Жизнь или сознание - Что появилось раньше?

Квантовая механика и органический свет сознания.

Квантовая механика предполагает, что частицы могут находиться в состоянии суперпозиции - в двух состояниях одновременно - до тех пор, пока не произойдет измерение. Только после этого волновая функция, описывающая частицу, коллапсирует в одно из двух состояний. Согласно копенгагенской интерпретации квантовой механики, коллапс волновой функции происходит при наличии сознательного наблюдателя. Но согласно Роджеру Пенроузу, все происходит наоборот. Вместо того чтобы сознание вызывало коллапс, Пенроуз предположил, что волновые функции коллапсируют спонтанно и в процессе этого порождают сознание. Несмотря на странность этой гипотезы, последние экспериментальные результаты показывают, что такой процесс происходит в микротрубочках мозга. Это может означать, что сознание - фундаментальная особенность реальности, возникающая сначала в примитивных биоструктурах, в отдельных нейронах, а затем каскадом поднимающаяся к сетям нейронов, утверждает Стюарт Хамерофф, сотрудник Роджера Пенроуза.

Сознание определяет наше существование. В некотором смысле, это все, что у нас есть, все, что мы есть на самом деле. О природе сознания размышляли по-разному, во многих культурах, на протяжении многих лет. Но мы все еще не можем понять ее.

Одни говорят, что сознание всеобъемлюще, что оно включает в себя саму реальность, а материальный мир - всего лишь иллюзия. Другие говорят, что сознание - это иллюзия, без какого-либо реального феноменального опыта или сознательного контроля. Согласно этой точке зрения, мы, как мрачно сказал Т. Хаксли, "всего лишь беспомощные зрители, которые едут вместе с нами". Есть и те, кто рассматривает мозг как компьютер. Функции мозга исторически сравнивались с современными информационными технологиями, начиная с древнегреческого представления о памяти как о "кольце с печатью" в воске и заканчивая схемами телеграфной коммутации, голограммами и компьютерами. Неврологи, философы и сторонники искусственного интеллекта (ИИ) сравнивают мозг со сложным компьютером, состоящим из простых алгоритмических нейронов, соединенных синапсами переменной силы. Эти процессы могут быть пригодны для бессознательных функций "автопилота", но не могут объяснить сознание.

Наконец, есть те, кто считает сознание фундаментальным, связанным каким-то образом с тонкомасштабной структурой и физикой Вселенной. К ним относится, например, мнение Роджера Пенроуза о том, что сознание связано с процессом объективного сокращения - "коллапсом квантовой волновой функции" - деятельностью на грани между квантовой и классической сферами. Некоторые рассматривают такие связи с фундаментальной физикой как духовные, как связь с другими людьми и со Вселенной, другие видят в этом доказательство того, что сознание является фундаментальной характеристикой реальности, которая развилась задолго до появления самой жизни.

Сознание и коллапс волновой функции

Пенроуз предлагал объективное сокращение не только как научную основу для сознания, но и как решение "проблемы измерения" в квантовой механике. С начала 20-го века было известно, что квантовые частицы могут существовать в суперпозиции нескольких возможных состояний и/или мест одновременно, что математически описывается как волновая функция в соответствии с уравнением Шредингера. Но мы не видим таких суперпозиций, потому что, как казалось ранним квантовым исследователям, сам акт измерения или сознательного наблюдения, казалось, "сворачивает" волновую функцию в определенные состояния и местоположение - эффект сознательного наблюдателя - сознание сворачивает волновую функцию. Но эта точка зрения выводит сознание за рамки науки. Другое предложение - "множество миров", в которых нет коллапса, и каждая возможность развивает свою собственную вселенную.

Пенроуз перевернул представление о сознательном наблюдателе. Вместо того чтобы сознание вызывало коллапс, волновые функции спонтанно разрушались, вызывая момент - "квант" - сознания.

Коллапс, или уменьшение квантового состояния, происходил на объективном пороге в тонкомасштабной структуре геометрии пространства-времени.

Пенроуз впервые уподобил квантовые частицы крошечным искривлениям в геометрии пространства-времени (как это сделала Общая теория относительности Эйнштейна для крупных объектов, таких как солнце). Состояния суперпозиции нескольких возможностей или делокализованных частиц можно рассматривать как противоположные искривления и, следовательно, разделения в тонкомасштабной структуре Вселенной, геометрии пространства-времени. Если бы такие разделения продолжались, возникло бы "множество миров".

