Es ist leicht zu verstehen, warum Fraktale verwendet wurden, um die Komplexität des menschlichen Bewusstseins zu erklären. Da sie unendlich kompliziert sind und Komplexität aus einfachen, sich wiederholenden Mustern entstehen lassen, könnten sie die Strukturen sein, die die mysteriösen Tiefen unseres Geistes unterstützen.
Aber wenn dies der Fall ist, könnte es nur auf der Quantenebene passieren, mit winzigen Partikeln, die sich in fraktalen Mustern innerhalb der Neuronen des Gehirns bewegen. Deshalb wird der Vorschlag von Penrose und Hameroff als Theorie des "Quantenbewusstseins" bezeichnet.

Quantenbewusstsein
Wir sind noch nicht in der Lage, das Verhalten von Quantenfraktalen im Gehirn zu messen – falls es sie überhaupt gibt. Aber dank fortschrittlicher Technologie können wir jetzt Quantenfraktale im Labor messen. Bei einer neueren Forschung mit einem Rastertunnelmikroskop (STM) haben meine Kollegen in Utrecht und ich Elektronen sorgfältig in einem fraktalen Muster angeordnet, um ein Quantenfraktal zu erzeugen.
Als wir dann die Wellenfunktion der Elektronen maßen, die ihren Quantenzustand beschreibt, stellten wir fest, dass auch sie in der fraktalen Dimension lebten, die durch das von uns erstellte physikalische Muster vorgegeben war. In diesem Fall war das Muster, das wir auf der Quantenskala verwendet haben, das Sierpiński-Dreieck, eine Form, die irgendwo zwischen eindimensional und zweidimensional liegt.

Dies war ein aufregender Befund, aber STM-Techniken können nicht untersuchen, wie sich Quantenteilchen bewegen – was uns mehr darüber sagen würde, wie Quantenprozesse im Gehirn ablaufen könnten. In unserer neuesten Forschung gingen meine Kollegen von der Shanghai Jiaotong University und ich also noch einen Schritt weiter. Mit modernsten Photonik-Experimenten konnten wir die Quantenbewegung, die innerhalb von Fraktalen stattfindet, in noch nie dagewesenem Detail aufdecken.

Wir haben dies erreicht, indem wir Photonen (Lichtteilchen) in einen künstlichen Chip injiziert haben, der sorgfältig zu einem winzigen Sierpiński-Dreieck verarbeitet wurde.

Wir injizierten Photonen an der Spitze des Dreiecks und beobachteten, wie sie sich in der fraktalen Struktur in einem Prozess namens Quantentransport ausbreiten. Wir wiederholten dieses Experiment dann an zwei verschiedenen fraktalen Strukturen, die beide eher als Quadrate denn als Dreiecke geformt waren. Und in jeder dieser Strukturen haben wir Hunderte von Experimenten durchgeführt.

Unsere Beobachtungen aus diesen Experimenten zeigen, dass sich Quantenfraktale tatsächlich anders verhalten als klassische. Insbesondere haben wir herausgefunden, 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 für Wissenschaftler bilden, um die Theorie des Quantenbewusstseins experimentell zu testen. Wenn eines Tages Quantenmessungen aus dem menschlichen Gehirn entnommen werden, könnten sie mit unseren Ergebnissen verglichen werden, um definitiv zu entscheiden, ob Bewusstsein ein klassisches oder ein Quantenphänomen ist.
Unsere Arbeit könnte auch tiefgreifende Auswirkungen auf alle wissenschaftlichen Bereiche haben. Durch die Untersuchung des Quantentransports in unseren künstlich entworfenen fraktalen Strukturen haben wir möglicherweise die ersten winzigen Schritte zur Vereinigung von Physik, Mathematik und Biologie gemacht, die unser Verständnis der Welt um uns herum sowie der Welt, die in unseren Köpfen existiert, sehr bereichern könnte .
Cristiane de Morais Smith, Professorin für Theoretische Physik, Universität Utrecht.
Dieser Artikel wurde von The Conversation unter einer Creative Commons-Lizenz neu veröffentlicht. Lesen Sie den Originalartikel.