Хто ў курсе? Мы ці прастора-час?
Метафізіка? Многія навукоўцы асцерагаюцца, што гіпотэзы аб квантавай прыродзе розуму і памяці ставяцца да гэтай вядомай ненавуковай вобласці. З іншага боку, што, калі не навука, гэта пошук фізічнай, хоць і квантавай, падставы для прытомнасці, замест пошуку звышнатуральных тлумачэнняў?
1. Мікратрубачкі – візуалізацыя
Цытата са снежаньскага нумара часопіса New Scientist: анестэзіёлаг з Арызоны Сцюарт Хамероф ужо шмат гадоў кажа, што мікратрубачкі - кудзелістыя структуры дыяметрам 20-27 нм, якія ўтвараюцца ў выніку полімерызацыі бялку тубуліна і выконваюць ролю цыташкілета, які фармуе клетку, у тым ліку нервовую клетку (1) - існуюць у Квантавыя «суперпазіцыі»што дазваляе ім мець дзве розныя формы адначасова. Кожная з гэтых формаў звязана з пэўным аб'ёмам інфармацыі, кубітэм, у дадзеным выпадку захоўваючы ў два разы больш дадзеных, чым магло б здацца з класічнага разумення гэтай сістэмы. Калі да гэтага дадаць з'яву заблытанасць кубітаў, т. е. узаемадзеяння часціц, якія не знаходзяцца ў непасрэднай блізкасці, паказвае мадэль функцыянавання мозгу як квантавага кампутараапісаў вядомы фізік Роджэр Пенроўз. Хамероф таксама супрацоўнічаў з ім, тлумачачы такім чынам незвычайную хуткасць, гнуткасць і ўніверсальнасць мозгу.
2. Сцюарт Хамероф і Роджэр Пенроўз
Планкаўскі свет вымярэнняў
На думку прыхільнікаў тэорыі квантавага розуму, праблема свядомасці звязана са структурай прасторы-часу на планкаўскай шкале. Упершыню на гэта ўказалі вышэйзгаданыя навукоўцы – Пенроўз і Хамэраф (90) у сваіх працах у пачатку 2-х гг. Згодна з імі, калі мы жадаем прыняць квантавую тэорыю прытомнасці, то мы павінны абраць прастору, у якім адбываюцца квантавыя працэсы. Гэта можа быць мозг – з пункту гледжання квантавай тэорыі, чатырохмерная прастора-час, які мае сваю ўнутраную структуру ў неверагодна малых маштабах, каля 10-35 метраў. (планкаўская даўжыня). На такіх адлегласцях прастора-час нагадвае губку, бурбалкі якой маюць аб'ём.
10-105 м3 (атам прасторава складаецца з амаль стоадсоткавага квантавага вакууму). Згодна з сучаснымі ведамі, такі вакуум гарантуе стабільнасць атамаў. Калі прытомнасць таксама заснавана на квантавым вакууме, яно можа ўплываць на ўласцівасці матэрыі.
Наяўнасць микротрубочек ў гіпотэзе Пенроуза-Хамерафа лакальна мадыфікуе прастору-час. Яна "ведае", што мы ёсць, і можа ўплываць на нас, змяняючы квантавыя станы ў микротрубочках. З гэтага можна зрабіць экзатычныя высновы. Напрыклад, такі, што усе змены ў структуры матэрыі ў нашай частцы прасторы-часу, якія вырабляюцца свядомасцю, без якой-небудзь затрымкі ў часе, тэарэтычна могуць быць зафіксаваны ў любой частцы прасторы-часу, напрыклад, у іншай галактыцы.
Хамераф выступае ў шматлікіх інтэрв'ю для прэсы. тэорыя панпсіхізмузаснаваны на здагадцы, што ва ўсім, што вас атачае, прысутнічае вызначаны тып усведамлення. Гэта стары выгляд, адноўлены ў XNUMX стагоддзі Спінозай. Іншае вытворнае паняцце - панпратапсіхізм - увёў філосаф Дэвід Чалмерс. Ён прыдумаў яго як назву канцэпцыі, паводле якой існуе «неадназначная» істота, патэнцыйна свядомая, але якая робіцца па-сапраўднаму свядомым толькі тады, калі яна актывуецца або падзяляецца. Напрыклад, калі протосвядомыя сутнасці актывуюцца ці калі мозг атрымлівае да іх доступ, яны становяцца свядомымі і ўзбагачаюць нервовыя працэсы досведам. Паводле Хамероффа, панпратапсіхічныя сутнасці аднойчы могуць быць апісаны ў тэрмінах фізікі, фундаментальнай для Сусвету (3).
