Deşi ştiinţa a făcut progrese remarcabile în ultimii ani în ce priveşte înţelegerea creierului, problema conştiinţei rămâne nerezolvată. În vreme ce mulţi "nespecialişti" încă sunt adepţii dualităţii "creier-minte", ca două entităţi diferite, unul de natură materială, cealaltă de natură... diferită, mulţi cercetători sunt de părere că în fapt conştiinţa trebuie să fie doar o stare de emergenţă a materiei - rezultatul spectaculos al activităţii neuronilor.


Ştiinţa creierului se bazează pe fizică şi chimie pentru a explica creierul, în opoziţie cu poziţia carteziană, conform căreia mintea ar fi imaterială, transcendentală. Aşadar, pentru a avea o entitate conştientă tot ce am avea nevoie ar fi un pic de materie. Aranjată în mod corespunzător, aşa cum este în creier, va deveni conştientă. Dar ce este în fapt materia pe care s-ar baza conştiinţa?

        Ce este emergenţa?
        Emergenţa este produsul interacţiunii dintre diverse entităţi, dar starea de emergenţă nu reprezintă suma părţilor, ci ceva complet diferit şi care nu poate fi dedus din entităţile constitutive (cum ar fi faptul că sarea este... sărată, fără ca vreun element component, natriul şi clorul, să fie sărate).
        Prin similitudine, conştiinţa ar fi rezultatul neaşteptat al activităţii neuronale concertate, deşi niciun neuron în parte nu este conştient.
        
Rezultatele ştiinţei din ultima sută de ani sunt remarcabile, fără nicio îndoială. Nu trebuie însă pierdut din vedere că pe măsură ce progresele în ce priveşte universul subatomic sunt certe şi spectaculoase, în bună măsură lipseşte o interpretare satisfăcătoare şi adoptată (măcar) de majoritatea fizicienilor privind semnificaţia multor dintre cele identificate, în special în domeniul denumit "mecanica cuantică". Sunt multe aspecte nelămurite. Detalii puteţi citi aici (ciudățeniile mecanicii cuantice).

În acest articol încercăm să ne apropiem de natura ultimă a realităţii. Nu vom reuşi prea multe...

Ce înseamnă materie?
În principiu vorbim despre lucrurile din jurul nostru, despre corpul nostru, despre copaci, apă, despre planete, stele şamd. Dar materia este alcătuită din elemente, pe care le numim atomi. Aceşti atomi nu sunt însă, cum s-a crezut o vreme, cărămizile fundamentale, ci sunt formaţi din alte componente mai mici: quarcuri şi electroni.

Dar ce este, de exemplu, un electron? Ce este un quarc? Ambele sunt particule elementare, ambele au anumite proprietăţi, dar ce sunt ele, în esenţă? Din ce sunt alcătuite? Răspunsul nu poate veni decât prin etalarea proprietăţilor şi comportamentului acestora particule. De exemplu ştim că sarcina este o proprietate a unor particule de a respinge particule cu aceeaşi sarcină şi de a atrage particule cu sarcină diferită, dar sarcina nu ne spune ce este în sine particula ce are sarcina respectivă. Ce sunt particulele, ca realitate ultimă? Nu ştim...

Mecanica cuantică şi "imprecizia" lumii
Mecanica cuantică
a produs o ruptură radicală în raport cu modul nostru obişnuit de a înțelege lumea - ca ansamblu de componente care interacţionează între ele şi produc anumite efecte (să-l numim modul newtonian). Dacă, de exemplu, comportamentul unei particule în sens newtonian se poate descrie aplicând o ecuaţie simplă ca F=ma, mecanica cuantică vine cu ecuaţia lui Schrodinger, mai complicată, dar care nu ne spune la final poziţia exactă şi viteza, ci ne alegem cu funcţia de undă.

Funcţia de undă este un "dezastru" din punct de vedere al înțelegerii lumii, pentru că ne vorbeşte despre probabilităţi. În fapt mecanica cuantică ne spune că este imposibil să aflăm cu maximă precizie atât poziţia, cât şi viteza unei particule măsurate. Aşa că o bucată de "materie", cum ar fi un electron, este înţeles ca o sumă de posibilități, având mai multe poziţii şi viteze până în momentul în care este măsurat. Un alt fel de a vorbi despre electron este că până intră într-o interacţiune acesta nu se află într-un loc, nu se află în niciun loc. Da, foarte straniu, într-adevăr...

