Η ύπαρξη της συνείδησης είναι ένα από τα πιο μυστηριώδη ερωτήματα της ανθρωπότητας. Παρόλο που διαισθητικά όλοι μας καταλαβαίνουμε τι είναι η αντίληψη του εαυτού μας, αυτή βασίζεται στην υποκειμενική μας εμπειρία και είναι δύσκολο να περιγραφεί με έναν ορισμό. Ακόμα και η δυνατότητα της επιστήμης να την μελετήσει και να την εξηγήσει αμφισβητείται από πολλούς ερευνητές. Πώς είναι, άλλωστε, δυνατό η αντικειμενική επιστήμη να μελετήσει κάτι που είναι εκ φύσεως υποκειμενικό.
Πάντως τις τελευταίες δεκαετίες, η διστακτικότητα της επιστήμης για τη μελέτη της συνείδησης έχει αρχίσει να μειώνεται. Παρόλο που ο μηχανισμός που παράγει τη συνείδηση παραμένει άγνωστος, σήμερα υπάρχει ήδη ένας αυξανόμενος όγκος μελετών στο πεδίο των νευροεπιστημών, οι οποίες αναδεικνύουν συσχετίσεις ανάμεσα σε βιώματα, συναισθήματα, ερεθίσματα και εγκεφαλικές λειτουργίες. Μια μερίδα της επιστημονικής κοινότητας αρκείται σε αυτό, θεωρώντας ότι οι συσχετίσεις αυτές είναι που συνιστούν την συνείδηση και δεν υπάρχει κάτι να εξηγηθεί πέρα από αυτό.
Κάποιες ομάδες επιστημόνων υποστηρίζουν ότι η συνείδηση είναι κάτι θεμελιώδες, δηλαδή δεν μπορεί να αναχθεί σε άλλες θεμελιώδεις ποσότητες της φύσης, όπως π.χ. η μάζα, το φορτίο κ.λπ., αλλά αποτελεί με τη σειρά της και αυτή μια θεμελιώδη έννοια. Θα πρέπει να τονιστεί ότι αυτή η προσέγγιση δεν ταυτίζεται με την άποψη ότι στο Σύμπαν υπάρχει μόνο η συνείδηση ή ότι η συνείδηση είναι αυτή που δημιουργεί το Σύμπαν∙ σημαίνει απλώς ότι η λίστα μας με τις θεμελιώδεις ιδιότητες του κόσμου, όπως τον γνωρίζουμε, θα πρέπει να επεκταθεί για να συμπεριλάβει τη συνείδηση, όπως περίπου έγινε τον 19ο αιώνα, όταν αντιληφθήκαμε ότι η θεωρία της βαρύτητας δεν μπορεί να περιγράψει τα ηλεκτρομαγνητικά φαινόμενα. Σε αυτή την περίπτωση η περιγραφή της συνείδησης δεν μπορεί να αναχθεί σε κάποια ήδη υπάρχουσα θεωρία αλλά απαιτεί μια νέα θεωρία, με τους δικούς της νόμους.
Άλλοι υποστηρίζουν ότι η συνείδηση είναι μια καθολική ιδιότητα, δηλαδή δεν αποτελεί μόνο προνόμιο των ανθρώπων αλλά μπορεί να εντοπιστεί, σε μικρότερο ή μεγαλύτερο βαθμό, σε όλα τα φυσικά συστήματα. Πρόκειται για μια σύγχρονη εκδοχή του παμψυχισμού, που μας είναι οικείος από κάποιες παραδόσεις και θρησκείες. Και πάλι θα πρέπει να τονιστεί πως η προσέγγιση αυτή δεν προβλέπει ότι τα άψυχα αντικείμενα έχουν συνείδηση και συναισθήματα όπως οι άνθρωποι αλλά ότι σε κάθε αντικείμενο μπορεί να υπάρχει μια πρωτόλεια υποκειμενική αίσθηση, ένας πρωτόγονος πρόδρομος της συνείδησης που έχει ο άνθρωπος. Εν μέρει η προσέγγιση αυτή σχετίζεται με την πρώτη, αυτή της θεμελιώδους ιδιότητας. Αν η συνείδηση είναι θεμελιώδης, τότε γιατί να μην υπάρχει, σε βαθμό που μπορεί να είναι ανιχνεύσιμος ή όχι, σε όλα τα αντικείμενα; Σύμφωνα με κάποιους ερευνητές, όπως ο νευροεπιστήμονας Giulio Tononi, θα μπορούσε ο βαθμός αυτός της συνείδησης να εξαρτάται από/αντιπροσωπεύει τον όγκο και την πολυπλοκότητα της πληροφορίας που καλείται να διαχειριστεί ένα σύστημα.
