آیا خودآگاهی محدود به فیزیک کوانتوم است؟

13
615

بیگ بنگ: یکی از مهمترین سوالاتی که در علم باید به آن پاسخ دهیم این است که خودآگاهی چگونه ایجاد می‌شود؟ در دهه ۹۰، مدت‌ها قبل از اینکه فیزیکدان “راجر پنروز” جایزه نوبل فیزیک سال ۲۰۲۰ را برای پیش‌بینی سیاهچاله‌ها برنده شود، با همکاری “استوارت هامروف” یک پاسخ بلندپروازانه به این سوال داد.

emberiagyszamitogepneuralishalozatshutterstock

به گزارش بیگ بنگ، آنها ادعا کردند که سیستم عصبی مغز یک شبکه‌ی پیچیده تشکیل می‌دهد و خودآگاهی که این شبکه تولید می‌کند باید از قوانین مکانیک کوانتوم پیروی کند – نظریه‌ای که تعیین می‌کند ذرات کوچکی مثل الکترون‌ها چگونه به این طرف و آن طرف حرکت می‌کنند. آنها استدلال کردند که این ادعا می‌تواند پیچیدگی اسرارآمیز خودآگاهی انسان را توضیح دهد.

پنروز و هامروف دچار شک و تردید شدند. قوانین مکانیک کوانتوم معمولاً فقط در دماهای بسیار پایین اعمال می‌شوند. مثلاً کامپیوترهای کوانتومی در حال حاضر در دمای حدود ۲۷۲- درجه سانتیگراد کار می‌کنند. در دماهای بالاتر، مکانیک کلاسیک کنترل را به دست می‌گیرد.

از آنجایی که بدن ما در دمای اتاق کار می‌کند، انتظار دارید که با قوانین کلاسیک فیزیک کنترل شود. به همین دلیل، بسیاری از دانشمندان نظریه خودآگاهی کوانتومی را به طور کامل رد کردند – اگرچه بقیه حامیان این نظریه هستند. “کریستیان د موریس اسمیت” فیزیکدان نظری گفت: بجای ورود به این بحث، تصمیم گرفتم با همکارانم از چین، به سرپرستی پروفسور ژیان-مین جین در دانشگاه جیاوتونگ شانگهای، برخی از اصول نظریه کوانتومی خودآگاهی را آزمایش کنیم.

در مقاله‌ی جدیدمان، بررسی کردیم که ذرات کوانتومی چگونه در یک ساختار پیچیده مثل مغز – اما در محیط آزمایشگاه – حرکت می‌کنند. اگر یافته‌های ما روزی با فعالیتِ اندازه‌گیری شده در مغز مقایسه شود، می‌توانیم یک قدم به تأیید یا رد نظریه‌ی بحث‌برانگیز پنروز و هامیروف نزدیک شویم.

مغز و فراکتال

مغز ما متشکل از سلول‌هایی به نام نورون‌ها است و معتقدیم که فعالیت ترکیبی آنها می‌تواند خودآگاهی را تولید کند. هر نورون شامل میکروتوبول‌هایی است که مواد را به بخش‌های مختلف سلول منتقل می‌کنند. نظریه خودآگاهی کوانتومی پنروز-هامروف استدلال می‌کند میکروتوبول‌ها در یک الگوی فراکتال ساختاربندی شده‌اند که فرآیندهای کوانتومی را امکانپذیر می‌کند.

فراکتال‌ها ساختارهایی هستند که نه دو بعدی‌اند و نه سه بعدی، بلکه در عوض یک مقدار کسریِ بینابینی دارند. در ریاضیات، فراکتال‌ها به صورت الگوهایی زیبا ظاهر می‌شوند که به طور بی‌نهایت خودشان را تکرار می‌کنند و چیزی به ظاهر غیرممکن را تولید می‌کنند: ساختاری که یک مساحت محدود اما یک محیط نامحدود دارد.

تجسم این امر غیرممکن به نظر می‌رسد اما فراکتال‌ها در واقع به طور مکرر در طبیعت رخ می‌دهند. اگر از نزدیک به گلچه‌های گل کلم یا شاخه‌های سرخس نگاه کنید، مشاهده می‌کنید که هر دو از شکل یکسانی برخوردارند و بارها و بارها خودشان را تکرار می‌کنند اما در مقیاس‌های کوچکتر و کوچکتر. این ویژگی کلیدی فراکتال‌ها است.

