La apuesta cuántica de Schrödinger y Weyl (II)

La física cuántica defiende la filosofía de que el todo es mayor que la suma de las partes, pues las probabilidades de cada estado de un sistema cuántico no pueden determinarse de las probabilidades de los estados de sus elementos constituyentes. El estado cuántico de un sistema de dos electrones determina el estado de cada electrón, siendo falso lo recíproco: no es posible derivar el estado global del sistema conociendo los estados de sus partes. El todo es el producto de un proceso emergente a partir del acoplamiento cuántico de sus componentes.

Materia, vida y conciencia pueden entenderse mejor como subproductos de un mismo proceso cuántico global. Aunque esta idea final es una interpretación personal tras haber estudiado los escritos de Schrödinger y Weyl, pensamos que es una conclusión coherente con su cosmovisión. Otro matemático físico posterior, Roger Penrose, comparte similares fundamentos científicos y, además ha conseguido construir un modelo heurístico más concreto acerca del comportamiento cuántico de la conciencia (véase Penrose sienta las bases de una biofísica cuántica de la mente en Tendencias 21, 23 Febrero 2007)

Fenómenos físicos de macrocoherencia cuántica

Tratar la problemática de la materia, la vida y la conciencia exige un soporte experimental de partida donde basar las disquisiciones científico-metafísicas. Sin referencias al contenido experimental cualquier explicación de la conciencia carecería de la consistencia y fiabilidad características de las ciencias empíricas. Por ello, presentamos algunas de las principales evidencias experimentales recientes para construir un modelo científico de la conciencia coherente con los principios de la biofísica cuántica señalados, entre otros, por Edwin Schrödinger y Hermann Weyl.

Puesto que está sobradamente demostrado el comportamiento cuántico de la pura materia, así como el mantenimiento de sus propiedades microscópicas cuánticas a gran escala, no incluimos una exposición detallada de los fenómenos cuánticos de macrocoherencia cuántica. Basta citar, que los fenómenos de superfluidez, superconductividad, condensación Bose-Einstein, no-localidad y fluctuación Casimir son constataciones experimentales de primer orden científico acerca de la naturaleza cuántica de la materia a escala macroscópica (véase La física de la materia ordinaria produce la conciencia en Tendencias 21, 9 Febrero 2009).

Existe un consenso generalizado entre los científicos a este respecto. No obstante, existe un fuerte disentimiento al tratar la posible extrapolación de las propiedades cuánticas a la materia viviente y, en mayor grado, a la materia consciente. De un lado u otro, no hay duda de que la conciencia es un fenómeno radicalmente asociado a la materia y como tal, a falta de una hipótesis de trabajo mejor, debe explicarse de acuerdo con las evidencias científicas que presentamos. Pasamos, pues, a resumir brevemente dos descubrimientos relevantes recientes que avalan la biogénesis cuántica y la evolución cuántica de la conciencia, en la línea de las ideas de Schrödinger y Weyl.

Presente y futuro de los experimentos biocuánticos

La conciencia se desvanece si falla el funcionamiento biofísico del cerebro. Cada noche se pierde por un tiempo la conciencia al finalizar la etapa de vigilia. Los anestésicos privan de conciencia a los pacientes. Las drogas inducen estados de conciencia alterados. Campos magnéticos localizados funcionan como anestésicos físicos equivalentes. Pulsos luminosos regulan la actividad consciente.

Es evidente la relevancia de los procesos físicos en la emergencia y sustentación de la conciencia. Futuros experimentos permitirán manipular a placer la dinámica de las redes neurales involucradas en las sensaciones, cogniciones y emociones, que integran los estados de conciencia.

Schrödinger y Weyl no pudieron conocer algún experimento que avalara sus intuiciones físicas sobre la repercusión de los procesos cuánticos en el origen de la vida y la conciencia. Las evidencias empíricas de la actualidad son aún insuficientes para determinar con garantía científica que la vida y la conciencia son productos emergentes de la evolución cuántica de la materia. No obstante, sus propuestas marcan un estilo de hacer ciencia que promueve una cosmovisión racional, unitaria e innovadora desde los presupuestos científicos más fundamentales, aprovechando unos pocos indicios experimentales.

Hacer ciencia de esta manera no es rentable en la sociedad actual donde priman los intereses económicos, los avances tecnológicos y las investigaciones a corto plazo con efectos sociales inmediatos. Aunque resulta socialmente razonable que los gastos en ciencia reviertan eficientemente en la sociedad, la investigación básica y la reflexión científico-metafísica son necesarias para mantener una hoja de ruta en el desarrollo social. Un avance ciego de las tecnociencias, ajeno a una visión humanista de la realidad, no produce bienestar social, sino una severa fragmentación de la ciencia al servicio de intereses puramente comerciales.

Transferencia coherente de energía mediante fotosíntesis

En 2007 se publicó en la prestigiosa revista Nature un artículo sobre la significativa interacción cuántica en un proceso vital tan destacado como la fotosíntesis. Algunas bacterias fotótrofas contienen pigmentos fotosintéticos primarios asociados a proteínas FMO –como los existentes en plantas, algas y cianobacterias– capaces de absorber la luz solar y producir un movimiento energético ondulatorio altamente eficiente para su transformación instantánea en la energía química indispensable de los procesos biofísicos. En este proceso sostenido a bajas temperaturas (100 K), un comportamiento cuántico coherente de electrones regula la extraordinaria transducción de energía.

