Οι επιστήμονες εδώ και πολλά χρόνια προσπαθούν να συνδέσουν την βιολογία με την κβαντομηχανική. Η πραγματική σύνδεση μεταξύ τους ίσως τελικά να κρύβεται στα μαθηματικά.

Η ζωή ξεδιπλώνεται σε ένα τεράστιο εύρος κλιμάκων, από την βιόσφαιρα που περιβάλλει τον πλανήτη μας μέχρι τα μεμονωμένα βιομόρια που χτίζουν τα κύτταρα. Αλλά, ακόμη και στο πιο μικροσκοπικό της επίπεδο, η βιολογία δεν φαίνεται να εκμεταλλεύεται άμεσα τις κβαντικές ιδιότητες του μικρόκοσμου, όπου τα σωματίδια εμφανίζουν κυματικές ιδιότητες, μπορούν να υφίστανται (κβαντική) σύμπλεξη μεταξύ τους και να βρίσκονται σε υπερθέσεις πολλαπλών καταστάσεων. Ωστόσο, υπάρχουν επιστήμονες που διερευνούν το πεδίο της κβαντικής βιολογίας, αναζητώντας τρόπους με τους οποίους οι οργανισμοί θα μπορούσαν να αναδείξουν την «κβαντικότητα» (quantumness) – πώς δηλαδή θα μπορούσαν να διατηρούν και να αξιοποιούν κβαντικά φαινόμενα στις κλίμακες χώρου, χρόνου και θερμοκρασίας όπου αναπτύσσεται η ζωή, προκειμένου να εκμεταλλευτούν τις παράξενες ιδιότητές τους.

Στη φωτοσύνθεση, για παράδειγμα, οι οργανισμοί χρησιμοποιούν εξειδικευμένες χρωστικές και πρωτεΐνες για να συλλέξουν το φως με σχεδόν τέλεια κβαντική απόδοση. Η μεταφορά της απορροφημένης διέγερσης προς το κέντρο αντίδρασης πραγματοποιείται με εξαιρετικά υψηλή απόδοση, γεγονός που επιτρέπει την αποτελεσματική μετατροπή της φωτεινής ενέργειας σε χημική. Το 2007, νέα στοιχεία έδειξαν ότι η ζωή μπορεί να καταφέρνει αυτόν τον άθλο εκμεταλλευόμενη ένα κβαντικό φαινόμενο που ονομάζεται συνοχή (συμφωνία φάσης-coherence). Αυτό το αποτέλεσμα αναπτέρωσε την αμφιλεγόμενη ιδέα ότι, παρότι ένα ζωντανό κύτταρο αποτελεί ένα θερμό, υγρό και χωρίς αμφιβολία κλασικό περιβάλλον, θα μπορούσε να διατηρήσει και επιπλέον να εκμεταλλευτεί εύθραυστες κβαντικές καταστάσεις.

Ο Gregory Scholes, χημικός στο Πανεπιστήμιο του Πρίνστον, αρχικά είχε ενθουσιαστεί με αυτή την ιδέα. Ο ίδιος και οι συνεργάτες του πραγματοποίησαν επιπλέον πειράματα σε φωτοσυνθετικές πρωτεΐνες και χρωστικές καταλήγοντας σε παρόμοια συμπεράσματα. Σήμερα όμως, ο Scholes αντιμετωπίζει με σκεπτικισμό την άποψη ότι τα κβαντικά φαινόμενα παίζουν ρόλο στη ζωή. Στην ουσία, είναι πεπεισμένος ότι ο δρόμος προς μια «κβαντική βιολογία» ίσως να μην είναι καθόλου κβαντικός.

Αντί να εκμεταλλεύεται πραγματικά κβαντικά φαινόμενα η ζωή ίσως αντίθετα να τα μιμείται. Σε αρκετές μελέτες που δημοσιεύτηκαν τα τελευταία τρία χρόνια, ο Scholes και οι συνεργάτες του έχουν δείξει ότι πολύπλοκα δίκτυα κλασικών αντικειμένων μπορούν να συνεργαστούν ώστε να παράγουν φαινόμενα που περιγράφονται από τα ίδια μαθηματικά που χρησιμοποιούνται για την περιγραφή κβαντικών συστημάτων.

