Nadie comprende qué es la conciencia y cómo funciona. Nadie comprende tampoco la mecánica cuántica. ¿Podría ser más que una simple coincidencia? "No puedo identificar el problema real, por lo que sospecho que no hay un problema real, pero no estoy seguro de que no haya un problema real". El físico estadounidense Richard Feynman dijo esto sobre las misteriosas paradojas de la mecánica cuántica. Hoy los físicos usan esta teoría para describir los objetos más pequeños del universo. Pero podría decir lo mismo sobre el intrincado problema de la conciencia.
Algunos científicos piensan que ya entendemos la conciencia o que es solo una ilusión. Pero muchos otros piensan que ni siquiera nos hemos acercado a la esencia de la conciencia.
Un eterno rompecabezas llamado "conciencia" ha llevado incluso a algunos científicos a intentar explicarlo utilizando la física cuántica. Pero su celo fue recibido con bastante escepticismo, y esto no es sorprendente: no parece razonable explicar un acertijo con otro.
Pero tales ideas nunca son absurdas y ni siquiera desde el techo.
norte
Por un lado, para consternación de los físicos, la mente inicialmente se niega a comprender la teoría cuántica temprana. Además, se predice que las computadoras cuánticas serán capaces de hacer cosas que las computadoras convencionales no pueden. Esto nos recuerda que nuestros cerebros todavía son capaces de realizar hazañas más allá del alcance de la inteligencia artificial. La "conciencia cuántica" es ampliamente ridiculizada como una tontería mística, pero nadie ha sido capaz de disiparla por completo.
La mecánica cuántica es la mejor teoría que tenemos para describir el mundo a nivel de átomos y partículas subatómicas. Quizás el más famoso de sus misterios sea el hecho de que el resultado de un experimento cuántico puede cambiar dependiendo de si decidimos medir las propiedades de las partículas involucradas en él o no.
Cuando los pioneros de la teoría cuántica descubrieron por primera vez este "efecto observador", se alarmaron en serio. Parecía socavar la suposición subyacente a toda la ciencia: que existe un mundo objetivo ahí fuera, independiente de nosotros. Si el mundo se comporta dependiendo de cómo - o si - lo miramos, ¿qué significaría realmente "realidad"?
Video promocional:
Algunos científicos se han visto obligados a concluir que la objetividad es una ilusión y que la conciencia debe desempeñar un papel activo en la teoría cuántica. Otros simplemente no vieron ningún sentido común en esto. Por ejemplo, Albert Einstein estaba molesto: ¿existe la luna solo cuando la miras?
Hoy, algunos físicos sospechan que no es que la conciencia afecte a la mecánica cuántica … sino que incluso surgió gracias a ella. Creen que es posible que necesitemos la teoría cuántica para comprender cómo funciona el cerebro. ¿Podría ser que así como los objetos cuánticos pueden estar en dos lugares al mismo tiempo, un cerebro cuántico puede significar simultáneamente dos cosas mutuamente excluyentes?
Estas ideas son controvertidas. Puede resultar que la física cuántica no tenga nada que ver con el funcionamiento de la conciencia. Pero al menos demuestran que la extraña teoría cuántica nos hace pensar en cosas raras.
Lo mejor de todo es que la mecánica cuántica se abre paso en la conciencia humana a través de un experimento de doble rendija. Imagine un rayo de luz que incide en una pantalla con dos rendijas paralelas muy poco espaciadas. Parte de la luz pasa por las rendijas y cae sobre otra pantalla.
Puedes pensar en la luz como una onda. Cuando las ondas pasan a través de dos rendijas, como en un experimento, chocan - interfieren - entre sí. Si sus picos coinciden, se refuerzan entre sí, lo que da como resultado una serie de rayas de luz en blanco y negro en una segunda pantalla negra.
Este experimento se utilizó para mostrar la naturaleza ondulatoria de la luz durante más de 200 años antes de que surgiera la teoría cuántica. Luego, el experimento con una doble rendija se llevó a cabo con partículas cuánticas: electrones. Se trata de pequeñas partículas cargadas, componentes de un átomo. De forma incomprensible, pero estas partículas pueden comportarse como ondas. Es decir, se difractan cuando una corriente de partículas pasa a través de dos rendijas, produciendo un patrón de interferencia.