اگر به درون بدنتان نیز نگاه کنید همین اتفاق می‌افتد: مثلاً ساختار ریه‌های شما فراکتال است، همانند رگ‌های خونی در سیستم گردش خون شما. همچنین فراکتال‌ها در آثار هنری تکراری دل‌انگیزِ اِشر و جکسون پولوک نیز حضور دارند و برای چندین دهه در تکنولوژی بکار می‌رفتند، مثلاً در طراحی آنتن‌ها.

drawing colorful painting animals fish symmetry pattern optical illusion psychedelic M C Escher mural mosaic ART design modern art psychedelic artاینها همگی مثال‌هایی از فراکتال‌های کلاسیک هستند – فراکتال‌هایی که قوانین فیزیک کلاسیک را رعایت می‌کنند، نه فیزیک کوانتومی. به آسانی می‌توان فهمید که چرا فراکتال‌ها برای توضیح پیچیدگی خودآگاهی انسان استفاده شده‌اند. از آنجایی که آنها بی‌نهایت پیچیده هستند و اجازه می‌دهند پیچیدگی از الگوهای تکراریِ ساده ظاهر شود، می‌توانند ساختارهایی باشند که از اعماق مرموز ذهن ما پشتیبانی می‌کنند.

اما اگر این امر درست باشد، فقط می‌تواند در سطح کوانتومی رخ دهد که در آن، ذرات کوچک در الگوهای فراکتال درون نورون‌های مغز حرکت می‌کنند. به همین دلیل است که پیشنهاد پنروز و هامروف نظریه‌ی «خودآگاهی کوانتومی» نامیده می‌شود.

خودآگاهی کوانتومی

ما هنوز نتوانسته‌ایم رفتار فراکتال‌های کوانتومی در مغز را اندازه بگیریم – اگر اصلاً وجود داشته باشند. اما فناوری پیشرفته به این معناست که اکنون می‌توانیم فراکتال‌های کوانتومی را در آزمایشگاه اندازه‌گیری کنیم. در تحقیقات اخیر با استفاده از میکروسکوپ تونل‌زنی روبشی (STM)، من و همکارانم با دقت الکترون‌ها را در یک الگوی فراکتال مرتب کردیم و یک فراکتال کوانتومی را ایجاد کردیم.

سپس وقتی تابع موج الکترون‌ها را اندازه‌گیری کردیم که حالت کوانتومی آنها را توصیف می‌کند، دریافتیم آنها نیز در بُعد فراکتالی زندگی می‌کردند که ما آن را با الگوی فیزیکی که ساخته بودیم کنترل می‌کردیم. در این حالت، الگویی که در مقیاس کوانتومی استفاده کردیم مثلث سرپینسکی بود که شکلی بین تک بعدی و دو بُعدی است.

edebebaadaaاین یافته بسیار هیجان‌انگیز بود اما تکنیک‌های STM نمی‌توانند نحوۀ حرکت ذرات کوانتومی را جستجو کنند – این یعنی نمی‌توانیم اطلاعات بیشتری در مورد فرآیندهای کوانتومی که در مغز اتفاق می‌افتند، بدست آوریم. بنابراین در جدیدترین تحقیقمان، در دانشگاه جیائو تونگ شانگهای یک قدم به جلو برداشتیم. با استفاده از جدیدترین آزمایشات فوتونیک توانستیم حرکت کوانتومی که درون فراکتال‌ها رخ می‌دهد را با جزئیات بی‌سابقه‌ای بررسی نماییم.

با تزریق فوتون‌ها (ذرات نور) به درون یک تراشه‌ی مصنوعی که با زحمت به درون یک مثلث سرپینسکی کوچک مهندسی شده بود، به این امر دست یافتیم. ما فوتون‌ها را به نوک مثلث تزریق کردیم و نحوۀ انتشار آنها در ساختار فراکتال را در فرآیندی به نام «انتقال کوانتومی» تماشا کردیم. سپس این آزمایش را در دو ساختار فراکتال مختلف که هر دو به شکل کُره بودند نه مثلث، تکرار کردیم. و در هر یک از این ساختارها، صدها آزمایش را انجام دادیم.

مشاهدات ما از این آزمایشات نشان می‌دهد که فراکتال‌های کوانتومی در واقع متفاوت با فراکتال‌های کلاسیک رفتار می‌کنند. به ویژه دریافتیم که جریان نور در سرتاسر یک فراکتال، اگر در نمونه‌ی کوانتومی باشد با قوانین متفاوتی نسبت به نمونه‌ی کلاسیک کنترل می‌شود.

این دانش جدید در مورد فراکتال‌های کوانتومی می‌تواند مبانیِ آزمایش تجربیِ نظریه‌ی خودآگاهی کوانتومی را برای دانشمندان فراهم کند. اگر روزی اندازه‌گیری‌های کوانتومی از مغز انسان انجام شوند، می‌توان آنها را با نتایج ما مقایسه کرد تا به طور قاطعانه تصمیم‌گیری شود که آیا خودآگاهی یک پدیدۀ کلاسیک است یا کوانتومی.

تحقیق ما می‌تواند دلالت‌های عمیقی دربارۀ رشته‌های علمی داشته باشد. با بررسی انتقال کوانتومی در ساختارهای فراکتالی که به طور مصنوعی طراحی شده‌اند، ممکن است اولین قدم‌ها را به سمت متحد کردنِ فیزیک، ریاضیات و زیست‌شناسی برداشته باشیم که عمیقاً درک ما از دنیای پیرامونمان و همچنین دنیای موجود در مغزمان را بیشتر خواهد کرد.