Малыя і вялікія калапсы
Роджэр Пенроўз, у сваю чаргу, на аснове тэорыі Курта Гёдэля даказвае, што некаторыя дзеянні, якія здзяйсняюцца розумам, не паддаюцца вылічэнні. Указвае, што вы не можаце растлумачыць чалавечую думку алгарытмічна, і каб растлумачыць гэтую незлічонасць, трэба звярнуцца да калапсу квантавай хвалевай функцыі і квантавай гравітацыі. Некалькі гадоў таму Пенроуз задаўся пытаннем, ці можа існаваць квантавая суперпазіцыя зараджаных або разраджаных нейронаў. Ён думаў, што нейрон можа быць нароўні з квантавым кампутарам у мозгу. Біты ў класічным кампутары заўсёды "уключаны" ці "выключаны", "нуль" ці "адзінка". З іншага боку, квантавыя кампутары працуюць з кубітамі, якія могуць адначасова знаходзіцца ў суперпазіцыі "нуля" і "адзінкі".
Пенроўз лічыць, што маса эквівалентная крывізне прасторы-часу. Дастаткова ўявіць сабе прастору-час у спрошчаным выглядзе як двухмерны ліст паперы. Усе тры прасторавых вымярэнні сціснутыя па восі X, а час адкладзена па восі Y. Маса ў адным становішчы ўяўляе сабой старонку, выгнутую ў адным кірунку, а маса ў іншым становішчы выгнутая ў іншым кірунку. Сутнасць у тым, што маса, становішча ці стан адпавядаюць вызначанай крывізне ў фундаментальнай геаметрыі прасторы-часу, якая характарызуе сусвет у вельмі малым маштабе. Такім чынам, некаторая маса ў суперпазіцыі азначае скрыўленне ў двух ці больш кірунках адначасова, што эквівалентна бурбалцы, выпукласці або падзелу ў геаметрыі прасторы-часу. Паводле тэорыі шматлікіх міроў, калі гэта адбываецца, можа паўстаць цэлы новы сусвет — старонкі прасторы-часу разыходзяцца і раскрываюцца індывідуальна.
Пенроўз у некаторай ступені згодзен з гэтым бачаннем. Аднак ён перакананы, што бурбалка нестабільны, гэта значыць схлопваецца ў той ці іншы свет праз зададзены час, якое знаходзіцца ў некаторым стаўленні да маштабу падзелу або памеру прасторы-часу бурбалкі. Таму няма неабходнасці прымаць мноства светаў, а толькі невялікія вобласці, у якіх наш Сусвет разарваны. Выкарыстоўваючы прынцып нявызначанасці, фізік выявіў, што вялікі падзел разбурыцца хутка, а малы - павольна. І так маленькая малекула, такая як атам, можа заставацца ў суперпазіцыі вельмі доўга, скажам, 10 мільёнаў гадоў. Але буйная істота, такая як аднакілаграмовая котка, можа заставацца ў суперпазіцыі толькі 10-37 секунд, таму мы не часта бачым котак у суперпазіцыі.
Мы ведаем, што мазгавыя працэсы доўжацца ад дзясяткаў да сотняў мілісекунд. Напрыклад, пры ваганнях частатой 40 Гц іх працягласць, т. е. інтэрвал, складае 25 мілісекунд. Альфа-рытм на электраэнцэфалаграме складае 100 мілісекунд. Для гэтага часовага маштабу неабходны масавыя нанаграмы ў суперпазіцыі. У выпадку мікратрубачак у суперпазіцыі запатрабавалася б 120 мільярдаў тубулінаў, т. е. іх лік у 20 XNUMX. нейронаў, што зяўляецца прыдатным колькасцю нейронаў для псіхічных падзей.