Но такие разделения были бы нестабильными, и уменьшились бы, или "разрушились" до определенных состояний, выбранных не случайно, не алгоритмически, а "невычислимо", возможно, отражая "платоновские значения", встроенные в геометрию пространства-времени. Таким образом, в то время как волновая функция рассматривается многими как чистая математика в абстрактном пространстве, Пенроуз характеризует ее как процесс в тонкомасштабной структуре Вселенной.

И каждое событие объективного сокращения влечет за собой момент "протосознательного" опыта в случайной микросреде, без памяти или контекста. Но иногда, по крайней мере, возникало бы чувство удовольствия, например, от квантовых оптических эффектов, ведущих к Объективному сокращению в мицелле, обеспечивая функцию обратной связи для оптимизации удовольствия. Практически все поведение человека и животных так или иначе связано со стремлением к удовольствию в его различных формах.

Протосознательные моменты лишены памяти, смысла и контекста, но обладают феноменальной "квалией" - примитивной формой сознательного опыта. Они могут быть похожи на негармоничные тона, ноты и звуки оркестра, который настраивается. В середине 1990-х годов я вместе с Роджером Пенроузом предположил, что квантовые колебания микротрубочек в нейронах мозга "оркестрованы", отсюда и "оркестрованное сокращение объектов". Сознание было чем-то вроде музыки в структуре пространства-времени.

На нашу теорию "оркестрованного объективного сокращения" смотрели скептически. Технологические квантовые компьютеры работали при температуре около абсолютного нуля, чтобы избежать тепловой декогеренции, поэтому квантовые перспективы в "теплом, влажном и шумном" мозге казались маловероятными. Но мы знали, что квантовая оптическая активность может возникать в неполярных областях белков микротрубочек, где анестетики, как оказалось, избирательно блокируют сознание. Недавно мы убедились в своей правоте: квантовое оптическое состояние сверхизлучения было продемонстрировано в микротрубочках, и, по предварительным данным, оно подавляется анестетиками. Как квантовая активность на этом уровне влияет на функции мозга в целом и на сознание?

Становится очевидным, что сознание может возникать в отдельных нейронах мозга, распространяясь вверх на сети нейронов, а также вниз и глубже, к терагерцовым квантовым оптическим процессам, например, к "сверхизлучению" в микротрубочках, и еще дальше, к фундаментальной геометрии пространства-времени (рис. 1). Я согласен с тем, что сознание является фундаментальным, и согласен с Роджером Пенроузом в том, что оно включает в себя самоколлапс квантовой волновой функции, пульсацию в тонкомасштабной структуре Вселенной.

Органический свет сам по себе не является сознанием. Но органический свет может быть интерфейсом между мозгом и сознательными процессами в тонкомасштабной структуре Вселенной.

Свет и сознание

Невозможно непосредственно измерить или наблюдать, сознание может проявляться в мозге значительным отклонением от простых алгоритмических бессознательных процессов, таких как рефлекторное, автопилотное поведение. Такое отклонение обнаружено в пирамидальных нейронах V слоя коры (см. рис. 1) у бодрствующих животных без изменений внешних мембранных потенциалов. Это позволяет предположить, что "сознательная" модуляция может возникать внутри нейронов, в результате более глубоких и быстрых квантовых процессов в цитоскелетных микротрубочках (см. рис. 1). Они могут включать в себя объективное сокращение Пенроуза, связанное с фундаментальной геометрией пространства-времени.

Свет - это та часть электромагнитного спектра, которую могут видеть глаза людей и животных - видимый свет. Каждая точка спектра соответствует фотону определенной длины волны и обратной частоты. Каждая длина волны воспринимается глазом и мозгом как различный цвет. Помимо длины волны/частоты, фотоны обладают и другими свойствами, включая интенсивность, поляризацию, фазу и орбитальный угловой момент.

Древние традиции характеризовали сознание как свет. Религиозные деятели часто изображались со светящимися "ореолами" и/или аурами. Индуистские божества изображаются со светящейся голубой кожей. Люди, пережившие опыт "близкой смерти" и "выхода из тела", описывали, что их притягивал "белый свет". Во многих культурах те, кто "пробудился к истине о реальности", являются "просветленными".

В последние годы было установлено, что биофотоны возникают в нейронах мозга, например, в ультрафиолетовом, видимом и инфракрасном диапазонах волн в результате окислительного метаболизма в митохондриях.

