L'une des questions ouvertes les plus importantes en science est de savoir comment notre conscience est construite. Dans les années 1990, bien avant de remporter le prix Nobel de physique 2020 pour sa prédiction sur les trous noirs, le physicien Roger Penrose a rencontré l'anesthésiste Stuart Hameroff pour proposer une réponse ambitieuse. Ils ont fait valoir que le système neuronal du cerveau forme un réseau complexe et que la conscience qu'il produit doit obéir aux règles de la mécanique quantique. Ils soutiennent que cela pourrait expliquer la complexité mystérieuse de la conscience humaine. Donc, nous les physiciens et tout le monde semble être très intéressé à entrer dans la dimension philosophique de la mécanique quantique. Cependant, sur la base du fait que cette recherche a été menée par des scientifiques sérieux, nous avons décidé de compiler l'article pour vous.
Les scientifiques Penrose et Hameroff mentionnés dans le premier paragraphe ont été accueillis avec scepticisme. Les lois de la mécanique quantique semblent souvent valables uniquement à très basse température. Par exemple, les ordinateurs quantiques fonctionnent actuellement à environ -272°C. À des températures plus élevées, la mécanique classique entre en jeu. Puisque notre corps fonctionne à température ambiante, on s'attendrait à ce qu'il soit soumis aux lois de la physique classique. Pour cette raison, la théorie de la conscience quantique a été complètement rejetée par de nombreux scientifiques.
Dans cet article, les résultats de l'étude de la façon dont les particules quantiques peuvent se déplacer dans une structure complexe telle que le cerveau, mais dans un environnement de laboratoire, sont donnés.
Structures cérébrales et fractales
Notre cerveau est composé de cellules appelées neurones, et on pense que leurs activités combinées créent la conscience.
Chaque neurone contient des microtubules qui transportent des substances vers différentes parties de la cellule. La théorie Penrose-Hameroff de la conscience quantique soutient que les microtubules sont structurés dans un modèle fractal qui permettra aux processus quantiques de se produire.
Les fractales sont des structures qui ne sont ni bidimensionnelles ni tridimensionnelles, mais qui ont plutôt une valeur fractionnaire occasionnelle. En mathématiques, les fractales se révèlent comme de beaux motifs qui se répètent à l'infini, produisant ce qui semble impossible.
Une structure avec une surface finie mais avec un périmètre infini.
Il est facile de voir pourquoi les fractales sont utilisées pour expliquer la complexité de la conscience humaine. Parce qu'ils sont infiniment complexes et permettent à la complexité d'émerger de simples schémas répétitifs, ils peuvent être des structures qui soutiennent les profondeurs mystérieuses de notre esprit.
Mais si tel est le cas, cela ne peut se produire qu'au niveau quantique, avec de minuscules particules se déplaçant selon des schémas fractals dans les neurones du cerveau. C'est pourquoi la proposition de Penrose et Hameroff s'appelle la théorie de la "conscience quantique".
Cela peut sembler impossible à visualiser, mais les fractales se trouvent en fait fréquemment dans la nature. Si vous regardez attentivement les fleurons d'un chou-fleur ou les brindilles d'une fougère, vous verrez qu'ils se forment tous les deux à partir de la même forme de base encore et encore, mais à des échelles de plus en plus petites. C'est une propriété fondamentale des fractales.
La même chose se produit si vous regardez à l'intérieur de votre propre corps. Par exemple, la structure de vos poumons est fractale, tout comme les vaisseaux sanguins de votre système circulatoire. Les fractales figurent également dans les fascinantes œuvres d'art répétitives de MC Escher et Jackson Pollock et sont utilisées depuis des décennies dans des technologies telles que la conception d'antennes. Ce sont tous des exemples de fractales classiques.
Il est facile de voir pourquoi les fractales sont utilisées pour expliquer la complexité de la conscience humaine. Parce qu'ils sont infiniment complexes et permettent à la complexité d'émerger de simples schémas répétitifs, ils peuvent être des structures qui soutiennent les profondeurs mystérieuses de notre esprit.
Mais si tel est le cas, cela ne peut se produire qu'au niveau quantique, avec de minuscules particules se déplaçant selon des schémas fractals dans les neurones du cerveau. C'est pourquoi la proposition de Penrose et Hameroff s'appelle la théorie de la "conscience quantique".
Qu'est-ce que la Conscience Quantique ?
Nous ne pouvons pas encore mesurer le comportement des fractales quantiques dans le cerveau, si elles existent. Mais la technologie de pointe signifie que nous pouvons désormais mesurer les fractales quantiques en laboratoire. Dans des recherches récentes impliquant un microscope à effet tunnel (STM), mes collègues d'Utrecht et notre auteur ont créé une fractale quantique en arrangeant soigneusement les électrons dans un motif fractal.
Plus tard, lorsqu'ils ont mesuré la fonction d'onde qui décrit les états quantiques des électrons, ils ont découvert qu'ils vivaient également dans la dimension fractale dictée par le modèle physique que nous avons créé. Dans ce cas, le modèle que nous avons utilisé à l'échelle quantique était le triangle de Sierpiński, une forme qui se situe quelque part entre unidimensionnel et bidimensionnel.
C'était une découverte passionnante, mais les techniques STM ne peuvent pas étudier comment les particules quantiques se déplacent.
Cela peut nous en dire plus sur la façon dont les processus quantiques peuvent se produire dans le cerveau. Dans nos dernières recherches, l'Université Jiaotong de Shanghai est allée plus loin, en utilisant des expériences photoniques de pointe pour révéler avec des détails sans précédent le mouvement quantique contenu dans les fractales.
Ils y sont parvenus en injectant des photons (particules de lumière) dans une puce artificielle soigneusement conçue dans un petit triangle de Sierpiński, en injectant des photons dans la pointe du triangle et en observant comment les photons se propagent dans la structure fractale au cours du processus.
Ils répètent ensuite cette expérience sur deux structures fractales différentes, toutes deux carrées plutôt que triangulaires, et ils ont fait des centaines d'expériences.
Nos observations de ces expériences révèlent que les fractales quantiques se comportent en fait différemment des fractales classiques. Plus précisément, nous avons constaté que la propagation de la lumière le long d'une fractale est régie par des lois différentes dans l'état quantique par rapport à l'état classique.
Cette nouvelle connaissance des fractales quantiques pourrait servir de base aux scientifiques pour tester expérimentalement la théorie de la conscience quantique. Si un jour des mesures quantiques sont prises dans le cerveau humain, elles pourront être comparées à nos résultats pour décider définitivement si la conscience est un phénomène classique ou quantique.
Notre travail peut également avoir de profondes implications dans les domaines scientifiques. En étudiant le transport quantique dans nos structures fractales conçues artificiellement, nous avons peut-être fait les premiers pas vers l'unification de la physique, des mathématiques et de la biologie ; cela peut grandement enrichir notre compréhension du monde qui nous entoure et du monde qui existe dans nos têtes.
Source : bigthink.com/hard-science/quantum-consciousness/
Günceleme: 18/09/2021 09:43
Soyez le premier à commenter