Runtuhnya teori terkemuka untuk asal usul kesadaran kuantum

Asal usul kesadaran adalah salah satu misteri terbesar dalam sains. Sebuah solusi yang diusulkan, pertama kali diusulkan oleh ahli matematika Oxford pemenang Hadiah Nobel Roger Penrose dan ahli anestesi Universitas Negeri Arizona Stuart Hammeroff di Tucson, menghubungkan kesadaran dengan perhitungan kuantum di otak. Sekali lagi, ini bergantung pada gagasan bahwa gravitasi mungkin berperan dalam bagaimana efek kuantum menghilang, atau “runtuh”. Tetapi serangkaian percobaan di laboratorium jauh di bawah pegunungan Gran Sasso di Italia tidak menemukan bukti untuk model keruntuhan kuantum terkait gravitasi, yang merusak kelayakan penjelasan untuk kesadaran ini. Hasilnya dilaporkan dalam buku harian ulasan Fisika Kehidupan.

“Bagaimana kesadaran muncul di otak adalah misteri besar,” kata Catalina Curceanu, anggota think tank fisika, Foundational Questions Institute, FQXi, dan fisikawan utama pada eksperimen di INFN di Frascati, Italia. “Ada banyak ide yang bersaing, tetapi sangat sedikit yang dapat diuji secara eksperimental.”

Fisika kuantum diketahui memberi tahu kita bahwa kucing bisa hidup dan mati pada saat yang sama, setidaknya dalam teori. Namun dalam praktiknya kita tidak pernah melihat kucing terjebak dalam keadaan limbo yang tidak menguntungkan. Penjelasan populer mengapa tidak adalah bahwa “fungsi gelombang” sistem – sifat kuantumnya, yang memungkinkannya berada di dua keadaan yang bertentangan pada saat yang sama – lebih mungkin untuk “runtuh” ​​atau dihancurkan ketika lebih masif, dan itu pergi dalam keadaan tertentu, entah mati atau hidup, akan kita katakan, tetapi tidak keduanya pada saat yang bersamaan. Model keruntuhan ini, terkait dengan gravitasi yang bekerja pada benda berat seperti kucing, digunakan oleh Penrose dan Hammeroff dalam mengembangkan model kesadaran mereka.Orch-OR teori‘ (Theory of Orchestrated Objective Reduction) pada 1990-an.

Perhitungan kuantum di otak

Curceanu pertama kali tertarik pada teori Orch-OR ketika dia bertemu Penrose, juga anggota FQXi, di sebuah konferensi beberapa tahun lalu. Kesadaran biasanya tidak diasosiasikan dengan sifat kuantum karena efek kuantum rapuh dan sulit dirawat bahkan di bawah kondisi yang sangat terkontrol dan suhu dingin di laboratorium. Jadi, sudah lama dipikirkan bahwa lingkungan otak yang hangat dan lembab akan terlalu mengganggu efek kuantum untuk bertahan hidup. Tetapi Penrose menjelaskan bahwa dia dan Hammeroff mengidentifikasi struktur kecil yang disebut mikrotubulus di dalam neuron di otak yang berpotensi mempertahankan efek kuantum untuk waktu yang singkat—cukup lama untuk melakukan perhitungan kuantum. Teori Orch-OR menghubungkan kesadaran dengan perhitungan kuantum yang diatur (“orch”) oleh osilasi listrik di mikrotubulus ini. “Apa yang saya sukai dari teori ini adalah prinsipnya dapat diuji, dan saya memutuskan untuk mencari bukti yang dapat membantu mengonfirmasi atau memalsukannya,” kata Curceanu.

“Apa yang saya sukai dari teori ini adalah prinsipnya dapat diuji, dan saya memutuskan untuk mencari bukti yang mungkin membantu mengonfirmasi atau memalsukannya.”

Inti dari teori ini adalah gagasan bahwa gravitasi terkait dengan keruntuhan fungsi gelombang kuantum dan keruntuhan ini lebih cepat dalam sistem dengan lebih banyak massa. Konsep ini dikembangkan dalam sejumlah model oleh berbagai fisikawan pada 1980-an. Salah satunya adalah Lajos Diósi dari Wigner Research Center for Physics dan di Eötvös Loránd University di Budapest, Hongaria, yang ikut menulis karya baru dengan Curceanu, Maaneli Derakhshani dari Rutgers University di New Brunswick, New Jersey, Matthias Laubenstein juga berkontribusi INFN , dan Kristian Piscicchia dari CREF dan INFN. Penrose mendekati ide ini secara independen beberapa tahun kemudian dan menjadi, dengan Hammeroff, inti dari teori kesadarannya.

