A Mecânica Quântica Explica a Autoconsciência e o Livre-Arbítrio?
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se estiver a ler isto agora mesmo, ou se é um ser consciente ou um bot da Internet. (Ou ambos.) Isso é bastante óbvio, mas o que não é óbvio é o que o torna consciente. Consciência é definida como conhecimento e compreensão de que algo está a acontecer ou existe. Permite-nos estar conscientes do nosso ambiente e do nosso próprio estado mental, físico e emocional. Apesar do facto de vivermos a consciência todos os dias, não a compreendemos totalmente. Os cientistas ainda não têm a certeza da origem exacta da consciência. Estará no cérebro? Podem as plantas, fungos ou bactérias estar conscientes? E a IA? Penso que o dilema que envolve a consciência se resume bem nesta citação de Scientific American:
“Em última análise, o que precisamos é de uma teoria científica da consciência satisfatória que preveja em que condições qualquer sistema físico em particular – quer se trate de um circuito complexo de neurónios ou transístores de silício – tem experiências. Além disso, porque é que a qualidade destas experiências é diferente? Porque é que um céu azul claro é tão diferente do grito de um violino mal afinado? Será que estas diferenças de sensação têm uma função, e se assim for, qual é? Uma tal teoria permitir-nos-á inferir quais os sistemas que experimentarão alguma coisa. Na ausência de uma teoria com previsões testáveis, qualquer especulação sobre a consciência da máquina baseia-se unicamente na nossa intuição, que a história da ciência tem mostrado não ser um guia fiável”
Uma grande quantidade de investigação foi feita para mapear as interacções dos neurónios no cérebro para descobrir como, como diz o artigo que citei acima, “um órgão de três libras com a consistência do tofu exala a sensação de vida”. Duas teorias principais são o espaço de trabalho neuronal global (GNW) e a teoria da informação integrada (IIT). A GNW afirma que a consciência emerge quando todo um sistema físico tem acesso à informação e a processa de uma determinada forma. Na GNW, a experiência consciente depende unicamente da forma como a informação é processada. Por essa lógica, um programa de computador pode tornar-se consciente apesar de não ter um corpo tangível. O IIT vai contra esta ideia, afirmando que a consciência vem de experiências conscientes e de relações de causa e efeito. Afirma que os acontecimentos no mundo nos levam a ter experiências conscientes. Segundo o IIT, a consciência requer estruturas físicas especializadas que interagem com o mundo. Por conseguinte, a consciência não pode ser computada. Pense nisso como uma simulação de um buraco negro não ser capaz de criar uma verdadeira atracção gravitacional. Ambas estas teorias têm algumas provas experimentais para as apoiar, mas nenhuma delas foi confirmada. É possível que a resposta para a origem da consciência possa ser algum meio-termo entre as duas ou algo completamente diferente. E é importante para o futuro da psiquiatria e da inteligência artificial que aprendamos o máximo possível sobre a consciência.
Se estamos a procurar aprender sobre os fundamentos da consciência, talvez devêssemos olhar para as leis fundamentais que regem o nosso universo: a física quântica. Certas teorias sugerem que a consciência surge como resultado da mecânica quântica, mas para avaliar correctamente esta ideia, precisamos de listar o que já sabemos sobre a consciência.
A consciência é diferente da inteligência, mas as duas parecem estar relacionadas e ambas parecem ser exclusivas dos seres vivos. Alguns panpsicistas acreditam que objectos animados como as rochas são conscientes, mas como uma rocha não apresenta quaisquer sinais exteriores de consciência, não podemos provar nem refutar que a possui. Se a consciência é exclusiva dos organismos, é provável que eles a tenham desenvolvido para sobreviver. A consciência é útil para muitas coisas, incluindo mas não se limitando a: encontrar nutrientes, localizar companheiros, monitorizar o seu estado interno, reagir a ameaças, e comunicar e socializar com outros organismos. Quando combinados com a inteligência, os organismos conscientes podem pensar em novas estratégias de sobrevivência e até desenvolver traços como a criatividade e a imaginação. Há um grande vídeo de Kurzgesagt sobre a evolução da consciência.