Μην γελιέστε: Οι καταστάσεις που παράγουν αυτά τα δίκτυα δεν είναι πραγματικά κβαντικές. Είναι απλά κβαντοειδείς (quantumlike). Δεν πρόκειται για πραγματικές κβαντικές καταστάσεις αλλά για κλασικές καταστάσεις που υπακούουν σε παρόμοιες μαθηματικές δομές. Προκύπτουν όταν πολλά αλληλεπιδρώντα, ταλαντευόμενα μέρη αθροίζονται σε ένα συλλογικό σύνολο, του οποίου η συμπεριφορά υπακούει στα ίδια μαθηματικά που χρησιμοποιούνται στην κβαντομηχανική.

«Ίσως η κβαντική βιολογία δεν είναι τίποτα άλλο από το γεγονός ότι η ζωή, μέσα από 3,5 δισεκατομμύρια χρόνια εξέλιξης, βρήκε τον τρόπο να μιμηθεί την αποδοτικότητα των κβαντικών συστημάτων στις δικές μας, μακροσκοπικές κλίμακες», δήλωσε ο Scholes.

Φυσικοί με αντικείμενο την θεμελίωση της κβαντομηχανικής εξερευνούν εδώ και δεκαετίες πώς να αναδημιουργήσουν κλασικά ορισμένες πτυχές του κβαντικού κόσμου, ανέφερε ο Markus Müller, φυσικός στο Ινστιτούτο Κβαντικής Οπτικής και Κβαντικής Πληροφορίας στη Βιέννη. Αυτό που έκανε ο Scholes, λέει ο Müller, είναι να δείξει πώς η κβαντοειδής συμπεριφορά μπορεί να αναδυθεί από σχετικά συνηθισμένα, πολύπλοκα δίκτυα που αφθονούν στην φύση.

«Τα κλασικά συστήματα μπορούν να μιμηθούν ορισμένα από τα βασικά χαρακτηριστικά της κβαντικής πληροφορίας»,λέει επίσης ο Sabre Kais, ένας κβαντικός χημικός που αναπτύσσει αλγόριθμους κβαντικού υπολογισμού για πολύπλοκα συστήματα στο Πανεπιστήμιο της Βόρειας Καρολίνας. «Αυτή είναι μια συναρπαστική νέα κατεύθυνση».

Τα όρια της κβαντικής βιολογίας

Ο πειρασμός να συνδεθούν τα μυστήρια της ζωής με τα κβαντικά φαινόμενα είναι τόσο παλιός όσο και η ίδια η κβαντομηχανική. Σε μια διάλεξη το 1929, ο πρωτοπόρος της κβαντικής φυσικής Niels Bohr έκανε την ασαφή αλλά γοητευτική δήλωση ότι η κβαντομηχανική, η οποία εκείνη την εποχή μόλις άρχιζε να κάνει τα πρώτα της βήματα, «μπορεί ίσως να έχει αποφασιστική σημασία, ιδιαίτερα στη συζήτηση για την θέση των ζωντανών οργανισμών στην εικόνα μας για τον κόσμο».

Ο σύγχρονος του Bohr, Pascual Jordan, πέρασε αρκετές δεκαετίες γράφοντας για την Quantenbiologie (κβαντική βιολογία), υποστηρίζοντας ότι η ζωή έχει μια μοναδική ικανότητα να ενισχύει την παράξενη απροσδιοριστία του κβαντικού κόσμου σε μακροσκοπικές κλίμακες, και προβάλλοντας αυτό ως τη βάση της ανθρώπινης σκέψης και της ελεύθερης βούλησης. Ο J.B.S. Haldane, γενετιστής και εξελικτικός βιολόγος, συμφώνησε με τον Jordan σε μια δημοσίευσή του το 1934, υποστηρίζοντας ότι η ικανότητα μεγέθυνσης αυτής της κβαντικής απροσδιοριστίας ήταν αυτό ακριβώς που έκανε τη ζωή τόσο ξεχωριστή. (Ο Jordan, ο οποίος εντάχθηκε στο Ναζιστικό Κόμμα της Γερμανίας και τις παραστρατιωτικές του δυνάμεις το 1933, έπληξε την αξιοπιστία της κβαντικής βιολογίας επιχειρώντας να την συνδέσει με τον Ναζισμό.)