Kedua teori tersebut sering disebut dengan istilah kolektif “teori Diósi-Penrose”. Namun di balik nama umum terdapat perbedaan penting, catat Curceanu. Pendekatan Diósi memprediksi bahwa keruntuhan akan disertai dengan emisi spontan sejumlah kecil radiasi, cukup besar untuk dideteksi oleh eksperimen mutakhir.

Menyelam di bawah tanah

Laboratorium bawah tanah Curceanu terletak di Laboratorium Nasional Gran Sasso, 1,4 km di bawah pegunungan Italia Gran Sasso. Laboratorium berdiri di satu sisi terowongan jalan raya sepanjang 10 km yang melintasi massif Gran Sasso dan menghubungkan L’Aquila ke Teramo. “Situs ini dipilih karena pada dasarnya bebas dari sumber sinar kosmik di atas tanah yang dapat mengganggu eksperimen,” kata Curceanu. Eksperimen ini menggunakan detektor silinder yang sangat sensitif, tidak lebih besar dari gelas kimia, yang terbuat dari germanium dengan kemurnian tinggi. Dikelilingi oleh perisai yang terdiri dari lapisan timah ultra-murni dan tembaga untuk melindunginya dari radiasi latar belakang yang datang dari bebatuan. Setelah menjalankan percobaan selama dua bulan, tim tidak mengukur sinyal radiasi spontan, membatasi kemungkinan keruntuhan gravitasi. 2020 tim dilaporkan fisika alam bahwa hasil negatif mereka telah membantu mereka mengesampingkan versi paling sederhana dari model Diósi-Penrose.

Dalam artikel baru mereka, mereka secara eksplisit meneliti dampak penemuan mereka pada teori kesadaran Orch-OR Penrose dan Hammeroff. Setelah menganalisis kembali skenario yang paling masuk akal yang disajikan oleh Hammeroff dan Penrose, mengingat keterbatasan eksperimental mereka baru-baru ini pada keruntuhan kuantum, mereka menyimpulkan bahwa hampir tidak ada skenario yang masuk akal. “Ini adalah penyelidikan eksperimental pertama dari pilar keruntuhan kuantum terkait gravitasi dari model kesadaran Orch-OR, yang diharapkan akan diikuti oleh lebih banyak lagi,” kata Curceanu. “Saya sangat bangga dengan kinerja kami.”

Sifat interdisipliner

Eksperimen dan analisis didanai sebagian oleh hibah dari Foundational Questions Institute, FQXi. “Tanpa mereka, tidak mungkin mencapai hasil ini,” kata Curceanu. “Karena interdisipliner, sulit untuk mendapatkan dana untuk proyek semacam itu di tempat lain.”

“Sangat menarik untuk menghubungkan apa yang dapat Anda lakukan di lab dengan apa yang mungkin merupakan misteri terbesar di alam semesta – kesadaran.”

Tapi semua tidak hilang untuk Orch Or, tambah Curceanu. “Sebenarnya, pekerjaan yang sebenarnya baru saja dimulai.” Dia berkata. Faktanya, tidak seperti Diósis, model keruntuhan asli Penrose tidak memprediksi radiasi spontan, sehingga tidak dikesampingkan. Makalah baru juga secara singkat membahas bagaimana model keruntuhan berbasis gravitasi dapat dimodifikasi secara realistis. “Model yang direvisi seperti itu, yang sedang kami kerjakan sebagai bagian dari proyek yang didanai FQXi, dapat membuka pintu bagi teori Orch-OR,” kata Curceanu.

Sementara itu, tim sedang bersiap untuk menguji model keruntuhan baru yang disempurnakan ini untuk mempelajari lebih lanjut dampaknya pada model Orch-OR. “Sangat menarik untuk menghubungkan apa yang dapat Anda lakukan di lab dengan apa yang mungkin menjadi misteri terbesar di alam semesta –kesadaran‘ kata Curceanu.

Disediakan oleh Foundational Questions Institute