Los electrones funcionan conjuntamente produciendo señales puramente cuánticas (quantum beatings), que resultan de sus oscilaciones coherentes colectivas a partir de la luz solar. A diferencia de la descripción clásica de la fotosíntesis, en este experimento se remarca un proceso cuántico colectivo de alta eficiencia energética. El comportamiento ondulatorio campal de los electrones permite explorar globalmente todas las alternativas físicas de transducción hasta encontrar la que minimiza la degradación energética en el transporte de energía entre sistemas moleculares.

El tiempo de decoherencia de estos pulsos cuánticos de energía (500 fs) es muy corto en términos biológicos, pero sostenido en comparación con la coherencia electrónica puramente física. Se sigue, pues, que ciertas estructuras biológicas consiguen incrementar el tiempo de los latidos cuánticos.

En la línea de las predicciones de Schrödinger parece cumplirse que la vida surgió del aprovechamiento de las propiedades cuánticas colectivas en sistemas complejos. Conforme avanzó la complejidad y el desarrollo estructural de los sistemas vivos, los procesos cuánticos produjeron la emergencia de nuevas leyes biológicas que terminaron por dominar clásicamente la dinámica de los seres vivos.

Sin embargo, pensamos plausible que se formaran pequeños nichos biológicos donde sobrevivieran efectos cuánticos reguladores de la sensibilidad-conciencia en los seres vivos. Estos efectos serían especialmente dominantes en la formación de los estados de conciencia. De esta manera, la evolución se aprovecharía de la cooperación cuántico-clásica para activar la la conciencia, en un proceso psicobiofísico que, acorde con las ideas emergentistas de Weyl, es irreducible a la mera suma de la partes.

Anestesia con luz mediante técnicas optogenéticas

Como aplicación de la actividad microscópica en el cerebro destacamos la posibilidad de inhibir temporalmente o potenciar la actividad neuronal mediante el uso de proteínas de microorganismos. Recientemente, los neurocientíficos han descubierto un tipo de proteínas en bacterias y hongos que, insertadas en la red neuronal, pueden activarse o desactivarse con pulsos de luz visible. El silencio neural se induce instantáneamente con un fogonazo y es fácilmente reversible al remitir la luz en unos pocos milisegundos. Ya era conocido desde la Antigüedad que algunos agentes químicos como las drogas servían de anestésicos. Igualmente, se sabía que es posible anestesiar una región cerebral mediante las modernas técnicas físicas de magnetoencefalografía.

Ahora, también es posible apagar el cerebro con luz. La anestesia lumínica es el resultado de una investigación que combina genética y técnicas ópticas de control neural (optogenética). Se manipulan genéticamente las neuronas de un ratón vivo para que, al iluminarla, un determinada proteína fotosensible funcione bombeando protones a través de la membrana neuronal y altere el potencial eléctrico del medio interneuronal, impidiendo así la emergencia del potencial de acción.

Conclusión

Los trabajos de madurez de Schrödinger y Weyl, propios del hombre de ciencia y pensamiento que ha alcanzado una visión global y unitaria de la realidad, ofrecen simultáneamente una cosmovisión científica, al tiempo que recogen un sustancioso conjunto de intuiciones acerca del futuro de la investigación –nuestro presente–, resultantes de una profunda reflexión filosófica de los datos y teorías científicas.

De esta reflexión destacan la idea de un campo físico unificador descrito geométricamente, la necesidad de trascender el estricto formalismo axiomático abriéndose a un intuicionismo más condescendiente con el funcionamiento cognitivo de la mente y, consecuentemente, la búsqueda de una explicación causal de los fenómenos compatible con el indeterminismo cuántico. A principios de la década de 1950, un joven físico llamado David Bohm tomará el testigo de Einstein, Schrödinger y Weyl en la investigación de la naturaleza cuántica no-local de la realidad física (véase La biofísica de la conciencia, explicada desde la teoría cuántica de David Bohm Tendencias 21, 19 Marzo 2007)

Schrödinger destaca por su tendencia a enraizar radicalmente la vida en el corazón de los procesos cuánticos. La vida emerge de la actividad cuántica de la materia y evoluciona al son de presión energética del medio, hasta hacerse consciente de su propia evolución. Igualmente, Weyl insiste en la necesidad de explicar la vida y la mente desde la esencia cuántica-geométrica de lo microscópico. En este proceso emergente del caos cuántico al orden de macroestructuras biofísicas, destaca la presencia de un factor ontológico, causal e indeterminista, que mantenga el isomorfismo entre el fenómeno y su esencia: entre la conciencia evolucionada y la primitiva raíz material.



Manuel Béjar es miembro de la Cátedra CTR.



Bibliografía

CHOW, B. Y et al. (2010), “High-performance genetically targetable optical neural silencing by light-driven proton pumps”, Nature, 463, 98-102.

ENGEL, G. et al. (2007), “Evidence for wavelike energy transfer through quantum coherence in photosynthesis systems”, Nature, 446, 782-786.

ZHANG, F. et. al. (2007), “Multimodal fast optical interrogation of neural circuitry”, Nature, 446, 633-639.