Ninguém entende o que é consciência e como funciona. Ninguém entende a mecânica quântica também. Isso poderia ser mais do que apenas uma coincidência? "Não consigo identificar o problema real, então suspeito que não haja nenhum problema real, mas não tenho certeza se não há nenhum problema real." O físico americano Richard Feynman disse isso sobre os misteriosos paradoxos da mecânica quântica. Hoje, os físicos usam essa teoria para descrever os menores objetos do universo. Mas ele poderia dizer o mesmo sobre o intrincado problema da consciência.
Alguns cientistas pensam que já entendemos a consciência ou que é apenas uma ilusão. Mas muitos outros pensam que nem chegamos perto da essência da consciência.
Um quebra-cabeça perene chamado "consciência" levou alguns cientistas a tentar explicá-lo usando a física quântica. Mas seu zelo foi recebido com uma boa dose de ceticismo, e isso não é surpreendente: não parece razoável explicar um enigma com outro.
Mas essas ideias nunca são absurdas e nem mesmo vistas do teto.
Por um lado, para desespero dos físicos, a mente inicialmente se recusa a compreender a teoria quântica inicial. Além disso, prevê-se que os computadores quânticos sejam capazes de coisas que os computadores convencionais não podem. Isso nos lembra que nosso cérebro ainda é capaz de feitos além do alcance da inteligência artificial. A "consciência quântica" é amplamente ridicularizada como um absurdo místico, mas ninguém foi capaz de dissipá-la completamente.
A mecânica quântica é a melhor teoria que temos para descrever o mundo no nível dos átomos e das partículas subatômicas. Talvez o mais famoso de seus mistérios seja o fato de que o resultado de um experimento quântico pode mudar dependendo de decidirmos medir as propriedades das partículas nele envolvidas ou não.
Quando os pioneiros da teoria quântica descobriram esse "efeito do observador", ficaram seriamente alarmados. Parecia minar o pressuposto subjacente a toda ciência: que existe um mundo objetivo lá fora, independente de nós. Se o mundo realmente se comporta dependendo de como - ou se - o vemos, o que "realidade" realmente significa?
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Alguns cientistas foram forçados a concluir que a objetividade é uma ilusão e que a consciência deve desempenhar um papel ativo na teoria quântica. Outros simplesmente não viam nenhum bom senso nisso. Por exemplo, Albert Einstein estava irritado: a lua existe apenas quando você olha para ela?
Hoje, alguns físicos suspeitam que não é que a consciência afete a mecânica quântica … mas que até surgiu graças a ela. Eles acreditam que podemos precisar da teoria quântica para entender como o cérebro funciona. Será que, assim como os objetos quânticos podem estar em dois lugares ao mesmo tempo, um cérebro quântico pode significar simultaneamente duas coisas mutuamente exclusivas?
Essas idéias são controversas. Pode ser que a física quântica não tenha nada a ver com o funcionamento da consciência. Mas pelo menos eles demonstram que a teoria quântica estranha nos faz pensar coisas estranhas.
O melhor de tudo é que a mecânica quântica abre caminho para a consciência humana por meio de um experimento de dupla fenda. Imagine um feixe de luz atingindo uma tela com duas fendas paralelas próximas. Parte da luz passa pelas fendas e cai em outra tela.
Você pode pensar na luz como uma onda. Quando as ondas passam por duas fendas, como em um experimento, elas colidem - interferem - uma com a outra. Se seus picos coincidirem, eles se reforçam, resultando em uma série de faixas de luz em preto e branco em uma segunda tela preta.
Este experimento foi usado para mostrar a natureza ondulatória da luz por mais de 200 anos antes do surgimento da teoria quântica. Em seguida, o experimento com uma fenda dupla foi realizado com partículas quânticas - elétrons. Essas são minúsculas partículas carregadas, componentes de um átomo. De uma forma incompreensível, mas essas partículas podem se comportar como ondas. Ou seja, eles são difratados quando um fluxo de partículas passa por duas fendas, produzindo um padrão de interferência.
