La mecánica cuántica y la consciencia: la hipótesis de Penrose y Hameroff

Tuve que dar una charla sobre física y neurociencia, en la que incluí la hipótesis de Penrose y Hameroff acerca de la consciencia.

Si bien la hipótesis en sí es una propuesta muy especulativa y bastante desacreditada al día de hoy, las motivaciones que enumera Penrose en sus libros Lo grande, lo pequeño y la mente humana y La mente nueva del emperador siguen vigentes y aún sin explicación, y constituyen un tema muy estimulante para la especulación científica.

¿Qué es la consciencia?

Según el diccionario, la palabra refiere el conocimiento que tiene un ser vivo de sí mismo y de su entorno.

Sin embargo, la definición misma del fenómeno ya genera polémica: cada uno de nosotros sabe que es consciente, pero ¿como sabemos que los otros lo son?

En el día a día, nuestra única prueba de la consciencia de los demás es cómo interactúan con nosotros. Por lo que sabemos, podrían ser zombis filosóficos, es decir seres vacíos por dentro que no saben que existen y que funcionan mecánicamente, replicando las respuestas externas de un ser consciente, pero careciendo de cualquier vida interior.

Alan Turing propuso usar con las computadoras el mismo criterio, un tanto laxo, que usamos con nuestros semejantes para saber si son conscientes: si al interactuar con ellas no distinguimos sus respuestas de las de un ser consciente ¡pues considerémoslas conscientes! Sus objetores señalaron que, incluso si en sus respuestas no pudiéramos distinguirlas de una persona, las computadoras no estarían replicando los procesos físicos que ocurren en el cerebro de una persona. Tales procesos podrían ser cruciales en la generación del fenómeno que conocemos como consciencia.

(PD)

Pero ¿qué es exactamente la consciencia, desde un punto de vista físico? Hay tres enfoques posibles, según los cuales sería una propiedad

1. Esencial: es decir la consciencia no es física, sino una componente externa al mundo físico que se liga a algunos seres vivos durante su vida. Esta es la posición de la religión, con la idea de alma. Pocos investigadores aceptan esta opción como una posibilidad científica.
2. Emergente: la consciencia es una consecuencia de los procesos físicos que ocurren en ese sistema extremadamente complejo que constituye nuestro cerebro. Estos procesos no tienen ningún ingrediente nuevo y siguen las leyes que conocemos. Esta es la posición general entre los neurocientíficos.
3. Intrínseca: la consciencia es una componente fundamental del Universo, una parte de las leyes físicas que aún nos falta terminar de enunciar.

La propuesta de Penrose y Hameroff se basa en la última opción, y considera que la componente faltante en nuestra descripción del universo tiene algo que ver con la mecánica cuántica, y con un fenómeno conocido como colapso objetivo. Su motivación fue, por un lado, que los procesos de colapso cuántico parecen relacionados al estado consciente del observador y, por otro lado, que la mente humana resuelve problemas no resolubles por una computadora clásica.

¿Qué es el colapso cuántico?

Supongamos que leemos El gato con botas con la luz que nos llega a la vez desde una ventana y desde el reflejo de la ventana en un espejo. La luz que incide sobre el libro es una superposición de luz proveniente de las dos fuentes. Sólo si ponemos la mano tapando la ventana o el espejo podemos saber de donde proviene un dado fotón. Si la suerte del protagonista del libro dependiera de eso, no estaría ni vivo ni muerto en tanto nos abstuviéramos de hacerlo. Sería un gato de Schœdinger que vive o muere solo cuando decidimos observar.

 

(PD)

Esta interpretación de Copenhagen de la mecánica cuántica parece poner en el foco el estado consciente del observador: sólo cuando éste se entera de donde vino el fotón, debe el gato enfrentar su destino.

Aclaremos sin embargo que esto es solamente una interpretación, o sea una imagen mental del formalismo matemático, y que no es la única posible, si bien es la más popular entre los científicos. No se trata de un hecho científico con sustento empírico: el formalismo de la mecánica cuántica funciona perfectamente incluso si le damos una interpretación completamente distinta.

¿Qué es un problema no computable?