Călătoria "imposibilă" a particulelor
Faptul că electronul nu are o poziţie definită înainte de măsurare permite ca acesta să "treacă" prin bariere care sfidează logica obişnuită - fenomen denumit "efectul de tunel cuantic". Aceste fenomen este real, a fost identificat în natură (de exemplu, face posibil ca particulele alfa să scape puternicelor forţe de la nivelul nucleului atomic în cadrul dezintegrării radioactive) şi este folosit în tehnologie (în anumite tipuri de diode în care electronii ajung dincolo de joncţiunea dintre două tipuri de semiconductor).

Funcţia de undă nu tratează doar cele două proprietăţi menţionate (viteză şi poziţie) în acest fel, ci toate proprietăţile (sarcină electrică, spin etc.).  E ca şi cum particulele nu au proprietăţi definitive. Şi mai ciudat, simpla măsurare a unei particule "elimină" toate probabilităţile funcţiei de undă, exceptând-o pe cea înregistrată de aparatul de măsură (chestiune denumită "colapsul funcţiei de undă"). Nicio proprietate a unui sistem cuantic nu poate fi precizată cu exactitate înainte de a fi măsurată. Mecanica cuantică este o teorie statistică.

Ce se întâmplă în realitate (în sensul de "în natură") atunci când are loc o măsurătoare? Nu ştim. Ce este materia la urma urmelor? Nu ştim.

Există multiple interpretări ale mecanicii cuantice. Problema cu aceste interpretări (de exemplu interpretarea universurilor multiple, care încearcă să păstreze o lume "obiectivă") este că sunt netestabile şi greu de admis, la urma urmelor.

Teoria câmpurilor cuantice
O interpretare care, ni se pare, prinde contur în ultimii ani (deşi cu o istorie nu atât de recentă) este "teoria câmpurilor cuantice". Deşi o teorie dificilă la nivel de detaliu, în esenţă este simplu de explicat: în mod fundamental natura ar fi formată din multiple câmpuri cuantice (un câmp al electronilor, un câmp al fotonilor, un câmp al quarcurilor etc.), iar vibraţiile acestor câmpuri ar reprezenta ceea ce afirmăm că ar fi particule. În aceste fel, stabilind că natura ultimă a naturii este formată din câmpuri cuantice, rezolvăm şi problema uimitoare a naturii duale a materiei, comportându-se ca particulă şi undă în acelaşi timp (vezi mai jos videoclipul explicând experimentul cu fantă dublă). Dar este teoria câmpurilor cuantice doar o interpretare matematică a naturii ultime a realităţii ori chiar descrie realitatea? Partea frumoasă a acestei teorii, care nu este deocamdată nici confirmată, nici infirmată, este că ne oferă o soluţie simplă şi elegantă la întrebare privind alcătuirea fundamentală a lumii. Partea mai puţin mulţumitoare este că nu ştim ce sunt aceste câmpuri... Din ce sunt formate aceste câmpuri care sunt prezente peste tot în spaţiu? Ce vibrează atunci când vorbim despre vibraţii ale acestor câmpuri?

 

 



Teoria corzilor
Deşi nu ne-am propus să prezentăm toate teoriile care vorbesc în mod diferit de natura ultimă a Universului, dacă tot am vorbit despre vibraţii, poate merită amintită şi teoria corzilor, o teorie care presupune că lumea are mai multe dimensiuni şi la nivel fundamental există mici corzi vibrante care sunt responsabile pentru ceea ce noi identificăm ca fiind particule; din păcate aceste corzi sunt atât de mici încât nu avem, cel puţin deocamdată, posibilitatea de a testa teoria. (Citeşte acest articol Scientia pentru mai multe detalii privind teoria corzilor) Pe de altă parte teoreticienii teoriei corzilor nu se spun ce sunt aceste corzi, ci doar că ele există şi că au anumite proprietăţi. Mereu, după cum puteţi observa, suntem nevoiţi la a prezenţa modul în care elemente fundamentale ale lumii se comportă în interacţiune, fără a avea acces la natura ultimă a realităţii.


