Фракталы в голове: ученые проверили теорию сознания как квантового феномена
Кристиан де Морэ Смит из Утрехтского университета и ее китайские коллеги из Шанхайского университета транспорта решили проверить принципы квантовой теории сознания. Они создали фракталы из электронов и смотрели, как двигаются частицы в сложных структурах наподобие тех, что могут находиться у нас в мозгу.
Исследование опубликовано в Nature Photonics. Коротко о нем рассказывает The Conversation.
Как устроено наше сознание? Это один из главных вопросов современной науки. На него в 1990-х пытался ответить Роджер Пенроуз, нобелевский лауреат по физике 2020 года. Тогда он объединился с анестезиологом Стюартом Хамероффом. Они утверждали, что нейроны образуют сложнейшую сеть и что созданное ими сознание должно подчиняться квантовой механике.
Идеи Пенроуза и Хамероффа встретили с недоверием. Законы квантовой механики применяют только при очень низких температурах. Квантовые компьютеры, например, функционируют примерно при –272 °C. При более высоких температурах работает классическая механика. Наше тело функционирует при комнатной температуре и, предположительно, управляется классическими законами физики. Поэтому многие ученые полностью отвергли теорию квантового сознания, хотя другие стали ее убежденными сторонниками.
Мозг и фракталы
Наш мозг состоит из нейронов. Совместная работа этих клеток порождает сознание. Каждый нейрон содержит микротрубочки — по ним транспортируются вещества. Теория квантового сознания Пенроуза — Хамероффа утверждает, что микротрубочки устроены как фракталы и в них могут происходить квантовые процессы.
Мы знаем про 2D- и 3D-объекты. Фракталы ни двумерные, ни трехмерные — у них промежуточная величина. В математике фракталы — бесконечные узоры, у них конечная площадь, но бесконечный периметр.
Фракталы часто встречаются в природе. Вспомните листья папоротника — там основная форма многократно повторяется все в меньшем масштабе. Это ключевая характеристика фракталов. Структура легких и кровеносных сосудов тоже фрактальная.
Можно найти фракталы в работах художников Маурица Эшера и Джексона Поллока, в дизайне антенн. Это примеры фракталов, которые подчиняются законам классической физики, а не квантовой.
Квантовое сознание
Пока поведение квантовых фракталов в мозге, если они там вообще есть, не исследуется. Но в лаборатории уже начали. Ученые создали квантовый фрактал с помощью сканирующего туннельного микроскопа (STM). Они расположили молекулы CO на медной поверхности, и электроны между молекулами образовали треугольник Серпинского.
Затем исследователи измерили волновую функцию электронов и обнаружили, что частицы существовали в измерении, продиктованном фрактальным узором: между 1D и 2D.
Однако исследовать движение частиц с помощью STM нельзя. Поэтому ученые поместили фотоны в вершину чипа в форме крошечного треугольника Серпинского. Они наблюдали за движением фотона в ходе квантового переноса. Затем повторили эксперимент на двух коврах Серпинского (фракталах, в основе которых квадрат).
Наблюдения показали, что квантовые фракталы ведут себя иначе, чем классические. Например, свет распространяется по ним по другим правилам.
Ученые считают, что результаты их работы о квантовых фракталах могут лечь в основу биологических исследований.
«Если в человеческом мозге проведут квантовые измерения, их можно будет сравнить с нашими результатами, чтобы окончательно решить: сознание — классический феномен или квантовый», — пишет профессор Кристиан де Морэ Смит.