Свет преобладал в ранней Вселенной, например, в течение периода, начинающегося через 10 секунд после Большого взрыва, когда фотоны доминировали в энергетическом ландшафте и ненадолго освещали реальность. Однако затем фотоны, протоны и электроны слились в горячую, непрозрачную плазму, заслоняя реальность на 350 000 лет, пока Вселенная не остыла, что позволило электронам и протонам сформировать нейтральные атомы и построить материю и структуру. Фотоны получили возможность свободно бродить по прозрачной Вселенной и при встрече с веществом отражаться, рассеиваться или поглощаться, как правило, без существенного химического взаимодействия. Однако соединения, содержащие органические углеродные кольца - важные молекулы в живых системах - являются заметными исключениями.

Химики XVIII века знали о линейных цепочках атомов углерода с дополнительными гидрогенами - "углеводородах", таких как метан, пропан и др. Они также знали о маслянистой, легковоспламеняющейся молекуле с 6 углеродами, которую назвали бензолом, но не понимали ее структуры. Однажды ночью немецкому химику Августу Кекуле приснился сон, что линейные углеводороды - это змеи, и одна из них проглотила свой хвост - мифический "Уробурос". Проснувшись, он провозгласил (как оказалось, правильно): "Бензол - это кольцо"!

Каждое шестиугольное углеродное кольцо бензола имеет 3 дополнительных электрона, которые распространяются в виде "электронных облаков" над и под кольцом, состоящих из того, что позже стало известно как "пи"-электронные резонансные орбитали. Внутри этих облаков электроны могут переключаться между определенными орбиталями и энергетическими уровнями, сначала поглощая фотон, а затем испуская фотон более низкой энергии. Это основа квантовых оптических эффектов, включая флуоресценцию, фосфоресценцию, экситоны и сверхизлучение.

Гексагональные органические кольца с квантово-оптическими свойствами могут сливаться и включать пятисторонние кольца, образуя "индольные" кольца, которые содержатся в психоактивных молекулах, живых системах и во всей Вселенной, например, в межзвездной пыли.

Горячая плазма ранней Вселенной привела к образованию полиароматических углеводородов (ПАУ), сплавленных органических ("ароматических") комплексов бензольных и индольных колец. Обитая в межзвездной пыли, ПАУ по-прежнему оптически активны, например, флуоресцируют и излучают фотоны, видимые на Земле. Этот "органический свет" может играть ключевую роль в происхождении и развитии жизни и сознания.

Жизнь или сознание - что было первым?

Считается, что жизнь на Земле зародилась в кипящей смеси водных и маслянистых соединений, солнечного света и молний, названной "первобытным супом", как предположили Опарин и Холдейн в начале 20 века. В 1950-х годах Миллер и Урей смоделировали версию первобытного супа и обнаружили "амфипатические" биомолекулы с неполярным, похожим на бензол пи-резонансным органическим кольцом на одном конце и полярным, заряженным хвостом на другом. Такие молекулы широко распространены в биологии, например, ароматические аминокислоты триптофан (индольное кольцо), фенилаланин и тирозин в белках, компоненты мембран и нуклеиновых кислот, а также психоактивные молекулы, такие как дофамин, серотонин, ЛСД и ДМТ.

Опарин и Холдейн предположили, что неполярные, "гидрофобные" электронные облака пи-резонанса коалесцируют, чтобы избежать водной среды ("масло с водой не смешивается"). Полярные, растворимые в воде хвосты прилипали наружу, образуя растворимую в воде "мицеллу" с неполярной внутренней частью. Эти мицеллы каким-то образом превратились в функциональные клетки, а затем в многоклеточные организмы, задолго до появления генов. Но зачем неодушевленным существам самоорганизовываться, чтобы выполнять целенаправленные сложные функции, расти и развивать поведение? А затем, предположительно, в какой-то момент у них появилось сознание? Или сознание было "там с самого начала"?

Основная наука и философия предполагают, что сознание возникло в какой-то момент эволюции, возможно, совсем недавно, с появлением мозга и нервной системы. Но восточные духовные традиции, панпсихизм и теория объективной редукции Роджера Пенроуза предполагают, что сознание предшествовало жизни.

Могли ли индуцированные светом моменты протосознания возникнуть в первобытном супе Пенроуза путем объективного сокращения в мицеллах? Обеспечивали ли такие моменты функциональную обратную связь для оптимизации примитивного удовольствия, что послужило толчком к зарождению жизни и ее эволюции? Происходят ли подобные события в PAHs и органических кольцах во всей Вселенной?

Стюарт Хамерофф | Анестезиолог, теоретик квантового сознания и исследователь. Почетный профессор кафедры анестезиологии и Центра исследований сознания Аризонского университета, Тусон, Аризона.