Дискуссии - Наука

В.А. Шашлов

Сознание функционирует на тех же принципах, как квантовые компьютеры. Кубиты образуются с помощью кольцевых гиперзвуковых мод в цилиндрических слоях миелиновых оболочек нейронов. Кольцевые резонансные моды генерируются за счет лазерного эффекта. Функцию накачки выполняет энергия спиновых моментов количества движения, которая преобразуется в колебательную энергию с помощью эффекта «пара спинов». Обработка и хранение образов сознания осуществляются в гильбертово-проективном пространстве.

Цель работы

Работа имеет своей целью предложить новый подход к пониманию физической природы сознания и получить ответ на вопрос: «Действительно ли работа сознания осуществляется с участием Субстанции, сотворившей Вселенную?».

Содержание работы

В первом разделе рассмотрены механизмы генерации в миелиновых оболочках нейронов когерентных гиперзвуковых колебаний, а также условия, при которых данные колебания будут образовывать кубиты.

Во втором разделе рассматривается работа мозга, как квантового компьютера, регистр которого сформирован из кольцевых гиперзвуковых кубитов, а запись и воспроизведение информации осуществляется в гильбертово-проективном пространстве.

В третьем разделе обсуждаются пути экспериментальной проверки механизма работы сознания, как кольцевого квантового компьютера, а также практическое использование данных компьютеров для создания сильного искусственного интеллекта.

Введение

В настоящее время в науке о сознании продолжает доминировать «нейронная парадигма», согласно которой работа информационной системы мозга полностью обеспечивается функционированием нейронной сети мозга, что включает в себя низкочастотную активность этой сети (потенциалы действия), а также химические и структурные изменения отдельных элементов нейронной сети. Однако, нейронная парадигма не в состоянии ответить, по крайней мере, на следующие 3 вопроса:

1) каким образом происходит обработка столь большого объема информации, которая содержится в непрерывно изменяющих образах сознания,

2) как достигается чрезвычайно высокая скорость и практически безграничная ассоциативность воспроизведения образов сознания,

3) как разрешить «трудную проблему сознания», т.е. получить ответы на вопрос: «Какова природа сознания и каким образом мозг рождает сознание?».

В последние 40 лет со все большей интенсивностью развивается новый подход к процессу обработки информации на основе фундаментальных явлений микромира, а именно, с использованием суперпозиции квантовых состояний. Это позволяет проводить вычисления в бесконечномерном гильбертово-проективном пространстве, обладающем неограниченной информационной емкостью.

Естественно предположить, что природа или Бог (скорее всего, и Бог, и природа) не преминули воспользоваться возможностью реализовать наиболее эффективный способ обработки информации и «вложить» этот способ в человека.

I. В каких структурах мозга формируются кубиты?

Чтобы реализовать квантовый механизм обработки информации, в мозгу должны непрерывно образовываться кубиты. Естественно, встает вопрос: «В каких структурах мозга наиболее вероятно формирование кубитов?». Другими словами, «В каких мозговых структурах имеются достаточно долго живущие квантовые состояния, из которых могут формироваться кубиты, которые необходимы для реализации квантовых вычислений?».

Основное утверждение данного раздела состоит в том, что структурами, где формируются кубиты, являются миелиновые оболочки нейронов.

В обоснование данного утверждения можно привести следующие 5 аргументов:

1. миелиновые оболочки занимают половину объема мозга, а суммарная площадь всех слоев миелина превышает площадь каких-либо иных структурных элементов мозга,

2. миелиновые оболочки являются разновидностью жидких кристаллов и представляют собой наиболее жесткие и стабильные структуры мозга,

3. миелинизация аксонов продолжается не только в детстве и отрочестве, но в отдельных случаях, и во взрослом возрасте, что может быть обусловлено потребностями на стадии обучения и дальнейшего продолжения мыслительной деятельности,

4. толщина миелиновых оболочек для распространения потенциалов действия с высокой скоростью является избыточной: эта скорость была бы высокой при наличии всего 10 липидных слоев, тогда как отдельные участки миелиновой сети содержат (40-50) слоев, – для каких целей используются остальные (30-40) слоев?

5. в миелиновых оболочках, наряду с участками, составленными, в основном, из липидных молекул, имеют участки – перехваты Ранвье, через которые протекают интенсивные ионные потоки, способные выполнять функцию накачки для генерации когерентных акустоэлектрических колебаний частотой ~ 10¹¹ гц, которые могут служить чрезвычайно емким носителем информации [1].

Совокупность данных аргументов позволяет рассматривать миелиновые оболочки в качестве наиболее вероятного кандидата для того, чтобы служить материальным носителем кубитов. В течение последнего года автор исследовал строение миелиновых оболочек более детально и обнаружил, что кубиты в них могут образовываться на частотах, которые на 1-2 и даже 3 порядка больше частоты ~ 10¹¹ гц [2,3].