Ahora supongamos que las partículas cuánticas pasan por las rendijas una a una y su llegada a la pantalla también se observará paso a paso. Ahora bien, no hay nada obvio que pueda causar que la partícula interfiera en su camino. Pero la imagen de las partículas que golpean seguirá mostrando franjas.
Todo indica que cada partícula pasa simultáneamente por ambas rendijas e interfiere consigo misma. Esta combinación de los dos caminos se conoce como estado de superposición.
Pero esto es lo extraño.
Si colocamos el detector en una de las rendijas o detrás de él, podríamos averiguar si las partículas pasan por él o no. Pero en este caso, la interferencia desaparece. El mero hecho de observar el camino de una partícula, incluso si esta observación no debe interferir con el movimiento de la partícula, cambia el resultado.
El físico Pascual Jordan, que trabajó con el gurú cuántico Niels Bohr en Copenhague en la década de 1920, lo expresó de esta manera: "Las observaciones no solo violan lo que debe medirse, sino que lo determinan … Obligamos a la partícula cuántica a elegir una determinada posición". En otras palabras, Jordan dice que "hacemos nuestras propias medidas".
Si es así, la realidad objetiva puede simplemente tirarse por la ventana.
Pero las rarezas no terminan ahí.
Si la naturaleza cambia su comportamiento dependiendo de si estamos mirando o no, podríamos intentar torcerla entre nuestros dedos. Para hacer esto, pudimos medir qué camino tomó la partícula al pasar por la doble rendija, pero solo después de pasar por ella. En ese momento, ya debería "decidir" si ir por un camino o por ambos.
Un físico estadounidense John Wheeler propuso un experimento de este tipo en la década de 1970 y, durante los diez años siguientes, se llevó a cabo un experimento con "elección tardía". Utiliza métodos inteligentes para medir los caminos de las partículas cuánticas (generalmente partículas ligeras, fotones) después de que eligen un camino o una superposición de dos.
Resultó que, como predijo Bohr, no importa si retrasamos las mediciones o no. Siempre que midamos la trayectoria del fotón antes de que golpee y se registre en el detector, no habrá interferencia. Parece que la naturaleza "sabe" no solo cuando estamos espiando, sino también cuando estamos planeando espiar.
Eugene Wigner
Siempre que en estos experimentos descubrimos el camino de una partícula cuántica, su nube de posibles rutas se "encoge" en un solo estado bien definido. Además, un experimento retrasado sugiere que el mismo acto de observar, sin ninguna intervención física provocada por la medición, puede provocar un colapso. ¿Significa esto que el verdadero colapso ocurre solo cuando el resultado de la medición llega a nuestra conciencia?
Esta posibilidad fue propuesta en la década de 1930 por el físico húngaro Eugene Wigner. "De esto se deduce que la descripción cuántica de los objetos está influenciada por las impresiones que entran en mi conciencia", escribió. "El solipsismo puede ser lógicamente consistente con la mecánica cuántica".
Wheeler incluso se divirtió con la idea de que la presencia de seres vivos capaces de "observar" transformara lo que antes era una multitud de posibles pasados cuánticos en una historia concreta. En este sentido, dice Wheeler, nos convertimos en partícipes de la evolución del universo desde el principio. Según él, vivimos en un "universo cómplice".
Los físicos todavía no pueden elegir la mejor interpretación de estos experimentos cuánticos y, hasta cierto punto, tienes derecho a hacerlo. Pero de una forma u otra, el subtexto es obvio: la conciencia y la mecánica cuántica están conectadas de alguna manera.
A partir de la década de 1980, el físico inglés Roger Penrose sugirió que esta conexión podría funcionar en una dirección diferente. Dijo que tanto si la conciencia afecta a la mecánica cuántica como si no, tal vez la mecánica cuántica esté involucrada en la conciencia.