Αυτοί οι πρώιμοι υποστηρικτές της κβαντικής βιολογίας αναζήτησαν εξηγήσεις για τις αινιγματικές ιδιότητες της ζωής στην κλασική κλίμακα, μέσα από τους πέραν της διαίσθησης νόμους της φυσικής στην κβαντική κλίμακα. Ένα κβαντικό σωματίδιο διαχέεται σε όλες τις δυνητικές του θέσεις και καταστάσεις, σχηματίζοντας ένα είδος κύματος πιθανότητας. Αυτή η διάχυση περιγράφεται μαθηματικά από μια κυματοσυνάρτηση η οποία, όπως ακριβώς ένα κλασικό κύμα, παρουσιάζει κορυφές και κοιλίες.

Πριν από μια μέτρηση, η κβαντική κατάσταση μπορεί να βρίσκεται σε υπέρθεση διαφορετικών δυνατών αποτελεσμάτων, με πλάτη πιθανότητας που μπορούν να συμβάλλουν μεταξύ τους. Είναι στοιβαγμένες σε υπέρθεση σαν αλληλεπικαλυπτόμενα κύματα νερού ή ήχου. Και όπως τα αλληλεπικαλυπτόμενα κύματα, έτσι και οι στοιβαγμένες κβαντικές καταστάσεις αθροίζονται, ακυρώνουν η μία την άλλη ή μετασχηματίζονται με άλλους τρόπους. Όταν οι υπερτιθέμενες κβαντικές καταστάσεις διαθέτουν επαρκώς εναρμονισμένα κυματικά χαρακτηριστικά ώστε να αλληλεπιδρούν κατ’ αυτόν τον τρόπο, χαρακτηρίζονται ως σύμφωνες (ή σε συνοχή – coherent). Τέτοια συστήματα μπορούν επίσης να βρεθούν σε κβαντική σύμπλεξη (entangled) , συγκροτώντας στην ουσία μια ενιαία οντότητα που περιγράφεται από μία και μόνο κυματοσυνάρτηση.

Οι κβαντικές καταστάσεις είναι εξαιρετικά ευαίσθητα πράγματα· καταστρέφονται εύκολα όταν αλληλεπιδρούν με τον εξωτερικό κόσμο. Ακόμη και μια απειροελάχιστη ποσότητα περιβαλλοντικού θορύβου, όπως η θερμική κίνηση των ατόμων, μπορεί να πυροδοτήσει την αποσυνοχή (ή αποσυμφώνηση – decoherence), δηλαδή απώλεια των φασικών συσχετίσεων που είναι απαραίτητες για την παρατήρηση κβαντικής συμβολής. Και στο εσωτερικό ενός κυττάρου, η αποσυμφώνηση (ή αποσυνοχή) θα έπρεπε να είναι στην ουσία ακαριαία. Η «κβαντικότητα» δεν θα μπορούσε να επιβιώσει αρκετά σε ένα τέτοιο περιβάλλον ώστε να έχει οποιαδήποτε επίδραση στη βιολογία.

