|
Profesora de Física
Teórica - Universidad de Utrecht
del Sitio Web
TheConversation del Sitio Web Tendencias21
se comportan de forma diferente a la de los fractales clásicos, lo que sugiere que las neuronas podrían disponer de un patrón fractal que genera procesos quánticos asociados a la consciencia...
Una de las cuestiones abiertas más importantes de la ciencia es cómo se establece nuestra consciencia.
En la década de 1990, mucho antes de ganar el Premio Nobel de Física 2020 por su predicción de los agujeros negros, el físico Roger Penrose se asoció con el anestesiólogo Stuart Hameroff para proponer una respuesta ambiciosa.
Afirmaron que el sistema neuronal del cerebro forma una red intrincada y que la conciencia que esto produce debería obedecer las reglas de la mecánica quántica, la teoría que determina cómo se mueven las partículas diminutas como los electrones.
Esto, argumentan, podría explicar la misteriosa complejidad de la consciencia humana.
Penrose y Hameroff fueron recibidos con incredulidad.
Las leyes de la mecánica quántica generalmente solo se aplican a temperaturas muy bajas. Los ordenadores quánticos, por ejemplo, en la actualidad funcionan a alrededor de -272 °C.
A temperaturas más altas, la mecánica clásica se hace cargo.
Dado que nuestro cuerpo funciona a temperatura ambiente, es de esperar que se rija por las leyes de la física clásica. Por esta razón, la teoría de la consciencia quántica ha sido descartada por muchos científicos, aunque otros son partidarios persuadidos.
En lugar de entrar en este debate, decidí unir fuerzas con colegas de China, dirigidos por el profesor Xian-Min Jin de la Universidad Jiaotong de Shangai, para probar algunos de los principios que sustentan la teoría quántica de la consciencia.
En nuestro nuevo artículo, hemos investigado cómo las partículas quánticas podrían moverse en una estructura compleja como el cerebro, pero en un entorno de laboratorio.
Si nuestros hallazgos se pueden comparar algún día con la actividad medida en el cerebro, podemos acercarnos un paso más a validar o descartar la controvertida teoría de Penrose y Hameroff.
Cerebros y fractales
Nuestros cerebros están compuestos de células llamadas neuronas, y se cree que su actividad combinada genera consciencia.
Cada neurona contiene microtúbulos, que transportan sustancias a diferentes partes de la célula. La teoría de Penrose-Hameroff de la consciencia quántica sostiene que los microtúbulos están estructurados en un patrón fractal que permitiría que ocurrieran procesos quánticos.
Los fractales son estructuras que no son ni bidimensionales ni tridimensionales, sino que tienen un valor fraccionario intermedio.
En matemáticas, los fractales emergen como hermosos patrones que se repiten infinitamente, generando lo que parece imposible:
Esto puede parecer imposible de visualizar, pero los fractales ocurren con frecuencia en la naturaleza.
Si observa de cerca las flores de una coliflor o las ramas de un helecho, verá que ambas están compuestas por la misma forma básica que se repite una y otra vez, pero a escalas cada vez más pequeñas.
Esa es una característica clave de los fractales.
Lo mismo sucede si miras dentro de tu propio cuerpo:
Los fractales también aparecen en las encantadoras obras de arte repetidas de MC Escher y Jackson Pollock , y se han utilizado durante décadas en tecnología, como en el diseño de antenas.
Todos estos son ejemplos de fractales clásicos:
Esta extensión del Círculo Límite III de Escher muestra su naturaleza fractal y repetitiva. Vladimir-Bulatov / Deviantart , CC BY-NC-SA
Es fácil ver por qué se han utilizado los fractales para explicar la complejidad de la conciencia humana.
Debido a que son infinitamente intrincados, lo que permite que la complejidad emerja de patrones simples repetidos, podrían ser las estructuras que sustentan las misteriosas profundidades de nuestras mentes.
Pero si este es el caso, solo podría estar sucediendo a nivel quántico, con partículas diminutas que se mueven en patrones fractales dentro de las neuronas del cerebro.
Por eso la propuesta de Penrose y Hameroff se denomina teoría de la "consciencia quántica".
Consciencia quántica
Todavía no podemos medir el comportamiento de los fractales quánticos en el cerebro, si es que existen.
Pero la tecnología avanzada significa que ahora podemos medir fractales quánticos en el laboratorio.
En una investigación reciente que involucró un microscopio de efecto túnel (STM), mis colegas en Utrecht y yo dispusimos cuidadosamente los electrones en un patrón fractal, creando un fractal quántico.
Cuando luego medimos la función de onda de los electrones, que describe su estado quántico, descubrimos que ellos también vivían en la dimensión fractal dictada por el patrón físico que habíamos creado.
En este caso, el patrón que usamos en la escala quántica fue el triángulo de Sierpiński, que es una forma que se encuentra en algún lugar entre unidimensional y bidimensional.
Este fue un hallazgo emocionante, pero las técnicas STM no pueden sondear cómo se mueven las partículas quánticas, lo que nos diría más sobre cómo pueden ocurrir los procesos quánticos en el cerebro.
Entonces, en nuestra última investigación, mis colegas de la Universidad Jiaotong de Shangai y yo fuimos un paso más allá.
Utilizando experimentos fotónicos de última generación, pudimos revelar el movimiento quántico que tiene lugar dentro de los fractales con un detalle sin precedentes.
Logramos esto inyectando fotones (partículas de luz) en un chip artificial que fue diseñado minuciosamente en un diminuto triángulo de Sierpiński.
Inyectamos fotones en la punta del triángulo y observamos cómo se extendían por su estructura fractal en un proceso llamado transporte quántico.
Luego repetimos este experimento en dos estructuras fractales diferentes, ambas con forma de cuadrados en lugar de triángulos.
Y en cada una de estas estructuras realizamos cientos de experimentos.
También realizamos experimentos en un fractal de forma cuadrada llamado alfombra de Sierpiński.
Nuestras observaciones de estos experimentos revelan que los fractales quánticos en realidad se comportan de manera diferente a los clásicos.
Específicamente, encontramos que la propagación de la luz a través de un fractal se rige por diferentes leyes en el caso quántico, en comparación con el caso clásico.
Este nuevo conocimiento de los fractales quánticos podría proporcionar las bases para que los científicos prueben experimentalmente la teoría de la consciencia quántica.
Si las mediciones quánticas se toman un día del cerebro humano, podrían compararse con nuestros resultados para decidir definitivamente si la consciencia es un fenómeno clásico o quántico.
Nuestro trabajo también podría tener profundas implicaciones en todos los campos científicos.
Al investigar el transporte quántico en nuestras estructuras fractales diseñadas artificialmente, es posible que hayamos dado los primeros pequeños pasos hacia la unificación de la física, las matemáticas y la biología.
Esto podría enriquecer enormemente nuestra comprensión del mundo que nos rodea, así como del mundo que existe en nuestras cabezas.
|