El físico y matemático Roger Penrose
Y Penrose también preguntó: ¿qué pasa si hay estructuras moleculares en nuestro cerebro que pueden cambiar su estado en respuesta a un evento cuántico? ¿Pueden estas estructuras adquirir un estado de superposición, como las partículas en el experimento de doble rendija? ¿Podrían entonces manifestarse estas superposiciones cuánticas en la forma en que las neuronas se comunican a través de señales eléctricas?
Tal vez, dijo Penrose, nuestra capacidad para mantener estados mentales aparentemente incompatibles no sea una rareza perceptiva, sino un efecto cuántico real.
Después de todo, el cerebro humano parece ser capaz de procesar procesos cognitivos que aún son muy superiores a las computadoras digitales en términos de capacidades. Incluso podemos realizar tareas computacionales que no se pueden realizar en computadoras ordinarias utilizando la lógica digital clásica.
Penrose sugirió por primera vez que los efectos cuánticos están presentes en la mente humana en su libro de 1989 The Emperor's New Mind. Su idea principal era la "reducción objetiva orquestada". La reducción objetiva, según Penrose, significa que el colapso de la interferencia cuántica y la superposición es un proceso físico real, como una burbuja que estalla.
La reducción objetiva orquestada se basa en la suposición de Penrose de que la gravedad que afecta a los objetos, sillas o planetas cotidianos no exhibe efectos cuánticos. Penrose cree que la superposición cuántica se vuelve imposible para objetos más grandes que los átomos, porque su influencia gravitacional conduciría a la existencia de dos versiones incompatibles del espacio-tiempo.
Entonces Penrose desarrolló esta idea con el médico estadounidense Stuart Hameroff. En su libro Shadows of the Mind (1994), sugirió que las estructuras involucradas en esta cognición cuántica podrían ser filamentos de proteínas: microtúbulos. Se encuentran en la mayoría de nuestras células, incluidas las neuronas del cerebro. Penrose y Hameroff argumentaron que durante el proceso de oscilación, los microtúbulos pueden asumir un estado de superposición cuántica.
norte
Pero no hay nada que sugiera que esto sea posible en absoluto.
Se asumió que la idea de superposiciones cuánticas en microtúbulos estaría respaldada por experimentos propuestos en 2013, pero de hecho, estos estudios no mencionaron los efectos cuánticos. Además, la mayoría de los investigadores creen que la idea de reducciones objetivas orquestadas fue desmentida por un estudio publicado en 2000. El físico Max Tegmark calculó que las superposiciones cuánticas de moléculas involucradas en señales neuronales no podrían existir ni siquiera por el momento requerido para la transmisión de señales.
Los efectos cuánticos, incluida la superposición, son muy frágiles y se destruyen en un proceso llamado decoherencia. Este proceso se debe a las interacciones de un objeto cuántico con su entorno, ya que su "cuanto" se está filtrando.
Se creía que la decoherencia era extremadamente rápida en ambientes cálidos y húmedos como las células vivas.
Las señales nerviosas son impulsos eléctricos provocados por el paso de átomos cargados eléctricamente a través de las paredes de las células nerviosas. Si uno de estos átomos estaba en superposición y luego chocaba con una neurona, Tegmark mostró que la superposición debería decaer en menos de una mil millonésima de mil millonésima de segundo. Se necesitan diez mil billones de veces más para que una neurona emita una señal.
Es por eso que los escépticos no están probando las ideas sobre los efectos cuánticos en el cerebro.
Pero Penrose insiste sin descanso en la hipótesis de los REA. Y a pesar de la predicción de la decoherencia ultrarrápida de Tegmark en las células, otros científicos han encontrado manifestaciones de efectos cuánticos en los seres vivos. Algunos argumentan que las aves migratorias, que utilizan la navegación magnética, y las plantas verdes utilizan la mecánica cuántica, cuando utilizan la luz solar para producir azúcar mediante la fotosíntesis.
Dicho esto, la idea de que el cerebro puede usar trucos cuánticos se niega a desaparecer. Porque encontraron otro argumento a su favor.