Είναι αλήθεια ότι, ακόμη και σε ένα κύτταρο, πολύ, πολύ μικρά σωματίδια όπως ιόντα υδρογόνου μπορούν να περάσουν εμπόδια μέσω του φαινομένου της κβαντικής σήραγγας, εμφανιζόμενα πέρα από ενεργειακά φράγματα που διαφορετικά θα τα επιβράδυναν ή θα τα εμπόδιζαν να περάσουν. Και υπάρχουν στοιχεία ότι το φαινόμενο της κβαντικής σήραγγας σε ορισμένα ένζυμα θα μπορούσε να εξηγήσει τις αστραπιαίες ταχύτητες αντίδρασής τους. Αλλά δεν είναι ακριβώς αυτό που αναζητούν οι κβαντικοί βιολόγοι, λέει ο Scholes. Δεν υπάρχει κάποια μακρόβια συνοχή που να εμπλέκεται σε αυτού του είδους την διέλευση. Τέτοια κβαντικά φαινόμενα είναι απλά, φευγαλέα και απολύτως αναμενόμενα, ακόμα και σε ένα δοχείο με απλούστατες χημικές ενώσεις, κάποια σωματίδια θα καταφέρουν να περάσουν μέσα από ενεργειακά φράγματα. Το μεγάλο ερώτημα είναι αν η βιολογία μπορεί να κάνει αυτό που δεν μπορεί η απλή χημεία: να διατηρήσει την κβαντική συνοχή αρκετά, ώστε να τη χρησιμοποιήσει προς όφελός της.

Μια κβαντική διάψευση στη συλλογή φωτός

Οι επιστήμονες άρχισαν να «παίζουν» με την ιδέα ότι η κβαντική συνοχή θα μπορούσε να εξηγήσει την αξιοσημείωτη απόδοση της φωτοσύνθεσης ήδη από τη δεκαετία του 1930.

Οι φωτοσυνθετικοί οργανισμοί χρησιμοποιούν διατάξεις χρωστικών και πρωτεϊνών που ονομάζονται συμπλέγματα συλλογής φωτός (light-harvesting complexes) για να απορροφήσουν το φως. Όταν ένα φωτόνιο χτυπά ένα από αυτά τα συμπλέγματα, η ηλεκτρομαγνητική του ενέργεια απορροφάται και δημιουργεί μια ηλεκτρονική διέγερση στο σύμπλεγμα. Αυτό το οιονεί σωματίδιο, που ονομάζεται εξιτόνιο, μεταφέρει την ενέργεια διέγερσης προς ένα κέντρο αντίδρασης, όπου η ενέργεια αυτή μετατρέπεται σε χημική ενέργεια, ικανή να τροφοδοτήσει τα βασικά βήματα της φωτοσύνθεσης.

Η διαδικασία λειτουργεί με απόδοση σχεδόν 100%: Σχεδόν κάθε φωτόνιο που απορροφάται καταλήγει να τροφοδοτεί τη φωτοσύνθεση. Οι επιστήμονες υπέθεσαν ότι, αν τα εξιτόνια διατηρούσαν την κβαντική τους συνοχή καθώς περνούσαν μέσα από τα πολλαπλά μόρια του φωτοσυλλεκτικού συμπλέγματος, θα μπορούσαν να διατρέξουν ταυτόχρονα διάφορα μονοπάτια προς το κέντρο αντίδρασης, αντί να μεταπηδούν στην τύχη με τον κίνδυνο να χάσουν τον δρόμο τους.

Το 2007, ο Graham Fleming από το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας στο Berkeley έλεγξε αυτή την ιδέα χρησιμοποιώντας ένα σύμπλεγμα συλλογής φωτός από χρωστικές και πρωτεΐνες ενός βακτηρίου. Ο ίδιος και οι συνεργάτες του «βομβάρδισαν» τις χρωστικές και τις πρωτεΐνες με εξαιρετικά γρήγορους παλμούς φωτός λέιζερ για να δημιουργήσουν εξιτόνια και στη συνέχεια τα διερεύνησαν με επακόλουθους παλμούς. Aυτό αποκάλυψε συγχρονισμένους «ρυθμούς» (beats) που εκείνη την εποχή ερμηνεύθηκαν από πολλούς ερευνητές ως ένδειξη ότι τα εξιτόνια δημιουργούσαν φαινόμενα συμβολής μεταξύ τους μέσω κβαντικής συνοχής. Άλλοι ερευνητές, συμπεριλαμβανομένου του Scholes, πραγματοποίησαν παρόμοια πειράματα και βρήκαν παρόμοιους ρυθμούς, ακόμη και σε πειράματα που διεξήχθησαν σε θερμοκρασία δωματίου.