   Mai multe despre teoria câmpurilor cuantice:
   :: Foarte-scurta-introducere-in-teoria-campurilor-cuantice
   :: Particulele-virtuale-conform-teoriei-campurilor-cuantice


Cauză şi efect la nivel fundamental

Iată un alt aspect privind "ciudăţenia" naturii: la nivel fundamental este probabilistică. Ce înseamnă asta?
    Să efectuăm următorul exerciţiu mental: să ne imaginăm că avem posibilitatea de a urmări evoluţia Universului la nivel de cronon (crononul fiind cea mai mică unitate de timp, presupunând că timpul nu este continuu, ci că este discret, segmentat) ori de unitate de timp Planck (5.39×10−44). În fine, ideea e că am putea observa trecerea timpului la nivelul celei mai mici componente a acestuia (deşi nu este obligatoriu ca între două evenimente conectate să existe o trecere a timpului). Dacă ştim starea Universului în momentul 1 se presupune că am putea deduce starea Universului în momentul imediat următor, nu? Aşa pare "logic", doar că natura, după câte ştim, nu se comportă ca atare, iar starea Universului din momentul 2 nu poate fi cunoscută decât la nivel de probabilitate (de exemplu, descompunerea radioactivă este un proces care se desfăşoară aleatoriu în timp şi care poate fi descris doar prin metode statistice. ).
    Pe baza experienţei cotidiene avem tendinţa de a gândi totul ca fiind bazat pe cauză şi efect. Dar se pare că legile fizicii nu funcţionează în acest fel. Evenimentele sunt pur şi simplu aranjate într-o anumită ordine, dar niciunul nu este cauza unui alt eveniment.

E lumea "incertă" or încă sunt multe de descoperit?
Întrebarea fundamentă, fără răspuns deocamdată, este: este această incertitudine ontologică (reală, care ţine de natura Universului) sau epistemologică (cunoaşterea noastră este imperfectă)?     

Liberul arbitru
Această incertitudine la nivel fundamental este privită ca o veste bună pentru o chestiune fundamentală a naturii umane: liberul arbitru. Dacă lumea ar fi deterministă, iar pentru o cercetător al viitorului care ar putea cunoaşte starea lumii din momentul 1 ar fi simplu să determine şi momentul 2, atunci lucrurile sunt clare: nu avem liber arbitru, viitorul fiind deja "scris" în starea prezentă a Universului. Incertitudinea dă o speranţă liberului arbitru, deşi nu într-un mod cu totul mulţumitor: dacă natura nu este deterministă, atunci viitorul nu este "scris". În ce fel incertitudinea la nivel fundamental ne dă libertatea de a alege este nelămurită, desigur... Desigur, continuând în mod logic (şi asta nu e o garanţie că aşa stau lucruri în realitate), chiar şi dacă incertitudinea la nivel fundamental afectează funcţionează creierului, simplul fapt că "momentul 2" nu poate fi calculat cu precizie de o fiinţă omniscientă nu înseamnă că ne-am recăpătat independenţa, că ne-am recâştigat liberul arbitru, că noi decidem ce vom face, ci doar că momentul 2 este indeterminabil. După cum vedeţi, oricum am privi lucrurile, în cazul în care conştiinţa este rezultatul interacţiunii neuronale, noi nu suntem decât prizonierii acestui sistem al materiei. Ştiu, avem senzaţia copleşitoare că în realitate noi luăm deciziile în ce ne priveşte, dar nu ştim dacă această senzaţie reflectă realitatea. Iar dacă aşa stau lucrurile, nu avem nicio idee cum am putea explica acest lucru cu argumente ştiinţifice, valide.

Au particulele propria identitate?
Iată un alt aspect fundamental al naturii de care s-ar putea ca mulţi dintre cei care citesc acest articol să nu fie conştienţi: deşi considerăm de regulă că particulele elementare, cele care "fundamentale", care nu au elemente componente, au propria lor identitate (adică un electron e un electron întotdeauna), lucrurile sunt diferite în natură. Particulele elementare îşi pot schimba această identitate. De exemplu, un quarc charm se dezintegrează într-o particulă mai puţin masivă (quarcul strange) şi într-o particulă-forţă, bosonul W (care, la rându-i, se dezintegrează în quarcuri up şi down). Un boson W se poate transforma într-un electron şi un anti-neutrino. Dacă luăm un neutron din nucleul atomic şi-l plasăm în spaţiu gol se va dezintegra în circa 10 minute, căci neutronii nu sunt particule stabile. Neutronul se va dezintegra într-un proton, un electron şi un anti-neutrino. E adevărat, neutronul nu este o particulă elementară, dar de unde apare electronul? De unde apare anti-neutrinul?