Como a própria vida, a consciência e a inteligência parecem ser propriedades emergentes. As propriedades emergentes são qualidades possuídas por um grupo de coisas, mas não cada coisa individualmente. A vida é uma propriedade emergente. Um único átomo não está vivo, mas muitos átomos juntos podem estar. Da mesma forma, uma única célula cerebral não parece ser inteligente ou consciente de si mesma, mas muitos deles trabalhando juntos podem ser definitivamente. Inteligência e auto-consciência são fenómenos complexos que surgem de processos mais simples, como a queima de neurónios. Assim, a pergunta “A Consciência é um Fenómeno Quântico?” poderia ter duas respostas. Precisamos que o nosso cérebro esteja consciente, e o cérebro é constituído por inúmeras partículas subatómicas que operam todas sob a teoria do campo quântico. Por conseguinte, pode-se argumentar que a consciência deve surgir da mecânica quântica. Mas isso é uma ligação indirecta entre a consciência e a mecânica quântica. O que queremos saber é se a própria consciência exibe propriedades quânticas. Para tal, precisamos de ver como é a mecânica quântica quando emerge à escala dos neurónios e cérebros.
A coisa mais conhecida da física quântica é que as partículas não existem num só lugar de cada vez. A probabilidade de uma partícula ser observada num local específico é determinada pela sua função de onda. As funções de onda são ferramentas matemáticas utilizadas para descrever partículas individuais, bem como grupos de partículas. Quando uma partícula ou grupo de partículas é observada, a sua função de onda colapsa até um único ponto. Uma concepção errada comum de que a consciência permite a alguém colapsar esta função de onda com a sua mente. O que realmente causa o colapso das funções de onda tem a ver com o que queremos dizer quando dizemos que uma partícula é observada. Observar uma partícula significa realmente medir as suas propriedades de alguma forma, o que requer uma interacção física entre a partícula e o dispositivo de medição. Quando isto acontece, o estado quântico da partícula fica enredado com os estados quânticos das partículas que compõem ou são emitidas pelo dispositivo de medição. À medida que mais partículas se enredam, acontece um processo chamado decoerência. Há uma grande série de vídeo em três partes sobre a decoerência da PBS Spacetime.
Decoherence é responsável pelo colapso da função de onda, e é governado pelas interacções físicas entre as partículas. A única forma conhecida de um ser consciente colapsar uma onda é interagir fisicamente com ela de alguma forma. Assim, pode colapsar uma função de onda com a sua mente, mas é o mesmo que mover objectos com a sua mente. Quando pego no meu telefone, a minha mente diz à minha mão para o agarrar. Quando um observador colapsar propositadamente a função de onda de uma partícula, a sua mente diz ao seu corpo para interagir com ela de alguma forma. Isto pode ser tão simples como tocar na partícula ou tão preciso como operar um detector de partícula. As partículas estão constantemente a interagir umas com as outras, pelo que todo o universo tem a sua própria função de onda incrivelmente complicada. É por isso que quando olhamos para um grande grupo de partículas como uma pessoa, não vemos um zumbido quântico de incerteza. Grandes sistemas de partículas decohere, para que não exibam as mesmas propriedades quânticas que as partículas que as compõem. Mas há alguns fenómenos quânticos especiais que ocorrem em escalas relativamente grandes, incluindo as escalas dos seres vivos.
Já falei sobre alguns destes fenómenos em posts anteriores. Um que é muito popular é a computação quântica, onde a incerteza nos estados de partículas é utilizada para processar mais informação de uma só vez do que os transístores. Em teoria, é possível criar uma inteligência artificial utilizando um computador quântico. Se uma IA em funcionamento num computador quântico se tornasse consciente, a sua consciência dependeria dos efeitos quânticos. Isto encaixa na teoria da informação integrada de que a consciência depende da natureza física de um sistema. No entanto, uma IA quântica consciente não provaria que a consciência requer efeitos quânticos macroscópicos para ocorrer. De acordo com a teoria do espaço de trabalho neuronal global, uma IA poderia tornar-se consciente mesmo que estivesse a funcionar em computadores clássicos. O que nos interessa é a evidência de que a consciência é inerentemente quântica. Para isso, vamos olhar para um lugar onde sabemos que a consciência surge: o nosso próprio cérebro.
em posts anteriores, Também discuti a biologia quântica, a emergência da física quântica em processos essenciais para os seres vivos. Os cloroplastos das plantas podem utilizar as propriedades de onda das partículas para optimizar a fotossíntese. As aves podem ter nos seus olhos proteínas especializadas que lhes permitem sentir o campo magnético da Terra através do emaranhamento quântico. E o túnel quântico pode desempenhar um papel importante na evolução, uma vez que pode ser o que permite a ocorrência de mutações no ADN. Tudo isto para dizer que cada vez mais investigação está a mostrar evidências de que efeitos quânticos especializados podem ocorrer no mundo quente e confuso das células e proteínas. Então e nos neurónios?
Se encontrarmos efeitos quânticos macroscópicos essenciais à actividade neural, seria um indicador de que a teoria da informação integrada é correcta e a mecânica quântica é uma das características essenciais que um sistema físico deve utilizar para se tornar consciente. Resumindo, sugeriria que a mecânica quântica de grande escala é essencial para o desenvolvimento da consciência. E o que é que encontramos? Bem, a investigação revelou três efeitos quânticos bastante interessantes que podem ser essenciais ao funcionamento do cérebro.