Όμως, ακριβώς την στιγμή που η κβαντική βιολογία άρχισε να αποκτά δυναμική, «χτύπησε σε τοίχο». Μετά από πιο προσεκτική εξέταση, οι «ρυθμοί» (beats) όπως αυτοί που περιέγραψε η ομάδα του Fleming φάνηκε ότι δεν αντανακλούσαν απαραίτητα μακρόβια κβαντική συνοχή, αλλά μπορούσαν να εξηγηθούν από έναν συντονισμό μεταξύ μοριακών δεσμών που ταλαντώνονταν. Ο συντονισμός αυτός ήταν ένα ενδιαφέρον φαινόμενο που οι επιστήμονες ακόμη προσπαθούν να κατανοήσουν, αλλά δεν ήταν ένδειξη μιας μακρόβιας, μεγάλης εμβέλειας κβαντικής συνοχής. «Ο κόσμος απογοητεύτηκε», δήλωσε ο Richard Cogdell, φωτοβιολόγος στο πανεπιστήμιο της Γλασκώβης.

Οι ερευνητές έχουν διατυπώσει την υπόθεση ότι κβαντικά φαινόμενα παίζουν ρόλο σε μια ποικιλία βιολογικών φαινομένων, συμπεριλαμβανομένης της μαγνητικής αίσθησης που βοηθά τα πουλιά να προσανατολίζονται και, σε πιο θεωρητικό επίπεδο, της ανθρώπινης συνείδησης, αν και τα εμπειρικά δεδομένα που τα επιβεβαιώνουν ποικίλλουν σημαντικά. Αλλά σε αυτό το σημείο, δεν υπάρχει ακόμα καμία οριστική απόδειξη για οποιαδήποτε μακρόβια κβαντική συνοχή με βιολογική λειτουργία.

Ο Scholes έχει γίνει πλέον σκεπτικιστής σχετικά με το αν η μεγέθυνση (scaling up) φαινομένων, όπως η συνοχή και η σύμπλεξη, στα έμβια όντα είναι καν δυνατή. «Είναι αυτή η μεγέθυνση κλίμακας που προκαλεί τον θαυμασμό. Και ο πραγματικός κβαντικός κόσμος δεν πρόκειται να μεγεθυνθεί με αυτόν τον τρόπο», λέει. Ίσως τελικά το «κβαντικό» στοιχείο στην κβαντική βιολογία δεν προέρχεται καθόλου από την κβαντομηχανική, αλλά να αναδύεται μέσα από κυματισμούς κατά μήκος τεράστιων, πολύπλοκων δικτύων.

Ένας κόσμος κβαντοειδών καταστάσεων

Ο Scholes αναρωτήθηκε αν η ανάδυση ειδικών συγχρονισμένων καταστάσεων σε πολύπλοκα δίκτυα, όπως τα σμήνη πουλιών ή τα κοπάδια ψαριών, θα μπορούσε να παράγει κβαντοειδή συμπεριφορά. Αν αφαιρέσει κανείς τη φυσική ερμηνεία από μια κβαντική κατάσταση, το μαθηματικό αντικείμενο που απομένει μπορεί να αναπαρασταθεί ως διάνυσμα σε έναν μιγαδικό διανυσματικό χώρο. Οι κβαντικές καταστάσεις αναπαρίστανται σε ένα συγκεκριμένο είδος διανυσματικού χώρου που ονομάζεται χώρος Hilbert.

