¿Está la conciencia limitada por la física cuántica? Nos estamos acercando a descubrirlo

Una de las preguntas abiertas más importantes de la ciencia es cómo conciencia está establecido. En la década de 1990, mucho antes de ganar Premio Nobel de Física 2020 por su predicción de agujeros negros, el físico Roger Penrose se asoció con el anestesiólogo Stuart Hameroff para proponer una respuesta ambiciosa.

Ellos reclamaron que el sistema neuronal del cerebro forma una red intrincada y que la conciencia que esto produce debe obedecer las reglas de mecánica cuántica – la teoría que determina cómo se mueven partículas diminutas como los electrones. Esto, argumentan, podría explicar la misteriosa complejidad de la conciencia humana.

Penrose y Hameroff fueron recibidos con incredulidad. Las leyes de la mecánica cuántica generalmente solo se aplican en temperaturas muy bajas. Computadoras cuánticas, por ejemplo, actualmente operan alrededor -272 ° C. A temperaturas más altas, la mecánica clásica se hace cargo.

Dado que nuestro cuerpo funciona a temperatura ambiente, es de esperar que se rija por las leyes clásicas de la física. Por esta razón, la teoría de la conciencia cuántica ha sido descartado por completo por muchos científicos, aunque otros son partidarios persuadidos.

En lugar de entrar en este debate, decidí unir fuerzas con colegas de China, dirigidos por el profesor Xian-Min Jin de la Universidad Jiaotong de Shanghai, para probar algunos de los principios que sustentan la teoría cuántica de la conciencia.

En nuestro nuevo papel, hemos investigado cómo las partículas cuánticas podrían moverse en una estructura compleja como el cerebro, pero en un entorno de laboratorio. Si nuestros hallazgos se pueden comparar algún día con la actividad medida en el cerebro, podríamos acercarnos un paso más a validar o descartar las de Penrose y Hameroff. teoría controvertida.

Cerebros y fractales

Nuestros cerebros están compuestos de células llamadas neuronas, y se cree que su actividad combinada genera conciencia. Cada neurona contiene microtúbulos, que transportan sustancias a diferentes partes de la célula. La teoría de Penrose-Hameroff de la conciencia cuántica sostiene que los microtúbulos están estructurados en una patrón fractal lo que permitiría que ocurrieran procesos cuánticos.

Los fractales son estructuras que no son ni bidimensionales ni tridimensionales, sino que tienen un valor fraccionario intermedio. En matemáticas, los fractales surgen como hermosos patrones que se repiten infinitamente, generando lo que parece imposible: una estructura que tiene un área finita, pero un perímetro infinito.

Esto puede parecer imposible de visualizar, pero los fractales ocurren con frecuencia. en naturaleza. Si miras de cerca los floretes de una coliflor o las ramas de un helecho, verá que ambos están formados por la misma forma básica que se repite una y otra vez, pero a escalas cada vez más pequeñas. Esa es una característica clave de los fractales.

Lo mismo sucede si miras dentro de tu propio cuerpo: la estructura de tus pulmones, por ejemplo, es fractal, al igual que los vasos sanguineos en su sistema circulatorio. Los fractales también aparecen en las encantadoras obras de arte repetidas de MC Escher y Jackson Pollock, y se han utilizado durante décadas en tecnología, como en el diseño de antenas.

Todos estos son ejemplos de fractales clásicos: fractales que se rigen por las leyes de la física clásica en lugar de la física cuántica.

archivo 20210719 23 8ojaavLa extensión del límite del círculo III de Escher muestra su naturaleza fractal y repetitiva. (Vladimir-Bulatov / Deviantart, CC BY-NC-SA)

Es fácil ver por qué se han utilizado los fractales para explicar la complejidad de la conciencia humana. Debido a que son infinitamente intrincados, lo que permite que la complejidad emerja de patrones simples repetidos, podrían ser las estructuras que sustentan las misteriosas profundidades de nuestras mentes.

Pero si este es el caso, solo podría estar sucediendo a nivel cuántico, con partículas diminutas que se mueven en patrones fractales dentro de las neuronas del cerebro. Es por eso que la propuesta de Penrose y Hameroff se llama teoría de la “conciencia cuántica”.

Conciencia cuántica

Todavía no podemos medir el comportamiento de los fractales cuánticos en el cerebro, si es que existen. Pero la tecnología avanzada significa que ahora podemos medir fractales cuánticos en el laboratorio. En investigación reciente involucrando a un microscopio de efecto túnel (STM), mis colegas de Utrecht y yo dispusimos cuidadosamente los electrones en un patrón fractal, creando un fractal cuántico.

Cuando luego medimos la función de onda de los electrones, que describe su estado cuántico, descubrimos que ellos también vivían en la dimensión fractal dictada por el patrón físico que habíamos creado. En este caso, el patrón que usamos en la escala cuántica fue el Triángulo de Sierpinski, que es una forma que se encuentra en algún lugar entre unidimensional y bidimensional.

Este fue un hallazgo emocionante, pero las técnicas STM no pueden probar cómo se mueven las partículas cuánticas, lo que nos diría más sobre cómo pueden ocurrir los procesos cuánticos en el cerebro. Entonces en nuestra última investigación, mis colegas de la Universidad Jiaotong de Shanghai y yo fuimos un paso más allá. Usando experimentos fotónicos de última generación, pudimos revelar el movimiento cuántico que tiene lugar dentro de los fractales con un detalle sin precedentes.

Logramos esto por inyectando fotones (partículas de luz) en un chip artificial que fue diseñado minuciosamente en un pequeño triángulo de Sierpiński.

Inyectamos fotones en la punta del triángulo y observamos cómo se extendían por su estructura fractal en un proceso llamado transporte cuántico. Luego repetimos este experimento en dos estructuras fractales diferentes, ambas con forma de cuadrados en lugar de triángulos. Y en cada una de estas estructuras realizamos cientos de experimentos.

Nuestras observaciones de estos experimentos revelan que los fractales cuánticos en realidad se comportan de manera diferente a los clásicos. Específicamente, encontramos que la propagación de la luz a través de un fractal se rige por diferentes leyes en el caso cuántico en comparación con el caso clásico.

Este nuevo conocimiento de los fractales cuánticos podría proporcionar las bases para que los científicos prueben experimentalmente la teoría de la conciencia cuántica. Si las mediciones cuánticas se toman un día del cerebro humano, podrían compararse con nuestros resultados para decidir definitivamente si la conciencia es un fenómeno clásico o cuántico.

Nuestro trabajo también podría tener profundas implicaciones en todos los campos científicos. Al investigar el transporte cuántico en nuestras estructuras fractales diseñadas artificialmente, es posible que hayamos dado los primeros pequeños pasos hacia la unificación de la física, las matemáticas y la biología, lo que podría enriquecer enormemente nuestra comprensión del mundo que nos rodea, así como del mundo que existe en nuestras cabezas. . La conversación

Cristiane de Morais Smith, Profesor, Física Teórica, Universidad de Utrecht.

Este artículo se vuelve a publicar desde La conversación bajo una licencia Creative Commons. Leer el artículo original.

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