29.07.2021

Wird unser Bewusstsein durch Quantenprozesse erzeugt?

Wie Bewusstsein entsteht, gehört zu den größten ungelösten Rätsel. Einige Wissenschaftler spekulieren, dass das Bewusstsein das Produkt von Quantenprozessen sein könnte.

 

Wir Menschen sind uns unserer selbst bewusst, das heißt, wir nehmen tagtäglich viel von der Welt um uns herum wahr. Wir fühlen - sowohl physisch als auch emotional - und können nicht nur große Fragen über unsere eigene Existenz stellen, sondern auch über die Natur der Existenz selbst. Aber ist dies das Produkt unseres Gehirns, das sämtliche Informationen verarbeitet, die ihm aus der Außenwelt oder anderen Hirnregionen zugeleitet werden oder wird das Bewusstsein durch Quantenprozesse erzeugt?

Der preisgekrönte britische Physiker und Mathematiker Sir Roger Penrose entwickelte Mitte der 90er-Jahre mit dem amerikanischen Anästhesisten Stuart Hameroff ein quantenphysikalisches Modell des Bewusstseins, dass darauf basiert, dass unsere Gehirne aus Zellen - den Neuronen - bestehen, deren Verknüpfungen gemäß Lehrmeinung erst das eigentliche Bewusstsein erzeugen. Jedes Neuron enthält röhrenförmige Proteinkomplexe (die Mikrotubuli), welche Substanzen zu verschiedenen Teilen der Zelle transportieren. Sie spekulierten, dass die Mikrotubuli als so etwas wie ein Biocomputer fungieren könnten, der auf Quanteneffekten beruht. Quanten sind physikalische Teilchen, die verschiedene Zustände gleichzeitig einnehmen können und über räumliche Distanzen miteinander verschränkt werden können.

 

Die theoretische Physikerin Prof. Cristiane de Morais Smith von der Universität Utrecht in den Niederlanden hat sich mit Kollegen aus China unter der Leitung von Prof. Xian-Min Jin von der Shanghai Jiaotong University zusammengetan, um einige der Prinzipien zu prüfen, die der Penrose-Hameroff-Theorie eines durch Quanten erzeugten Bewusstseins zugrunde liegen - dem »Quantenbewusstseins«. Auf der unabhängigen, öffentlichen Forschungs- und Wissenschaft-Plattform The Conservation haben sie ihre Arbeit vorgestellt, wie sich Quantenpartikel in einer komplexen Struktur wie dem Gehirn bewegen könnten - allerdings in einer Laborumgebung.

Dabei gingen sie davon aus, dass die Mikrotubuli in einem fraktalen Muster strukturiert sind, das Quantenprozesse ermöglichen. Fraktale sind Strukturen, die häufig in der Natur vorkommen und weder zweidimensional noch dreidimensional sind, sondern irgendeinen Bruchwert dazwischen haben. In der Mathematik tauchen Fraktale als Muster auf, die sich unendlich wiederholen und etwas scheinbar Unmögliches erzeugen: eine Struktur, die eine endliche Fläche, aber einen unendlichen Umfang hat.

 

Deshalb eignen sich Fraktale, um die Komplexität des menschlichen Bewusstseins zu erklären, da sie unendlich kompliziert sind und es ermöglichen, dass aus einfachen, sich wiederholenden Mustern Komplexität entsteht, könnten sie die Strukturen sein, die die geheimnisvollen Tiefen unseres Verstandes unterstützen, so Prof. de Morais Smith. Aber wenn dies tatsächlich der Fall sein sollte, könnte es nur auf der Quantenebene passieren, mit winzigen Teilchen, die sich in fraktalen Mustern innerhalb der Neuronen des Gehirns bewegen.

 

Noch ist man nicht in der Lage, das Verhalten von möglichen Quantenfraktalen im Gehirn zu messen aber dank fortschrittlicher Technologie kann man sie im Labor messen. Und das taten Prof. de Morais Smith und ihr Team mit einem Rastertunnelmikroskop (STM) und so ein Quantenfraktal erzeugt, indem sie Elektronen präzise zu einem fraktalen Muster anordneten. Als sie anschließend die Wellenfunktion der Elektronen maßen, die ihren Quantenzustand beschreibt, stellten sie fest, dass auch sie sich in der fraktalen Dimension befanden, die durch das physikalische Muster, das sie erzeugt hatten, vorgegeben war. In diesem Fall war das Muster, das sie auf der Quantenskala verwendet haben, das Sierpinski-Dreieck, eine Form, die sich zwischen der Ein- und Zweidimensionalität befindet.

Dann gingen die Forscher einen Schritt weiter und mit Hilfe modernster Photonik-Experimente konnten sie Quantenbewegungen, die in Fraktalen stattfindet, in noch nie dagewesenem Detail aufdecken, indem sie Photonen (Lichtteilchen) in einen künstlichen Chip injizierten, der aufwendig zu einem winzigen Sierpinski-Dreieck geformt wurde. Anschließend injizierten sie Photonen an der Spitze des Dreiecks und beobachteten, wie sie sich in der gesamten fraktalen Struktur ausbreiteten - ein Prozess, der als Quantentransport bezeichnet wird. Dieses Experiment wiederholten sie an zwei anderen fraktalen Strukturen, die beide eher die Form eines Quadrats als eines Dreiecks hatten. Und mit jeder dieser Strukturen führten sie Hunderte von Experimenten durch.

 

Ihre Beobachtungen aus diesen Experimenten zeigen, dass sich Quantenfraktale tatsächlich anders verhalten als klassische Fraktale. Insbesondere haben sie festgestellt, dass die Ausbreitung von Licht über ein Fraktal im Quantenfall anderen Gesetzen unterliegt als im klassischen Fall. Dieses neue Wissen über Quantenfraktale könnte die Grundlage dafür bilden, dass Wissenschaftler die Theorie des Quantenbewusstseins experimentell überprüfen können. Wenn eines Tages Quantenmessungen am menschlichen Gehirn vorgenommen werden, könnten sie mit diesen Ergebnissen verglichen werden, um definitiv zu entscheiden, ob das Bewusstsein ein klassisches Gehirnkomplex oder ein Quantenphänomen ist.

 

© Fernando Calvo* für Terra Mystica

Foto: Pixabay, Bearb. F. Calvo


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