Τα διανύσματα στον χώρο Hilbert ακολουθούν συγκεκριμένους κανόνες. Ένας από αυτούς τους κανόνες ορίζει ότι οποιεσδήποτε δύο καταστάσεις μπορούν να προστεθούν μεταξύ τους, και το αποτέλεσμα θα είναι επίσης ένα έγκυρο διάνυσμα το οποίο, μόλις κανονικοποιηθεί, θα δώσει μια έγκυρη κβαντική κατάσταση. Αυτό είναι, μαθηματικά, η ουσία της κβαντικής υπέρθεσης. Οι καταστάσεις είναι σύμφωνες (σε συνοχή) αν έχουν σαφείς σχέσεις φάσης που τους επιτρέπουν να συμβάλλουν – να ενισχύουν ή να ακυρώνουν η μία την άλλη, ανάλογα με το πώς ευθυγραμμίζονται. Οι συντεταγμένες ενός διανύσματος στον χώρο Hilbert περιλαμβάνουν πληροφορίες που αντιστοιχούν σε αυτήν την σχετική φάση, η οποία καθορίζει τον τρόπο με τον οποίο οι καταστάσεις συμβάλλουν μεταξύ τους.

Ο Andrei Khrennikov, μαθηματικός στο Πανεπιστήμιο Λινναίος στη Σουηδία, παρατήρησε μια σύνδεση μεταξύ της κβαντικής συμβολής και του κλασικού κόσμου τη δεκαετία του 1990, όταν άρχισε να δανείζεται μαθηματικά από την κβαντομηχανική για να μοντελοποιήσει πιθανότητες. Ουσιαστικά, η ιδέα του ήταν πως οι πιθανές εκβάσεις ενός γεγονότος, ακόμα και σε ετερόκλητα πεδία όπως η νευροεπιστήμη και τα οικονομικά, μπορούν να συμβάλλουν η μία με την άλλη, λειτουργώντας όπως οι κβαντικές καταστάσεις σε υπέρθεση.

Το 2024, ο Scholes βρήκε έναν τρόπο να σχεδιάσει πολύπλοκα δίκτυα ταλαντωτών με τέτοιο τρόπο ώστε να παράγουν αναδυόμενες καταστάσεις, σταθερά μοτίβα συγχρονισμένης συμπεριφοράς, όπως ένα πλήθος που χειροκροτεί ρυθμικά, οι οποίες θα μπορούσαν να περιγραφούν μαθηματικά ως διανύσματα σε έναν χώρο Hilbert. Πιο συγκεκριμένα έδειξε ότι τα δίκτυα μπορούν να κατασκευαστούν έτσι ώστε να παράγουν αναδυόμενες καταστάσεις που μιμούνται μαθηματικά την απλούστερη κβαντική μονάδα: το qubit.

«Αυτό προκύπτει αυστηρά από την μαθηματική δομή του δικτύου», δήλωσε ο Ethan Dickey, επιστήμονας υπολογιστών στο πανεπιστήμιο Purdue. «Αν σχεδιάσεις αυτά τα δίκτυα με συγκεκριμένους τρόπους που δεν είναι και τόσο παράλογοι, τυχαίνει να εμφανίζουν αυτό το πολύ ωραίο, πολύ κομψό μαθηματικό αντικείμενο που προσομοιώνει, ή σχεδόν προσεγγίζει, ένα κβαντικό αντικείμενο».

Επαναπροσδιορίζοντας την κβαντική βιολογία

Πολύ διαφορετική φυσική μπορεί να κρύβεται πίσω από παρόμοιες μαθηματικές μορφές. Τόσο η παραβολική τροχιά μιας μπάλας του μπέιζμπολ όσο και η χοάνη μιας δίνης στο νερό περιγράφονται από δευτεροβάθμιες εξισώσεις, παρότι προκύπτουν από εντελώς διαφορετικές αιτίες. Επομένως, η μαθηματική σύνδεση μεταξύ του κλασικού και του κβαντικού κόσμου δεν σημαίνει απαραίτητα ότι μοιράζονται και την ίδια φυσική πραγματικότητα.