¿Puede el fósforo mantener un estado cuántico?
En un estudio de 2015, el físico Matthew Fisher de la Universidad de California en Santa Bárbara argumentó que el cerebro puede contener moléculas que pueden soportar superposiciones cuánticas más poderosas. En particular, cree que los núcleos de los átomos de fósforo pueden tener esta capacidad. Los átomos de fósforo se encuentran en todas partes en las células vivas. A menudo toman la forma de iones fosfato, en los que un átomo de fósforo se combina con cuatro átomos de oxígeno.
Estos iones son la principal unidad de energía de las células. La mayor parte de la energía de la célula se almacena en moléculas de ATP, que contienen una secuencia de tres grupos fosfato unidos a una molécula orgánica. Cuando se corta uno de los fosfatos, se libera energía que es utilizada por la célula.
Las células tienen máquinas moleculares para ensamblar iones fosfato en grupos y descomponerlos. Fisher propuso un esquema en el que dos iones fosfato se pueden colocar en una superposición de cierto tipo: en un estado entrelazado.
Los núcleos de fósforo tienen una propiedad cuántica, el giro, que los hace parecer pequeños imanes con polos apuntando en determinadas direcciones. En un estado entrelazado, el giro de un núcleo de fósforo depende del otro. En otras palabras, los estados entrelazados son estados de superposición que involucran más de una partícula cuántica.
Fisher dice que el comportamiento de la mecánica cuántica de estos espines nucleares puede contrarrestar la decoherencia. Él está de acuerdo con Tegmark en que las vibraciones cuánticas de las que hablaron Penrose y Hameroff dependerán en gran medida de su entorno y "se desvanecerán casi de inmediato". Pero los giros de los núcleos no interactúan tan fuertemente con su entorno.
Y, sin embargo, el comportamiento cuántico de los espines de los núcleos de fósforo debe estar "protegido" de la decoherencia.
Las partículas cuánticas pueden tener diferentes espines
Esto podría suceder, dice Fischer, si los átomos de fósforo se incorporan en objetos más grandes llamados "moléculas Posner". Son grupos de seis iones fosfato combinados con nueve iones calcio. Hay algunos indicios de que estas moléculas pueden estar en células vivas, pero hasta ahora no son muy convincentes.
En las moléculas de Posner, sostiene Fischer, los giros del fósforo pueden resistir la decoherencia durante un día o dos, incluso en células vivas. Por tanto, también pueden afectar el funcionamiento del cerebro.
La idea es que las moléculas de Posner puedan ser captadas por neuronas. Una vez dentro, las moléculas activarán una señal a otra neurona, decayendo y liberando iones de calcio. Debido al entrelazamiento en las moléculas de Posner, dos de estas señales pueden enredarse a su vez: de alguna manera, será una superposición cuántica de "pensamiento". "Si el procesamiento cuántico con espines nucleares está realmente presente en el cerebro, sería extremadamente común, sucediendo todo el tiempo", dice Fisher.
Esta idea se le ocurrió por primera vez cuando estaba pensando en una enfermedad mental.
Cápsula de carbonato de litio
“Mi introducción a la bioquímica del cerebro comenzó cuando decidí hace tres o cuatro años investigar cómo y por qué el ión de litio tiene un efecto tan radical en el tratamiento de problemas de salud mental”, dice Fischer.
Los medicamentos de litio se usan ampliamente para tratar el trastorno bipolar. Funcionan, pero nadie sabe realmente por qué.
"No estaba buscando una explicación cuántica", dice Fisher. Pero luego se encontró con un artículo que describía cómo las preparaciones de litio tenían diferentes efectos en el comportamiento de las ratas según la forma (o "isótopo") del litio que se usaba.
Esto desconcertó a los científicos al principio. Químicamente, los diferentes isótopos se comportan de la misma manera, por lo que si el litio funcionó como una droga común, los isótopos deben haber tenido el mismo efecto.