Agora, suponha que as partículas quânticas passem pelas fendas uma a uma e sua chegada na tela também seja observada passo a passo. Agora, não há nada óbvio que faria com que a partícula interferisse em seu caminho. Mas a imagem das partículas atingindo ainda mostrará franjas.
Tudo indica que cada partícula passa simultaneamente por ambas as fendas e interfere consigo mesma. Essa combinação dos dois caminhos é conhecida como estado de superposição.
Mas aqui está o que é estranho.
Se colocarmos o detector em uma das fendas ou atrás dela, poderemos descobrir se as partículas passam por ele ou não. Mas, neste caso, a interferência desaparece. O simples fato de observar a trajetória de uma partícula - mesmo que essa observação não deva interferir no movimento da partícula - altera o resultado.
O físico Pascual Jordan, que trabalhou com o guru quântico Niels Bohr em Copenhague na década de 1920, colocou desta forma: "As observações não apenas violam o que deveria ser medido, elas o determinam … Forçamos a partícula quântica a escolher uma determinada posição." Em outras palavras, Jordan diz que "fazemos nossas próprias medições".
Nesse caso, a realidade objetiva pode simplesmente ser jogada pela janela.
Mas as esquisitices não param por aí.
Se a natureza muda seu comportamento dependendo de estarmos olhando ou não, podemos tentar torcê-la em torno de nossos dedos. Para isso, poderíamos medir o caminho que a partícula percorreu ao passar pela fenda dupla, mas somente após passar por ela. A essa altura, ela já deve "decidir" se seguirá um caminho ou por ambos.
Um físico americano John Wheeler propôs tal experimento na década de 1970 e, nos dez anos seguintes, foi realizado um experimento com "escolha tardia". Ele usa métodos inteligentes para medir os caminhos das partículas quânticas (geralmente partículas de luz - fótons) depois de escolherem um caminho ou uma superposição de dois.
Acontece que, como Bohr previu, não faz diferença se atrasamos as medições ou não. Contanto que medamos o caminho do fóton antes de atingir e registrar no detector, não há interferência. Parece que a natureza "sabe" não apenas quando estamos espiando, mas também quando planejamos espiar.
Eugene Wigner
Sempre que, nesses experimentos, descobrimos o caminho de uma partícula quântica, sua nuvem de rotas possíveis "encolhe" em um único estado bem definido. Além disso, um experimento atrasado sugere que o próprio ato de observar, sem qualquer intervenção física causada pela medição, pode causar o colapso. Isso significa que o verdadeiro colapso ocorre apenas quando o resultado da medição atinge nossa consciência?
Essa possibilidade foi proposta na década de 1930 pelo físico húngaro Eugene Wigner. "Segue-se disso que a descrição quântica dos objetos é influenciada pelas impressões que entram em minha consciência", escreveu ele. "O solipsismo pode ser logicamente consistente com a mecânica quântica."
Wheeler achou até divertido a ideia de que a presença de coisas vivas capazes de "observar" transformava o que antes era uma infinidade de passados quânticos possíveis em uma história concreta. Nesse sentido, diz Wheeler, nos tornamos participantes da evolução do universo desde o início. Segundo ele, vivemos em um "universo cúmplice".
Os físicos ainda não conseguem escolher a melhor interpretação para esses experimentos quânticos e, até certo ponto, você tem o direito de fazê-lo. Mas de uma forma ou de outra, o subtexto é óbvio: a consciência e a mecânica quântica estão de alguma forma conectadas.
A partir da década de 1980, o físico inglês Roger Penrose sugeriu que essa conexão poderia funcionar em uma direção diferente. Ele disse que, independentemente de a consciência afetar a mecânica quântica ou não, talvez a mecânica quântica esteja envolvida na consciência.