Υπάρχει μια περίπλοκη ιστορία τόσο σοβαρής έρευνας όσο και ευφάνταστων εικασιών σχετικά με τα κβαντικά φαινόμενα στη ζωή. Ο Ebrahim Karimi, φυσικός στο πανεπιστήμιο της Οτάβα, πιστεύει ότι οι ερευνητές θα πρέπει να είναι προσεκτικοί και να μην δίνουν υπερβολική βαρύτητα σε αυτόν τον μαθηματικό δεσμό. Επαινεί το νέο πλαίσιο του Scholes για την κομψότητά του και λέει ότι θα μπορούσε να είναι χρήσιμο, αλλά πιστεύει ότι το κβαντικό λεξιλόγιο δεν έχει καμία θέση κοντά σε κλασικά συστήματα. Η συμβολή δεν είναι κάτι μυστηριώδες ή κβαντικό, επισήμανε ο Karimi. Είναι απλώς ένα χαρακτηριστικό της κυματικής συμπεριφοράς.

Οι ερευνητές θέλουν να κατανοήσουν καλύτερα το πότε και πώς τα κλασικά συστήματα μπορούν να μιμηθούν τα κβαντικά μαθηματικά. Αυτή η γνώση θα μπορούσε να φανεί χρήσιμη για το ξεκαθάρισμα αμφιλεγόμενων ισχυρισμών σχετικά με κβαντικά φαινόμενα στη ζωή – συμπεριλαμβανομένου του εγκεφάλου.

Μεταξύ των ερευνητών που επιθυμούν να συνδέσουν την ζωή με το κβαντικό βασίλειο, ο εγκέφαλος αποτελεί εδώ και καιρό επίκεντρο έντονου ενδιαφέροντος και πολλών θερμών συζητήσεων. Το 1989, για παράδειγμα, ο Roger Penrose αναβίωσε παλιές ιδέες σχετικά με την κβαντική φυσική ως βάση για την ελεύθερη βούληση· πρότεινε ότι η συνείδηση προκύπτει από κβαντικά φαινόμενα στον εγκέφαλο, μέσα σε δίκτυα πρωτεϊνικών ινιδίων που ονομάζονται μικροσωληνίσκοι. Η άποψη αυτή παραμένει αμφιλεγόμενη και δεν έχει γίνει ευρέως αποδεκτή από τoυς νευροεπιστήμονες. [Διαβάστε σχετικά: Εγκέφαλος, Συνείδηση και Κβαντική Φυσική.]

Δεδομένου αυτού του πλαισίου, ο Wolf Singer, νευροφυσιολόγος στο Ινστιτούτο Ernst Strüngmann της Εταιρείας Max Planck, ήταν αρχικά σκεπτικός όταν ο Khrennikov τον προσκάλεσε σε ένα εργαστήριο για την κβαντοειδή μοντελοποίηση. Ο Singer και οι συνεργάτες του έδειξαν το 2025 ότι η εισαγωγή ταλαντώσεων σε ένα συγκεκριμένο είδος απλού νευρωνικού δικτύου τα καθιστά πιο αποδοτικά και εύρωστα. Ο Singer είπε ότι η χρήση της συμβολής έδωσε ουσιαστικά στο δίκτυο μια νέα διάσταση για να λειτουργήσει: τον χρόνο. Αυτό συνέβη επειδή η φάση μιας ταλάντωσης κωδικοποιεί πληροφορίες σχετικά με το πώς τα γεγονότα δομούνται στον χρόνο το ένα σε σχέση με το άλλο. Μετά το εργαστήριο, ο Singer δήλωσε «εντυπωσιασμένος από το γεγονός ότι ορισμένα φαινόμενα του πραγματικού κόσμου ίσως περιγράφονται καλύτερα χρησιμοποιώντας τις τεχνικές περιγραφής που χρησιμοποιούν στην κβαντική φυσική».