Para que a informação viaje através do cérebro, Os químicos chamados neurotransmissores têm de se mover entre os neurónios. Estes neurotransmissores movem-se através da sinapse entre os neurónios sempre que um sinal dispara no cérebro. Para que os neurotransmissores sejam enviados, os iões de cálcio têm de se mover entre os neurónios. Cada neurónio tem canais iónicos que permitem a passagem de iões de cálcio. Estes canais são muito pequenos, mais ou menos do tamanho de um átomo de cálcio. O tamanho pequeno cria uma incerteza quântica sobre se um ião de cálcio será capaz de entrar num neurónio. Em teoria, esta incerteza quântica que ocorre em triliões de neurónios de uma só vez cria uma mistura quântica de estados em todo o cérebro. Esta mistura de estados quânticos pode ser a característica necessária que um sistema físico requer para experimentar a consciência.
2) Computação Quântica em Microtubos
Os neurónios no cérebro oscilam em actividade num padrão coerente durante processos de pensamento específicos. Esta oscilação sincrónica pode ser o que permite a comunicação entre diferentes regiões do cérebro e estabelece a memória. As diferentes oscilações de frequência ocorrem nos mesmos locais do cérebro, a fim de evitar o tráfego de informação quando se comunica com outras regiões do cérebro. A mecânica quântica pode explicar como tantos subconjuntos diferentes de conexões oscilantes no cérebro podem ser gerados de uma só vez.
Uma forma destas oscilações podem ocorrer é se os microtubos dentro dos neurónios forem construídos como computadores quânticos. As microtubulas são como o cérebro de uma célula cerebral. Estão a mudar rapidamente moléculas estruturais que respondem instantaneamente a eventos mentais reconfigurando a estrutura dos dendritos e axónios, os ramos de entrada e saída do neurónio. O conjunto de microtubos no cérebro pode exibir um efeito quântico semelhante aos dos computadores quânticos. Especificamente, as moléculas de tubulina nos microtubos podem estar numa sobreposição de estados quânticos que podem ser utilizados para operações de computação quântica. Os críticos argumentam que esta sobreposição de estados quânticos deve colapsar em menos de 1/10¹² segundos devido à decoerência, que é muito mais curta do que os milissegundos necessários para que os processos microtubulares ocorram no neurónio. O físico Robert Penrose propôs um hipotético processo gravitacional quântico que poderia prolongar a vida útil destas superposições até 10 a 100 milissegundos. Estas sobreposições prolongadas durariam o tempo suficiente para influenciar significativamente as funções dos microtubos e permitir que a computação quântica ocorresse nos neurónios. Um estudo de um laboratório japonês encontrou provas de que se os microtubos se comportarem como computadores quânticos, devemos esperar ver as mesmas ressonâncias vibracionais e características de condutividade que observamos nos neurónios. A investigação também mostrou que os estados de rotação enredados podem ser mantidos no ambiente quente e ruidoso do cérebro. Outras pesquisas relacionaram a capacidade dos anestésicos de inibir a consciência com a perturbação química dos processos quânticos.
Se a computação quântica for uma parte essencial da função neural, pode ser um requisito fundamental de qualquer sistema consciente e confirmar a teoria da informação integrada. Ergo, uma IA num computador quântico poderia tornar-se auto-consciente, mas uma IA num computador clássico não poderia.
3) Sincronização Neural e Bloqueio de Fase
Outra explicação das oscilações síncronas no cérebro é o bloqueio de fase neural. O bloqueio de fase é quando as sinapses disparam ao mesmo tempo. Isto pode acontecer como resultado da coerência quântica entre os neurónios. Coerência quântica é quando existe uma relação conhecida entre a fase das funções de ondas de diferentes partículas. A relação de fase normalmente torna-se cada vez menos conhecida à medida que mais e mais partículas se enredam umas às outras, pelo que é difícil de manter na escala de um cérebro. Também seria necessária coerência nos microtubos para que actuassem como computadores quânticos. Como discutimos, cada vez mais investigação sugere que a coerência é alcançável para os sistemas biológicos, pelo que não é o maior salto de lógica pensar que o cérebro poderia preservá-la.