ترجمه: سحر الله‌وردی/ سایت علمی بیگ بنگ

منبع: theconversation.com



ارسال یک پاسخ

لطفا دیدگاه خود را وارد کنید!
لطفا نام خود را در اینجا وارد کنید

این سایت از اکیسمت برای کاهش هرزنامه استفاده می کند. بیاموزید که چگونه اطلاعات دیدگاه های شما پردازش می‌شوند.

13 دیدگاه‌ها

  1. در درون هر انسان موجودات زنده بیشماری وجود دارند که با دنیای اطراف در حال تبادل هستند و کار خود را به درستی انجام می دهند مثلآ انسان وقت خواب تنظیم نمی کند در هر دقیقه چند تنفس کند اما سلول ها و اعصاب بطور خودکار اینکار را انجام می دهند اما در هشیاری و بیداری کامل انسان می تواند کنترل بعضی از قسمت ها را بدست گیرد اما بعضی را نه مثلآ انسان نمی تواند کنترل هضم غذا و یا گردش خون را کنترل کند .

  2. به نظر اینجانب
    امواج بین نورونی و طیف پردازش نرونی مغز در یک ساختار به نحوی کار میکنند که ایجاد یک الگوی کوانتومی نموده و در شکل یک رفتار تک کوانتومی یا فضای کوانتومی مجازی شبیه نیمه مجازی آنتن با زوج کوانتومی خود در مرکز هوشمندی عالم در ارتباط است و هر رفتاری در کوانتوم مجازی مغز اثر خود را در کوانتوم مرکز هوشمندی عالم هستی دخالت میدهد.

    انتشار این گونه مطالب بسیار مفید است

  3. من در اینجا با ادعای جدیدی مواجه شدم : اینکه قوانین کوانتوم مربوط به دماهای بسیار پایین میباشد . نا جائیکه درحد اطلاعات بسیار ناچیز من است قوانین کوانتوم مربوط به ذرات بسیار کوچک است . خواهشمندم افراد با سواد توضیحی مختصر بدهند.

    • بله مقصودش کامپیوتر های کوانتومی هست که طبق خواسته ما اگر بخواهیم کنترلشون کنیم تو اون دما فقط فعلا امکانپذیره وگر نه که قوانین کوانتوم همیشه برقرار هست

    • این خودآگاه اینقدر پیچیده ناخودآگاه چی در مقایسه ناخودآگاه با خودآگاه اگر مغز را یک کوه یخ تو آب درنظر بگیریم خودآگاه فقط قسمت بالای آب هستش قسمت گنده زیر آب ناخودآگاه هست.

    • وقتی بحث از دما میشه معمولا با یک سیستم ماکروسکوپی سروکار داریم که در واقع در تعادل ترمودینامیکی هست. (دما اصولاً کمیتی هست که در تعادل ترمودینامیکی تعریف میشه.) از طرفی دمای یک سیستم میزان افت و خیز انرژی سیستم در حین تبادل انرژی با حمام گرمایی هست. اگر این دما بالا باشد یعنی این تبادل انرژی رفت و برگشتی نرخ بالایی دارد. بنابراین دمای بالا باعث وادوسی (نابود شدن همدوسی) حالات کوانتومی میشه و اثرات کوانتومی از بین میروند. چراکه اثرات کوانتومی همگی از اصل برهم نهی ناشی می‌شوند و در فقدان همدوسی برهم نهی هم وجود ندارد. از طرفی دماهای پایین متناظر با حالت‌هایی هستند که بیشترین احتمال مربوط به حالات انرژی پایین هست و وادوسی کمتر اتفاق می افتد. پس در دماهای به اندازه کافی پایین سیستم رفتار کوانتومی از خود نشان میدهد. البته تمام این صحبت‌ها مربوط به سیستمهای با تعداد ذرات بالا به کار میرود چون این سیستم ها در برهمکنش پیچیده تر و غیر قابل کنترل تری با محیط خود هستند. در سیستم های میکروسکوپی به دلیل کنترل بالا میتونیم حالت های خالص در انرژی بالا هم داشته باشیم و اصلا هم با دما سرو کار نداشته باشیم.

    • قوانین کوانتوم همواره برقرار است و صدق آنها وابسته به دما نیست. احتمالامنظور نویسنده کامپیوتر های کوانتومی است که با فناوری امروز در دماهای پایین قابل کنترل و عمل هستند.

    • اجسام در مقیاس بزرگتر از زیر اتمی در دماهای نزدیک به صفر خواص کوانتومی از خودشون نشون میدهند،مانند خاصیت ضد جاذبه که در برخی فلزات در دمای نزدیک به صفر اتفاق می افتد