Detalii privind acest subiect aici: Cum-se-poate-transforma-o-particula-elementara-intr-o-alta-particula-elementara

Natura, la nivelul său fundamental (particule elementare) este instabilă. Ce putem spune atunci despre materie, dacă particulele elementare nu au o identitate definitivă?

La urma urmelor faptul că particulele se transformă din unele în altele nu ne-ar deranja atât de mult dacă am şti din ce sunt formate aceste particule. Sunt ele formate din acelaşi "ceva"? Dacă da, ce este acel ceva? Faptul că spunem că Universul este format din particule care interacţionează ori din câmpuri care fluctuează nu ne ajută în înţelegerea naturii ultime Universului, pentru că "particulă" sau "câmp" nu sunt decât cuvinte asociate unui "ceva" despre care nu avem nicio idee ce este în sine.
    
Deci? Ce înseamnă că conştiinţa e de origine materială?
Care-i rostul insistării pe evidenţierea stranietăţii poveştii pe care ne-o spune fizica modernă despre natura ultimă a materiei? Printre altele acela de a evidenţia că deşi sperăm (cel puţin unii...) că problema conştiinţei să fie de natură materială, nefiind nevoie de altceva pentru a o explica decât legile fizicii cunoscute, natura materiei, pe care ne bazăm de regulă ca şi când ar fi de la sine înţeleasă, este departe a ne fi cunoscută. Tot ceea ce ştim este cum se comportă materia, dar nu ce este materia "în sine" (folosind un termen kantian...). În căutările noastre către fundamentele naturii materia pare să se disipeze în "ceva" care scapă oricărei descrieri inteligibile. Este greu pentru orice cercetător modern să accepte că în fapt conştiinţa umană reprezintă o formă separată de existenţă decât materia, şi pe bună dreptate, pentru că nu are dovezi pentru a crede aşa ceva. Dar ce ştim în fapt despre materie? În ce fel este materia un lucru lămurit?

Conştiinţa materiei...
Dar mai este un aspect interesant atunci când presupunem că în fapt conştiinţa reprezintă o stare de emergenţă a activităţii neuronilor. Înseamnă că materia este conştientă! În principiu este un adevăr banal, dat fiind că noi suntem dovada existenţei conştiinţei. Şi totuşi... Nu este uimitor că nişte simple particule elementare, cu anumite proprietăţi, în funcţie de aceste proprietăţi alcătuiesc alte structuri, molecule, celule şi finalmente organisme pluricelulare care ajung să se sondeze (analizeze) pe sine însele?

Problema conştiinţei poate fi separată de materie, într-un fel. În fapt cercetătorii în neuroştiinţe nu sunt pasionaţi de natura ultimă a materiei, cât de modul în care funcţionează mecanismul cerebral şi modul în care creierul generează conştiinţa. Este, prin urmare, un alt nivel aflat în atenţie (una este nivelul quarcurilor, altul este cel mai complex al neuronilor).

Probabil că pentru mulţi pare mai acceptabilă ideea că o sumă de semnale transmise de neuroni poate genera iluzia conştiinţei decât ideea că o combinaţie specifică de atomi duce la această realitate, la crearea conştiinţei, la urma urmelor. Dar, în mod fundamental, există vreo diferenţă?

Ce ştim aşadar despre materie?
Că, într-un fel, este alcătuită din particule (teoria modelului standard se bazează pe asta), doar că nu ştim din ce sunt alcătuite aceste particule, deşi parcă ar fi mai simplu ca universul să fie alcătuit din câmpuri cuantice vibrante. Nu ştim să interpretăm mai nimic la nivel fundamental. În fapt nici măcar termenul de "materie" nu este foarte clar la nivel ultim... Cum se potriveşte conştiinţa în acest peisaj?

După cum vedeţi, dacă cercetătorii denumesc dificultăţile descifrării conştiinţei "problema dificilă a conştiinţei", incapacitatea noastră de a cunoaşte natura ultimă a materiei poate fi denumită "problema dificilă a materiei".

Vă vine sau nu să credeţi, dar această problemă a cunoaşterii realităţii în sine, la nivel fundamental, se află analizată şi în Critica raţiunii pure a filozofului german Immanuel Kant (problema cunoaşterii lucrului în sine). Dacă articolul a prezentat interes pentru tine, atunci citeşte şi: Limitele raţiunii umane - spaţiul şi timpul, care are la bază antinomiile raţiunii analizate de Kant în cartea menţionată mai sus.