Físico e matemático Roger Penrose
E Penrose também perguntou: e se houver estruturas moleculares em nosso cérebro que podem mudar seu estado em resposta a um evento quântico? Essas estruturas podem assumir um estado de superposição, como partículas em um experimento de dupla fenda? Essas superposições quânticas poderiam se manifestar na forma como os neurônios se comunicam por meio de sinais elétricos?
Talvez, disse Penrose, nossa capacidade de manter estados mentais aparentemente incompatíveis não seja uma peculiaridade perceptiva, mas um efeito quântico real?
Afinal, o cérebro humano parece ser capaz de processar processos cognitivos que ainda são muito superiores aos computadores digitais em termos de capacidades. Podemos até ser capazes de realizar tarefas computacionais que não podem ser realizadas em computadores comuns usando a lógica digital clássica.
Penrose sugeriu pela primeira vez que os efeitos quânticos estão presentes na mente humana em seu livro de 1989, The Emperor's New Mind. Sua ideia principal era “redução objetiva orquestrada”. A redução objetiva, de acordo com Penrose, significa que o colapso da interferência e superposição quântica é um processo físico real, como uma bolha estourando.
A redução objetiva orquestrada se baseia na suposição de Penrose de que a gravidade que afeta objetos, cadeiras ou planetas do dia-a-dia não exibe efeitos quânticos. Penrose acredita que a superposição quântica se torna impossível para objetos maiores do que átomos, porque sua influência gravitacional levaria à existência de duas versões incompatíveis de espaço-tempo.
Então Penrose desenvolveu essa ideia com o médico americano Stuart Hameroff. Em seu livro Shadows of the Mind (1994), ele sugeriu que as estruturas envolvidas nessa cognição quântica poderiam ser filamentos de proteínas - microtúbulos. Eles são encontrados na maioria de nossas células, incluindo os neurônios do cérebro. Penrose e Hameroff argumentaram que durante o processo de oscilação, os microtúbulos podem assumir um estado de superposição quântica.
Mas não há nada que sugira que isso seja possível.
Supunha-se que a ideia de superposições quânticas em microtúbulos seria sustentada por experimentos propostos em 2013, mas, na verdade, esses estudos não mencionaram efeitos quânticos. Além disso, a maioria dos pesquisadores acredita que a ideia de reduções objetivas orquestradas foi desmentida por um estudo publicado em 2000. O físico Max Tegmark calculou que as superposições quânticas de moléculas envolvidas em sinais neurais não seriam capazes de existir nem mesmo para o momento necessário para a transmissão do sinal.
Os efeitos quânticos, incluindo a superposição, são muito frágeis e são destruídos em um processo chamado decoerência. Esse processo se deve às interações de um objeto quântico com seu ambiente, uma vez que seu "quantum" está vazando.
A decoerência era considerada extremamente rápida em ambientes quentes e úmidos, como células vivas.
Os sinais nervosos são impulsos elétricos causados pela passagem de átomos eletricamente carregados através das paredes das células nervosas. Se um desses átomos estava em superposição e colidia com um neurônio, Tegmark mostrou que a superposição deveria decair em menos de um bilionésimo de bilionésimo de segundo. Leva dez mil trilhões de vezes mais para um neurônio emitir um sinal.
É por isso que as idéias sobre os efeitos quânticos no cérebro não estão sendo testadas pelos céticos.
Mas Penrose insiste implacavelmente na hipótese OER. E apesar da previsão da decoerência ultrarrápida de Tegmark nas células, outros cientistas encontraram manifestações de efeitos quânticos em seres vivos. Alguns argumentam que a mecânica quântica é usada por pássaros migratórios, que usam navegação magnética, e plantas verdes, quando usam a luz do sol para fazer açúcar por meio da fotossíntese.
Dito isso, a ideia de que o cérebro pode usar truques quânticos se recusa a ir embora. Porque encontraram outro argumento a seu favor.
O fósforo pode manter um estado quântico?