Με κάθε μια από τις παραπάνω προσεγγίσεις προκύπτουν μια σειρά ηθικά και πρακτικά ερωτήματα, όπως για παράδειγμα τι συμβαίνει με τη συνείδηση της τεχνητής νοημοσύνης και το δικαίωμά μας να θέτουμε εκτός λειτουργίας, στο μέλλον, νοήμονες μηχανές (εάν υπάρξουν), αν μια ομάδα ανθρώπων ή ολόκληρος ο πλανήτης χαρακτηρίζεται από συνείδηση κ.λπ. Προφανώς, το ερώτημα της προέλευσης της συνείδησης παραμένει ανοιχτό. Ωστόσο, η αξία των θεωριών που έχουν προταθεί έγκειται στο ότι προσπαθούν να φέρουν το ερώτημα στα μέτρα της σύγχρονης επιστήμης, παρόλο που η πειραματική επιβεβαίωσή τους παραμένει πέρα από τις δυνατότητες μας.
Κβαντική φυσική και συνείδηση
Μια αμφιλεγόμενη θεωρία για την συνείδηση προτάθηκε από τον νομπελίστα φυσικό Roger Penrose τη δεκαετία του 1990. Αρχικά, ο Penrose διατύπωσε την άποψη ότι η συνείδηση δεν εξηγείται από τους γνωστούς νόμους της φύσης και ότι ο εγκέφαλος δεν μπορεί να προσεγγιστεί ως ένας πολύ πολύπλοκος υπολογιστής διότι οι λογικές διεργασίες που εκτελεί δεν είναι αλγοριθμικές. Κατ’ επέκταση, η άποψή του, που βασίζεται στα θεωρήματα μη πληρώτητας του Γκέντελ, οδηγεί στο συμπέρασμα ότι οι υπολογιστές δεν μπορούν να αποκτήσουν συνείδηση. Η άποψη προκάλεσε έντονες αντιδράσεις από το μεγαλύτερο μέρος της επιστημονικής κοινότητας.
Στα μέσα της δεκαετίας του 1990, ο Penrose σε συνεργασία με τον Hameroff υποστήριξαν ότι η συνείδηση οφείλεται σε φαινόμενα κβαντικής βαρύτητας που εμφανίζονται λόγω της κίνησης των ιόντων μέσα στα πολύπλοκα δίκτυα των σωληνίσκων στον εγκέφαλο. Τα φαινόμενα αυτά, αν υπάρχουν, απαιτούν, σύμφωνα με τον Penrose, την ανάπτυξη μιας νέας φυσικής θεωρίας. Η θεωρία αυτή της κβαντικής συνείδησης έχει απορριφθεί, σε γενικές γραμμές, από την επιστημονική κοινότητα, καθώς υποστηρίζεται ότι τέτοια φαινόμενα θα ήταν δυνατόν να παρατηρηθούν μόνο σε εξαιρετικά χαμηλές θερμοκρασίες και όχι στη θερμοκρασία περιβάλλοντος που βρίσκεται ο εγκέφαλος.
Αυτοομοιοτητα και fractal
Το 1904, ο Σουηδός μαθηματικός Helge von Koch δημοσίευσε μια εργασία με τίτλο «Σχετικά με μια συνεχή καμπύλη χωρίς εφαπτόμενες, κατασκευασμένη από στοιχειώδη γεωμετρία», όπου παρουσίασε την κατασκευή ενός σχήματος με την εξής επαναληπτική διαδικασία: σε ένα ισόπλευρο τρίγωνο, χωρίζουμε κάθε πλευρά σε τρία μέρη∙ σε κάθε μεσαίο μέρος σχεδιάζουμε άλλο ένα ισόπλευρο τρίγωνο προς τα έξω∙ επαναλαμβάνουμε τη διαδικασία συνεχώς για κάθε νέα πλευρά του σχήματος. Η χιονονιφάδα του Koch, όπως ονομάστηκε το σχήμα, έχει μια πολύ ενδιαφέρουσα ιδιότητα: όσο τη μεγεθύνουμε παρατηρούμε συνεχώς το ίδιο μοτίβο να επαναλαμβάνεται. Η περιφέρεια του σχήματος αυτού είναι άπειρη, εφόσον για να την υπολογίσουμε θα έπρεπε να αθροίσουμε άπειρα τριγωνικά τμήματα. Η χιονονιφάδα του Koch είναι ένα από τα πρώτα fractal σχήματα.