¿Qué quiere decir que la mente humana resuelve problemas no computables? Básicamente, que no se puede programar una computadora para demostrar teoremas, como de hecho hace la mente de cualquier matemático humano.

La mejor manera de ver esto es usando una versión del teorema de Gödel debida a Turing:

Supongamos que programamos una computadora para probar una cierta proposición sobre los números naturales.

Por ejemplo "cualquier número n > 1 se puede escribir como la suma de dos primos". La computadora procederá a probar uno por uno los números naturales, y se detendrá cuando la proposición no se cumpla

n = 2, es la suma 1 + 1, se cumple  
n = 3, es la suma 1 + 2, se cumple  

n = 10, es la suma 5 + 5, se cumple  
.  
.  
.  

n = 11 ¡ups! ¡No se cumple!  

El programa se detuvo en el paso n = 11.

Podemos escribir un programa similar para cualquier proposición que se nos ocurra que hable de un número natural. Si el programa se detiene en el paso n, la proposición es falsa. Si no se detiene nunca, es verdadera para todos los naturales.

(PD)

Ahora bien ¿podemos escribir otro programa, más elaborado, que nos diga a priori si el programa que testea cualquier proposición particular se detendrá o no en el paso n? Tal programa sería una "máquina de demostrar teoremas" ¿puede tal cosa existir?

Si existiera, nos podría decir en particular si el programa que testea la proposición n-ésima se detendrá en el paso n...

...pero, wait a minute! Esta última es una proposición sobre un número natural, o sea que debe ser el objetivo de uno de nuestros programas testeadores, digamos el programa k-ésimo.

Concentrémosnos en él y preguntémosle a nuestra máquina de demostrar teoremas: "el programa que demuestra la proposición k-ésima ¿se detendrá en el paso número k?

• Si la respuesta fuera no esto implicaría que la proposición k-ésima es verdadera. Pero la proposición k-ésima es precisamente "el programa que demuestra la proposición k-ésima se detendrá en el paso k", o sea que la respuesta debería haber sido si.
• Si la respuesta fuera si esto implicaría que la proposición k-ésima es falsa. Pero la proposición k-ésima dice que "el programa que demuestra la proposición k-ésima se detendrá en el paso k", o sea que la respuesta debería haber sido no.

¡Vértigo! ¡PANTALLA AZUL!

(CC BY-SA 3.0, by AlexTheRose)

Es decir que el suponer que existe una máquina de demostrar teoremas lleva a una contradicción.

Y sin embargo...

...de algún modo existe una máquina de demostrar teoremas, que no entra en pantalla azul: ¡la mente humana!

¿Qué está pasando?

Penrose y Hameroff señalaron que los programas de la demostración anterior son programas clásicos: en cada paso la respuesta es sí o no, el gato está vivo o está muerto.

¿Qué sucedería -se preguntaron- si quisiéramos repetir el razonamiento dentro de un programa cuántico, donde las respuestas pueden ser superposiciones de gatos vivos y muertos?

Tal vez la capacidad aparentemente mágica de la mente humana de violar la demostración de Turing se deba a la mecánica cuántica y el fenómeno del colapso antes descripto.

La hipótesis de Penrose y Hameroff está bastante desacreditada hoy en día, por varias razones.

• La objeción más simple es la de Stephen Hawking, que podría resumirse en: ¿Qué tiene que ver una cosa con la otra?. Sólo porque el colapso cuántico y la capacidad de la mente humana de resolver problemas no computables sean dos misterios científicos, no implica que se trate del mismo misterio científico.
• Un segundo punto es que se demostró que cualquier algoritmo cuántico se puede reproducir con un algoritmo clásico. O sea que después de todo ¡no hay magia!
• Finalmente, la interpretación de Copenhagen de la mecánica cuántica está siendo desplazada por la interpretación de muchos mundos (que da para otro post), en la cual el fenómeno del colapso no aparece ligado a la conciencia del observador.

Sin embargo, más allá de su hipótesis en sí, las motivaciones que tuvieron Penrose y Hameroff siguen siendo áreas abiertas de investigación. Tanto el problema del colapso como el de la conciencia son problemas fascinantes y muy poco comprendidos, y constituyen áreas de frontera en la investigación científica actual.