Навукоўцы апісваюць тое, што гіпатэтычна магло адбыцца падчас усвядомленай падзеі. Квантавыя вылічэнні адбываюцца ў тубулінах і прыводзяць да калапсу ў адпаведнасці з рэдукцыйнай мадэллю Роджэра Пенроўза. Кожны калапс фармуе аснову новага патэрна канфігурацый тубулінаў, якія, у сваю чаргу, вызначаюць, як тубуліны кантралююць клеткавыя функцыі ў сінапсах і г. д. Але любы калапс такога тыпу таксама рэарганізуе фундаментальную геаметрыю прасторы-часу і адкрывае доступ да або актывацыя сутнасцяў, укаранёных на гэтым узроўні.
Пенроўз і Хамероф назвалі сваю мадэль складзенае аб'ектыўнае скарачэнне (Orch-OR-) таму што існуе пятля зваротнай сувязі паміж біялогіяй і "гармоніяй" ці "кампазіцыяй" квантавых ваганняў. На іх думку, існуюць альтэрнатыўныя фазы ізаляцыі і камунікацыі, якія вызначаюцца станамі гелеўтварэння ўнутры цытаплазмы, навакольнага микротрубочки, якія адбываюцца прыкладна кожныя 25 мілісекунд. Паслядоўнасць гэтых "свядомых падзей" прыводзіць да фарміравання нашага патоку свядомасці. Мы ўспрымаем яго як бесперапыннасць, падобна таму як фільм здаецца бесперапынным, хоць і застаецца серыяй асобных кадраў.
Ці, можа, нават ніжэй
Аднак фізікі скептычна ставіліся да квантавых гіпотэз аб мозгу. Нават у лабараторных крыягенных умовах падтрыманне кагерэнтнасці квантавых станаў даўжэй, чым долі секунды, з'яўляецца вялікай праблемай. А як наконт цёплай і вільготнай тканіны мозга?
Хамераф лічыць, што для таго, каб пазбегнуць дэкагерэнцыі з-за ўплыву навакольнага асяроддзя, квантавая суперпазіцыя павінна заставацца ізаляванай. Падаецца больш верагодным, што ізаляцыя можа адбыцца ўнутры клеткі ў цытаплазмедзе, напрыклад, ужо згаданае гелеўтварэнне вакол микротрубочек можа абараніць іх. Акрамя таго, мікратрубачкі нашмат менш нейронаў і структурна складныя, як крышталь. Шкала памераў важная, бо мяркуецца, што маленькая часціца, такая як электрон, можа знаходзіцца ў двух месцах адначасова. Чым больш нешта становіцца, тым больш складана ў лабараторыі прымусіць яго працаваць у двух месцах адначасова.
Аднак, на думку Мэцью Фішэра з Каліфарнійскага ўніверсітэта ў Санта-Барбары, працытаваным у тым жа снежаньскім артыкуле «New Scientist», у нас ёсць шанец вырашыць праблему кагерэнтнасці толькі ў тым выпадку, калі мы апусцімся на ўзровень атамныя спіны. У прыватнасці, гэта азначае спін у атамных ядрах фосфару, знойдзенага ў малекулах хімічных злучэнняў, важных для функцыянавання мозгу. Фішар вызначыў пэўныя хімічныя рэакцыі ў мозгу, якія тэарэтычна вырабляюць іёны фасфату ў заблытаных станах. Сам Роджэр Пенроўз знайшоў гэтыя назіранні шматабяцальнымі, хоць ён па-ранейшаму аддае перавагу гіпотэзу мікратрубачак.
4. Штучны інтэлект - зрок
Гіпотэзы аб квантавай аснове свядомасці маюць цікавае значэнне для перспектыў развіцця штучнага інтэлекту. На іх думку, у нас няма шанцаў пабудаваць сапраўды свядомы ІІ (4) на аснове класічнай, крамянёвай і транзістарнай тэхналогіі. Толькі квантавыя кампутары – а не цяперашняе і нават не наступнае пакаленне – адкрыюць шлях да «сапраўднага», ці свядомага, сінтэтычнага мозгу.