Em um estudo de 2015, o físico Matthew Fisher, da Universidade da Califórnia, em Santa Bárbara, argumentou que o cérebro pode conter moléculas que podem suportar superposições quânticas mais poderosas. Em particular, ele acredita que os núcleos dos átomos de fósforo podem ter essa capacidade. Os átomos de fósforo são encontrados em todas as células vivas. Frequentemente, eles assumem a forma de íons de fosfato, nos quais um átomo de fósforo se combina com quatro átomos de oxigênio.
Esses íons são a principal unidade de energia nas células. A maior parte da energia da célula é armazenada em moléculas de ATP, que contêm uma sequência de três grupos fosfato ligados a uma molécula orgânica. Quando um dos fosfatos é cortado, a energia que é usada pela célula é liberada.
As células têm máquinas moleculares para montar íons de fosfato em aglomerados e quebrá-los. Fisher propôs um esquema no qual dois íons de fosfato podem ser colocados em uma superposição de um certo tipo: em um estado emaranhado.
Os núcleos de fósforo têm uma propriedade quântica - spin - que os faz parecer pequenos ímãs com pólos apontando em certas direções. Em um estado emaranhado, o spin de um núcleo de fósforo depende do outro. Em outras palavras, estados emaranhados são estados de superposição envolvendo mais de uma partícula quântica.
Fisher diz que o comportamento da mecânica quântica desses spins nucleares pode contrariar a decoerência. Ele concorda com Tegmark que as vibrações quânticas das quais Penrose e Hameroff falaram serão altamente dependentes de seu ambiente e "descohere quase imediatamente". Mas os spins dos núcleos não interagem tão fortemente com seu ambiente.
E ainda assim, o comportamento quântico dos spins dos núcleos de fósforo deve ser "protegido" da decoerência.
Partículas quânticas podem ter spin diferente
Isso pode acontecer, diz Fischer, se os átomos de fósforo forem incorporados em objetos maiores chamados "moléculas de Posner". Eles são aglomerados de seis íons de fosfato combinados com nove íons de cálcio. Existem algumas indicações de que tais moléculas podem estar em células vivas, mas até agora não são muito convincentes.
Nas moléculas de Posner, Fischer argumenta, os spins do fósforo podem resistir à decoerência por um dia ou mais, mesmo em células vivas. Portanto, eles também podem afetar o funcionamento do cérebro.
A ideia é que as moléculas de Posner podem ser absorvidas pelos neurônios. Uma vez dentro, as moléculas irão ativar um sinal para outro neurônio, decaindo e liberando íons de cálcio. Devido ao emaranhamento nas moléculas de Posner, dois desses sinais podem se tornar emaranhados: de alguma forma, será uma superposição quântica de "pensamento". “Se o processamento quântico com spins nucleares estivesse realmente presente no cérebro, seria extremamente comum, acontecendo o tempo todo”, diz Fisher.
Essa ideia surgiu pela primeira vez quando ele estava pensando sobre a doença mental.
Cápsula de Carbonato de Lítio
“Minha introdução à bioquímica do cérebro começou quando decidi, há três ou quatro anos, investigar como e por que o íon de lítio tem um efeito tão radical no tratamento de problemas de saúde mental”, diz Fisher.
Os medicamentos de lítio são amplamente usados para tratar o transtorno bipolar. Eles funcionam, mas ninguém sabe realmente por quê.
“Eu não estava procurando uma explicação quântica”, diz Fisher. Mas então ele encontrou um artigo que descrevia como as preparações de lítio tinham efeitos diferentes sobre o comportamento dos ratos, dependendo da forma - ou "isótopo" - do lítio usado.
A princípio, isso intrigou os cientistas. Quimicamente, diferentes isótopos se comportam quase da mesma maneira, então se o lítio funcionou como uma droga comum, os isótopos devem ter o mesmo efeito.