Η ονομασία fractals οφείλεται στον Benoit Mandelbrot ο οποίος, το 1975, θεμελίωσε τη θεωρία χρησιμοποιώντας στοιχεία θεωρίας συνόλων, έχοντας στο νου του τη χιονονιφάδα του Koch αλλά και άλλα «διάσημα» σύνολα όπως το σύνολο μεσαίου τρίτου του Cantor και το τρίγωνο του Sierpinski. Ο Mandelbrot επινόησε τη λέξη αυτή για να περιγράψει την ιδιάζουσα γεωμετρία των ακανόνιστων σχημάτων που φαίνονται τα ίδια σε όλες τις κλίμακες μεγέθυνσης. Σαφής ορισμός του fractal δεν μπορούμε να πούμε ότι υπάρχει. Όπως και οι θεμελιώδεις έννοιες του σημείου και της ευθείας, τα fractals ορίζονται μάλλον αξιωματικά και μέσω των ιδιοτήτων τους που είναι η αυτοομοιότητα και η κλασματική διάσταση. Από την τελευταία προκύπτει και η ονομασία τους (fraction, κλάσμα∙ dimension, διάσταση). Στα ελληνικά δεν υπάρχει ακριβής μετάφραση του όρου αλλά έχει χρησιμοποιηθεί η απόδοση κλασμοειδή ή μορφοκλασματικές δομές.
Η έννοια της αυτοομοιότητας αναφέρεται στην ιδιότητα ενός συνόλου κατά την οποία ένα τμήμα αυτού αν μεγεθυνθεί κατά Μ φορές μας δίνει το ίδιο το σύνολο (συσχετισμένη αυτοομοιότητα). Κλασικά σύνολα όπως το τετράγωνο ή ο κύβος έχουν αυτή την ιδιότητα. Για παράδειγμα αν διαιρέσουμε ένα τετράγωνο σε τέσσερα ίσα μέρη και τα μεγεθύνουμε θα προκύψει το αρχικό σχήμα.
Fractals συναντάμε και στη φύση. Για παράδειγμα, ο τρόπος που είναι διατεταγμένα τα άνθη και μπουκέτα του κουνουπιδιού ή, ακόμη πιο εντυπωσιακά, εκείνα του μπρόκολου Ρομανέσκο. Η ιδέα είναι ότι το ίδιο μοτίβο επαναλαμβάνεται σε συνεχώς μικρότερη κλίμακα. Προφανώς, στα πραγματικά αντικείμενα αυτό έχει κάποιο όριο. Σε αυτά η ίδια η ομοιότητα του μοτίβου μπορεί να είναι χαλαρότερη. Για παράδειγμα, ένα αντικείμενο μπορεί να χαρακτηρίζεται από αυτοομοιότητα αν παρουσιάζει συνεχώς δομή σε διαρκώς μικρότερη κλίμακα. Ένα τέτοιο παράδειγμα είναι η ακτογραμμή. Σε ένα χάρτη μια ακτογραμμή παρουσιάζει διακυμάνσεις. Όσο εστιάζουμε σε μικρότερα τμήματα της ακτογραμμής παρατηρούμε νέες διακυμάνσεις να αναδύονται, οι οποίες προηγουμένως δεν ήταν ορατές επειδή δεν μπορούσαμε να «δούμε» τις μικρότερες λεπτομέρειες. Νέες λεπτομέρειες παρατηρούνται όσο παρατηρούμε μικρότερα τμήματα μιας ακτογραμμής, μιας παραλίας, μέχρι και ενός βότσαλου. Αντίστοιχες ιδιότητες παρουσιάζουν σχηματισμοί στο ανθρώπινο σώμα. Για παράδειγμα, ο τρόπος που είναι οργανωμένα τα δίκτυα των αγγείων, με συνεχώς μικρότερα αγγεία να τροφοδοτούν διάφορα μέρη και όργανα του σώματος, ή οι νευρώνες.
