря которому происходят квантовые процессы.

Фракталы — это структуры, которые не являются ни двумерными, ни трехмерными, а представляют собой некую промежуточную дробную величину. Они чаще всего изображаются как красивые узоры, которые бесконечно повторяются, порождая то, что кажется невозможным: структуру с ограниченной площадью, но бесконечным периметром.

Фракталы часто встречаются в природе. Если вы внимательно посмотрите на соцветия цветной капусты или ветви папоротника, вы увидите, что они состоят из одной и той же основной формы, повторяющейся снова и снова, но в меньших и меньших масштабах. Это ключевая характеристика фракталов.

То же самое происходит, если вы заглядываете внутрь собственного тела: например, структура ваших легких фрактальна, как и кровеносные сосуды в вашей системе кровообращения. Фракталы присутствуют и в картинах Маурица Корнелиса Эшера и Джексона Поллока, и в некоторых технологиях, например, в конструкции антенн. Все это примеры классических фракталов, подчиняющихся законам классической, а не квантовой физики.

Фракталы использовались для объяснения сложности человеческого сознания, потому что они сами бесконечно сложны, а их сложная структура возникает из простых повторяющихся шаблонов. Но если это так, то это может происходить только на квантовом уровне, когда крошечные частицы движутся фрактальными узорами внутри нейронов мозга. Вот почему предположение Пенроуза и Хамероффа называется теорией «квантового сознания».

В недавнем исследовании с использованием сканирующего туннельного микроскопа (СТМ) учёные расположили электроны по принципу фрактального узора, создав квантовый фрактал. Затем, когда они измерили волновую функцию электронов, которая описывает их квантовое состояние, обнаружилось, что они тоже жили во фрактальной размерности, продиктованной созданным физическим паттерном.

Это захватывающее открытие, но методы СТМ не могут исследовать, как движутся квантовые частицы, а ведь именно это могло бы больше рассказать о том, как квантовые процессы могут протекать в мозге.

Тем не менее, учёные, используя современные эксперименты по фотонике, смогли выявить квантовое движение, происходящее внутри фракталов, с беспрецедентной детализацией. Они достигли этого, введя фотоны (частицы света) в искусственный чип. Исследователи вводили фотоны в вершину треугольника Серпинского и наблюдали, как они распространяются по его фрактальной структуре в процессе, называемом квантовым переносом. Затем они повторили этот эксперимент с двумя разными фрактальными структурами, каждая из которых имеет форму квадрата, а не треугольника. В каждой из этих структур они провели сотни экспериментов.

Наблюдения учёных показывают, что квантовые фракталы на самом деле ведут себя иначе, чем классические. В частности, ученые обнаружили, что распространение света по фракталу определяется другими законами в квантовом случае по сравнению с классическим случаем.

Это новое знание квантовых фракталов может дать ученым основу для экспериментальной проверки теории квантового сознания. Если в один прекрасный день в человеческом мозге будут проведены квантовые измерения, их можно будет сравнить с полученным сейчас результатами, чтобы решить, является ли сознание классическим или квантовым явлением.

Фото: Medium