As células nervosas estão conectadas a sinapses
Mas Fischer percebeu que os núcleos dos átomos de diferentes isótopos de lítio podem ter spins diferentes. Esta propriedade quântica pode influenciar o funcionamento dos medicamentos à base de lítio. Por exemplo, se o lítio substitui o cálcio nas moléculas de Posner, os spins do lítio podem ter um efeito sobre os átomos de fósforo e evitar que se enredem.
Se isso for verdade, também pode explicar por que o lítio pode tratar o transtorno bipolar.
Neste ponto, o palpite de Fischer nada mais é do que uma ideia intrigante. Mas existem várias maneiras de verificar isso. Por exemplo, que os spins do fósforo nas moléculas de Posner podem manter a coerência quântica por muito tempo. Aqui é Fisher e pretende verificar mais.
No entanto, ele teme ser associado a conceitos anteriores de "consciência quântica", que ele considera especulativos na melhor das hipóteses.
A consciência é um mistério profundo
Os físicos não gostam muito de estar dentro de suas próprias teorias. Muitos deles esperam que a consciência e o cérebro possam ser extraídos da teoria quântica e talvez vice-versa. Mas não sabemos o que é consciência, muito menos o fato de que não temos uma teoria que a descreva.
Além disso, ocasionalmente há exclamações altas de que a mecânica quântica nos permitirá dominar a telepatia e a telecinesia (e embora em algum lugar no fundo dos conceitos isso possa ser assim, as pessoas interpretam tudo muito literalmente). Portanto, os físicos geralmente têm medo de mencionar as palavras "quantum" e "consciência" em uma frase.
Em 2016, Adrian Kent, da Universidade de Cambridge, no Reino Unido, um dos mais respeitados "filósofos quânticos", sugeriu que a consciência pode mudar o comportamento dos sistemas quânticos de uma forma sutil, mas detectável. Kent é muito cuidadoso em suas declarações. “Não há nenhuma razão convincente para acreditar que a teoria quântica é uma teoria adequada da qual extrair uma teoria da consciência, ou que os problemas da teoria quântica devem de alguma forma se sobrepor ao problema da consciência”, ele admite.
Mas ele acrescenta que é completamente incompreensível como você pode deduzir uma descrição da consciência, com base apenas na física pré-quântica, como descrever todas as suas propriedades e características.
Não entendemos como os pensamentos funcionam
Uma questão particularmente preocupante é como nossa mente consciente pode experimentar sensações únicas, como vermelho ou o cheiro de carne assada. Além das pessoas com deficiência visual, todos nós sabemos como é o vermelho, mas não podemos transmitir essa sensação, e na física não há nada que possa nos dizer como é.
Sentimentos como esses são chamados de qualia. Nós os percebemos como propriedades uniformes do mundo externo, mas na realidade são produtos de nossa consciência - e isso é difícil de explicar. Em 1995, o filósofo David Chalmers chamou isso de "problema difícil" da consciência.
“Qualquer cadeia de pensamento sobre a conexão entre a consciência e a física leva a sérios problemas”, diz Kent.
Isso o levou a sugerir que "poderíamos fazer algum progresso na compreensão do problema da evolução da consciência, se admitíssemos (pelo menos admitimos) que a consciência muda as probabilidades quânticas".
Em outras palavras, o cérebro pode realmente influenciar os resultados da medição.
Deste ponto de vista, não define "o que é real". Mas pode afetar a probabilidade de que cada uma das possíveis realidades impostas pela mecânica quântica seja observada. Mesmo a própria teoria quântica não pode prever isso. E Kent acha que poderíamos procurar tais manifestações experimentalmente. A Even avalia com ousadia as chances de encontrá-los.
“Eu presumiria com 15 por cento de certeza que a consciência causa desvios da teoria quântica; e outros 3 por cento que iremos confirmar experimentalmente nos próximos 50 anos”, afirma.
Se isso acontecer, o mundo não será o mesmo. Vale a pena explorar para isso.
ILYA KHEL