Αυτή η πολυπλοκότητα των fractals, η οποία αναδύεται σε ολοένα μικρότερη κλίμακα από την επανάληψη του ίδιου μοτίβου, είναι που τα κάνει ελκυστικά. Προφανώς τα fractals που παρουσιάστηκαν παραπάνω είναι κλασικά αλλά το ίδιο μπορεί να συμβαίνει και σε κβαντικές κλίμακες. Για παράδειγμα, τι θα συνέβαινε αν κάτι αντίστοιχο ίσχυε για τους νευρώνες του εγκεφάλου ως το κβαντικό επίπεδο; Τι επιπτώσεις θα είχε η μεταφορά σωματιδίων, ηλεκτρονίων και ιόντων, σε αυτή την περίπτωση; Οι Penrose και Hameroff, πρότειναν ότι ένας τέτοιος μηχανισμός θα μπορούσε να έχει ως αποτέλεσμα την ανάδυση της συνείδησης..
Κβαντική φυσική και fractal
Αν και δεν είναι δυνατό να μελετηθούν οι κβαντικές ιδιότητες των νευρώνων του εγκεφάλου, αν αυτές υπάρχουν, μια ομάδα επιστημόνων από την Ουτρέχτη αποφάσισε να μελετήσει τα κβαντικά fractals στο εργαστήριο. Με τη βοήθεια ενός ηλεκτρονικού μικροσκοπίου σάρωσης σήραγγας, τοποθέτησαν ηλεκτρόνια σε ένα μοτίβο fractal, αυτό ενός τριγώνου Sierpinski. Σε αντίθεση με ό,τι συμβαίνει στη μια ή δυο διαστάσεις, δηλαδή κατά μήκος μιας γραμμής ή πάνω σε μια επιφάνεια, οι ιδιότητες των ηλεκτρονίων σε μη ακέραιες διαστάσεις, όπως δηλαδή σε ένα fractal σχήμα, δεν είναι γνωστές. Οι ερευνητές μελέτησαν τις κυματοσυναρτήσεις των ηλεκτρονίων και διαπίστωσαν ότι και αυτές παρουσιάζουν ιδιότητες fractal. Το πολύ σημαντικό αυτό αποτέλεσμα θα δώσει στο μέλλον τη δυνατότητα να μελετηθούν οι ιδιότητες τέτοιων ηλεκτρονικών συστημάτων καθώς και των διαφόρων ειδών αλληλεπίδρασης με εξωτερικά ηλεκτρικά ή μαγνητικά πεδία.
Μετά από αυτό το πρώτο σημαντικό εύρημα, ομάδα επιστημόνων από την Κίνα και την Ολλανδία αποφάσισαν να μελετήσουν τις κβαντικές κινήσεις των σωματιδίων σε ένα δίκτυο με γεωμετρία fractal. Για να το επιτύχουν κατασκεύασαν ένα τέτοιο δίκτυο με το σχήμα τριγώνου Sierpinski σε ένα τσιπ και διοχέτευσαν φωτόνια σε μια κορυφή του προκειμένου να μελετήσουν τη διάδοσή τους. Επανέλαβαν τα πειράματά τους εκατοντάδες φορές, περιλαμβάνοντας επίσης αντίστοιχα τετράγωνα (χαλί του Sierpinski).
Τα αποτελέσματα των πειραμάτων έδειξαν ότι η διάχυση των φωτονίων σε σχηματισμούς fractal σε κβαντικό επίπεδο διαφέρει από την αναμενόμενη εικόνα που περιγράφει η κλασική φυσική. Σύμφωνα με τους ερευνητές, το αποτέλεσμα αυτό έχει μεγάλη σημασία για διάφορα επιστημονικά και τεχνολογικά πεδία, με πιθανές επιπτώσεις στη φυσική, τα μαθηματικά και τη βιολογία.
Παρόλο που αποφεύγουν να πάρουν θέση σε σχέση με τη διαμάχη που αφορά την κβαντική συνείδηση και τις εικασίες των Penrose-Hameroff, χρησιμοποιούν τις εικασίες αυτές ως αφετηρία και ισχυρίζονται ότι η έρευνά τους μπορεί να αποτελέσει τη βάση για την ανάπτυξη, στο μέλλον, εργαλείων που θα μπορούσαν να ελέγξουν πειραματικά την ορθότητα της.
Πηγές και περαιτέρω πληροφορίες
https://www.youtube.com/watch?v=uhRhtFFhNzQ
https://www.nature.com/articles/s41567-018-0328-0/
https://www.nature.com/articles/s41566-021-00845-4.pdf