Agora sabemos que a consciência de múltiplas formas no cérebro poderia depender de fenómenos quânticos, quais são as implicações? Para além da auto-consciencialização, a mecânica quântica pode ser o que dá livre arbítrio aos seres conscientes. Durante muito tempo, a nossa compreensão da física foi determinista. Determinismo significa que tudo sobre um sistema é pré-determinado pelo estado do sistema no passado. Se se souber tudo sobre um sistema num determinado momento, então pode-se deduzir o seu estado exacto em todos os outros pontos no tempo, passado ou futuro. No entanto, a descoberta da mecânica quântica revelou que o comportamento das partículas subatómicas é fundamentalmente aleatório. Certos eventos têm uma maior probabilidade de acontecer do que outros, mas nenhum evento é 100% garantido. Se a nossa experiência consciente resulta destes processos fundamentalmente aleatórios, significa que não se pode prever com perfeita certeza o que um ser consciente irá fazer. Desta forma, a física quântica pode proporcionar às nossas mentes alguma independência do mundo que nos rodeia. O filósofo Platão imaginou um mundo de ideias e conceitos separado do mundo físico. Este mundo platónico poderá em breve ter um fundamento real na física fundamental.
P>Pode aprender mais sobre a natureza do determinismo versus aleatoriedade e o que nos diz sobre a existência do livre arbítrio aqui:
Em conclusão, esperamos que a consciência tenha evoluído como uma forma de os organismos se sustentarem melhor. As teorias discordam sobre se a consciência depende apenas de como uma mente processa a informação ou se existem atributos físicos de que um sistema precisa para se tornar consciente de si próprio. Foram propostos efeitos quânticos macroscópicos como um possível requisito para sistemas conscientes, e há múltiplas formas de ocorrerem entre os neurónios no cérebro. A biologia quântica não só poderia explicar a auto-consciencialização, como poderia até explicar porque é que experimentamos o livre arbítrio. Uma vez que este é um tema muito profundo e fascinante, recomendo que se faça mais alguma leitura sobre ele:
Nos meus próximos três posts, mergulharei em mais conceitos em torno da mecânica quântica e da mente. Discutirei se uma máquina de teleportação seria fatal de usar, se a consciência pode existir sem um corpo feito de átomos e células, e se a imortalidade quântica poderia salvar um universo simulado de ser desligado da tomada. Vemo-nos lá!
Works Cited
O’Dowd, Matt. Does Consciousness Influence Quantum Mechanics?, PBS, 18 Fev. 2020, www.youtube.com/watch?v=CT7SiRiqK-Q.
O’Dowd, Matt. How Decoherence Splits The Quantum Multiverse, PBS, 24 Fev. 2020, www.youtube.com/watch?v=GlOwJWJWPUs.
O’Dowd, Matt. How Do Quantum States Manifest In The Classical World?, PBS, 16 Mar. 2020, www.youtube.com/watch?v=vSnq5Hs3_wI.
“Consciousness”. Merriam-Webster, Merriam-Webster, www.merriam-webster.com/dictionary/consciousness.
“Consciência”. Merriam-Webster, Merriam-Webster, www.merriam-webster.com/dictionary/awareness.
Muller, Derek. How Does a Quantum Computer Work?, Veritasium, 17 de Junho de 2013, www.youtube.com/watch?v=g_IaVepNDT4&t=303s.
Muller, Derek. How To Make a Quantum Bit, Veritasium, 23 de Julho de 2013, www.youtube.com/watch?v=zNzzGgr2mhk.
“Microtubules and Human Consciousness”. Editado por Dylan Stoll, Excalibur Publications, Excalibur Publications, 13 Nov. 2018, excal.on.ca/microtubules-and-humano-consciousness/.
Merali, Zeeya. “Resolvendo Mistérios da Biologia Usando a Mecânica Quântica”. Discover Magazine, Discover Magazine, 17 de Maio de 2019, www.discovermagazine.com/the-sciences/solving-biologys-mysteries-using-quantum-mechanics.
Atmanspacher, Harald. “Abordagens Quânticas à Consciência”. Stanford Encyclopedia of Philosophy, Stanford University, 16 Abr. 2020, plato.stanford.edu/entries/qt-consciousness/.
Dehaene, Stanislas, e Jean-Pierre Changeux. “Abordagens Teóricas e Experimentais ao Processamento Consciente”. Neuron, Cell Press, 27 Abr. 2011, www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0896627311002583.
Raffone, Antonino, et al. “Perceptual Awareness and Its Neural Basis”: Bridging Experimental and Theoretical Paradigms”. Transacções Filosóficas da Royal Society of London. Série B, Ciências Biológicas, The Royal Society, 17 Mar. 2014, www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3965159/.
Muller, Derek. What Is NOT Random?, Veritasium, 16 de Julho de 2014, www.youtube.com/watch?v=sMb00lz-IfE.
Muller, Derek. O que é Aleatório?, Veritasium, 16 de Julho de 2014, www.youtube.com/watch?v=9rIy0xY99a0&t=5s.