Οι κβαντοειδείς καταστάσεις παρέχουν επίσης ένα εννοιολογικό προσχέδιο για την σκόπιμη μηχανική κατασκευή δικτύων, τα οποία θα μπορούσαν να είναι οτιδήποτε, από ηλεκτρικά κυκλώματα μέχρι νευρώνες ή φυσικά εκκρεμή συζευγμένα με ελατήρια, που μπορούν να εκμεταλλευτούν την υπέρθεση και την συμβολή για να εκτελέσουν υπολογισμούς. Σε μεταγενέστερη εργασία τους, ο Scholes και οι συνεργάτες του έδειξαν ότι είναι δυνατόν να συνδεθούν μεταξύ τους κβαντοειδή bits για να παραχθούν μεγαλύτερα δίκτυα, τα οποία είναι επίσης κβαντοειδείς καταστάσεις, και απέδειξαν πώς θα μπορούσε να σχεδιαστεί ένα δίκτυο ώστε να μιμείται την κβαντική εκδοχή μιας «λογικής πύλης», ενός κυκλώματος δηλαδή που χρησιμοποιείται για την εκτέλεση απλών υπολογισμών.

Οι Dickey και Kais πιστεύουν ότι οι κβαντοειδείς καταστάσεις έχουν «ισχυρές δυνατότητες για πρακτικές εφαρμογές» στην κβαντική μηχανική μάθηση και στην μοντελοποίηση πολύπλοκων συστημάτων. Αλλά αυτές οι εφαρμογές αντιμετωπίζουν περιορισμούς: Η πολυπλοκότητα του υποκείμενου δικτύου εκτινάσσεται ραγδαία όταν αρχίζεις να συνδέεις μεταξύ τους κβαντοειδή bits. Για να μιμηθείς τέλεια τις κβαντικές λογικές πύλες, «πρέπει να έχεις άπειρους πόρους, φυσικούς πόρους», ανέφερε ο Scholes.

Ο Dickey βασίστηκε στο έργο του Scholes για να προσδιορίσει επακριβώς τις ιδιότητες των δικτύων που παράγουν κβαντοειδείς καταστάσεις και εργάζεται για να βρει υπολογιστικά αποδοτικούς τρόπους παραγωγής τους. Δημοσίευσε επίσης εργασία το 2026 δείχνοντας πώς τα δίκτυα μπορούν να σχεδιαστούν ώστε να παράγουν περισσότερα είδη κβαντοειδών καταστάσεων από ό,τι επέτρεπε το αρχικό πλαίσιο του Scholes. Από την πλευρά του, ο Scholes ενδιαφέρεται να κατανοήσει τα όρια των κβαντοειδών καταστάσεων στον κλασικό κόσμο. Εργάζεται για να καθορίσει αν είναι δυνατόν τα κλασικά συστήματα να μιμηθούν την κβαντική σύμπλεξη.

Ακόμη κι αν η βιολογία τελικά δεν είναι τόσο κβαντική όσο ήλπιζαν κάποτε οι ερευνητές, ίσως εξακολουθούν να υπάρχουν ενδιαφέροντες, και πιθανώς διαφωτιστικοί παραλληλισμοί μεταξύ του ζωντανού κόσμου και του κβαντικού βασιλείου. Παρόλο που οι κβαντικές υπερθέσεις εξαφανίζονται καθώς αυξάνεται η κλίμακα, τα μαθηματικά που περιγράφουν το ελάχιστο, πιο απλό υλικό της ύπαρξης φαίνεται να αναδύονται ξανά στα αχανή, πολύπλοκα κλασικά συστήματα που γνωρίζουμε.

διαβάστε περισσότερες λεπτομέρειες: «Biology Might Not Be Quantum, but Its Math Is Quantumlike», Elise Cutts – https://www.quantamagazine.org/biology-might-not-be-quantum-but-its-math-is-quantumlike-20260923/

Κατηγορίες:ΒΙΟΛΟΓΙΑ, ΒΙΟΦΥΣΙΚΗ, ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ, ΚΒΑΝΤΙΚΗ ΘΕΩΡΙΑ, ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ, ΦΥΣΙΚΗ, ΧΗΜΕΙΑ

Ετικέτες: PHYSICS