Las células nerviosas están conectadas a las sinapsis
Pero Fischer se dio cuenta de que los núcleos de átomos de diferentes isótopos de litio pueden tener diferentes espines. Esta propiedad cuántica puede influir en el funcionamiento de los fármacos a base de litio. Por ejemplo, si el litio reemplaza al calcio en las moléculas de Posner, los giros del litio pueden tener un efecto sobre los átomos de fósforo y evitar que se enreden.
Si esto es cierto, también podría explicar por qué el litio puede tratar el trastorno bipolar.
En este punto, la suposición de Fischer no es más que una idea intrigante. Pero hay varias formas de comprobarlo. Por ejemplo, que los giros del fósforo en las moléculas de Posner pueden mantener la coherencia cuántica durante mucho tiempo. Este es Fisher y planea verificar más.
Sin embargo, desconfía de ser asociado con conceptos anteriores de "conciencia cuántica", que considera especulativos en el mejor de los casos.
La conciencia es un misterio profundo
A los físicos no les gusta estar dentro de sus propias teorías. Muchos de ellos esperan que la conciencia y el cerebro puedan extraerse de la teoría cuántica, y tal vez viceversa. Pero no sabemos qué es la conciencia, y mucho menos el hecho de que no tenemos una teoría que la describa.
Además, ocasionalmente hay exclamaciones fuertes de que la mecánica cuántica nos permitirá dominar la telepatía y la telequinesis (y aunque en algún lugar de la profundidad de los conceptos esto puede ser así, la gente se lo toma todo demasiado literalmente). Por lo tanto, los físicos generalmente tienen miedo de mencionar las palabras "cuántica" y "conciencia" en una oración.
En 2016, Adrian Kent de la Universidad de Cambridge en el Reino Unido, uno de los "filósofos cuánticos" más respetados, sugirió que la conciencia puede cambiar el comportamiento de los sistemas cuánticos de una manera sutil pero detectable. Kent es muy cuidadoso en sus declaraciones. "No hay ninguna razón convincente para creer que la teoría cuántica es una teoría adecuada de la cual extraer una teoría de la conciencia, o que los problemas de la teoría cuántica de alguna manera deben superponerse con el problema de la conciencia", admite.
Pero agrega que es completamente incomprensible cómo se puede derivar una descripción de la conciencia, basada únicamente en la física precuántica, cómo describir todas sus propiedades y características.
No entendemos como funcionan los pensamientos
Una pregunta particularmente preocupante es cómo nuestra mente consciente puede experimentar sensaciones únicas como el rojo o el olor a carne asada. Aparte de las personas con discapacidad visual, todos sabemos cómo se ve el rojo, pero no podemos transmitir este sentimiento, y en física no hay nada que nos pueda decir cómo se ve.
Los sentimientos como estos se llaman qualia. Los percibimos como propiedades uniformes del mundo externo, pero en realidad son productos de nuestra conciencia, y esto es difícil de explicar. En 1995, el filósofo David Chalmers llamó a esto el "problema difícil" de la conciencia.
"Cualquier cadena de pensamiento sobre la conexión entre la conciencia y la física conduce a serios problemas", dice Kent.
Esto lo llevó a sugerir que "podríamos hacer algún progreso en la comprensión del problema de la evolución de la conciencia, si admitiéramos (al menos admitimos) que la conciencia cambia las probabilidades cuánticas".
En otras palabras, el cerebro puede influir en los resultados de la medición.
Desde este punto de vista, no define "lo que es real". Pero puede afectar la probabilidad de que se observe cada una de las posibles realidades impuestas por la mecánica cuántica. Incluso la propia teoría cuántica no puede predecir esto. Y Kent cree que podríamos buscar tales manifestaciones de forma experimental. Incluso evalúa audazmente las posibilidades de encontrarlos.
“Asumiría con un 15 por ciento de certeza que la conciencia provoca desviaciones de la teoría cuántica; y otro 3 por ciento que lo confirmaremos experimentalmente en los próximos 50 años”, dice.
Si esto sucede, el mundo no será el mismo. Vale la pena explorar para eso.
ILYA KHEL