Возможность образования в миелиновых оболочках резонансных гиперзвуковых волн частотой (10¹² - 10¹⁴) гц обусловлена двумя причинами:

1. наличием еще более тонких цилиндрических слоев,

2. новым способом накачки посредством эффекта «пара спинов».

В миелиновых оболочках липидные слои обращены друг к другу полярными головками и между слоями полярных головок имеется слой молекул воды, который состоит из 2-х мономолекулярных слоев, каждый из которых адсорбирован на одном из слоев полярных головок. В итоге, более тонкие слои образованы:

1. полярными головками липидных молекул,

2. молекулами воды, адсорбированными на 2-х слоях полярных головок,

3. атомами кислорода и водорода в составе этих 2-х слоев молекул воды,

4. ядрами атомов водорода, принадлежащими двум слоям молекул воды.

Все эти слои образуются автоматически, когда слои полярных головок накладываются навстречу друг другу, и между этими слоями имеется именно такое количество молекул воды, которое требуется для образования 2-х слоев.

Примечание. Если количество молекул воды будет меньше или больше, то рассматриваемая структура не образуется. Тем самым, функционирование информационной системы мозга существенно зависит от концентрации молекул воды в миелиновых оболочках: этот, казалось бы, второстепенный параметр имеет критическое значение для работы информационной системы мозга.

Третий и четвертый слои образуются благодаря поляризации. Сначала происходит поляризация молекул воды: атомы кислорода прикрепляются к слою полярных головок, вследствие чего атомы водорода оказываются смещенными к центру 2-слойной системы. Затем поляризуются атомы водорода: электроны смещаются к слою атомов кислорода, а ядра атомов водорода, принадлежащие одному и другому мономолекулярным слоям Н₂О, составляют общий (центральный) слой, состоящий из одних протонов.

Примечание. Структура двойного слоя полярных головок вместе двойным слоем молекул воды напоминает торт «Наполеон»: в центральной части расположен слой протонов, по обоим сторонам – слои атомов водорода и кислорода, составляющие вместе 2 слоя молекул воды, а внешние слои образованы слоями самих полярных головок.

Все слои имеют цилиндрическую форму и каждый следующий слой вложен в предыдущий: самый внутренний слой – это слой, содержащий одни протоны, затем идут 2 слоя поляризованных атомов водорода, входящих в состав двойного слоя молекул воды.

Примечание. Двойной слой молекул воды, естественно, именовать «двуслойный аквафен»: его свойства должны быть столь же необычными, как и свойства двуслойного графена. Впрочем, физические свойства еще более тонких кольцевых слоев атомов кислорода, водорода и протонов должны быть не менее замечательными.

Размер полярных головок на порядок меньше толщины липидного бислоя, поэтому слой полярных головок (№1) способен служить кольцевым резонатором для гиперзвуковых волн частотой 10*10¹¹ гц ~ 10¹² гц.

Слои молекул воды, а также слои атомов кислорода и водорода еще на порядок тоньше слоя полярных головок, поэтому данные слои (№2 и №3) могут служить резонаторами для волн частотой порядка 10¹³ гц.

Слой протонов (№4) имеет толщину ~ 10^-9 см (возможно, еще меньше), поэтому он может служить резонатором для волн частотой ~ 10¹⁴ гц (и выше).

Функцию накачки выполняет эффект «пара спинов», суть которого состоит в том, что когда к микрообъекту приложены два противоположно направленных спина, и между прямыми, вдоль которых расположены спины, имеется ненулевое расстояние (плечо), то часть энергии спинового вращения расходуется на то, чтобы приводить данный объект во вращательно-колебательное движение [4].

Примечание 1. В одной из работ автор намерен привести расчеты мощности, поступающей за счет эффекта «пара спинов» на колебательные уровни молекул воды в «двуслойном аквафене», расположенном между пластинами из сильно поляризованных молекул, и показать, что эта мощность превышает пороговую величину накачки.

Примечание 2. Передавая энергию частицам материи, спиновые моменты не уменьшают свою величину, поскольку определяются крутящим моментом вещественных проективных RP¹-прямых, а эти прямые остаются неизменными: энергия накачки «черпается» из самого RP³-пространства, как одной из разновидностей Субстанции.

Повторим условия генерации когерентных колебаний частотой (10¹² - 10¹⁴) гц.

1. Толщина билипидных слоев в миелиновых оболочках и еще более тонких слоев полярных головок липидных молекул, а также слоев молекул воды, атомов и даже ядер водорода, входящими в состав молекул воды, адсорбированных на поверхности полярных головок, имеет столь малую величину, что гиперзвуковые колебания указанных частот способны распространяться вдоль этих слоев в волноводном режиме. Совершив полный оборот по данной кольцевой структуре, колебания будут накладываться и образовывать кольцевые резонансные моды, которые могут быть 2-х типов: стоячие и бегущие моды.

Это означает, что в указанных слоях выполнено первое необходимое условие генерации когерентных колебаний: наличие резонатора.

2. Вторым необходимым условием генерации когерентных колебаний является условие накачки: через систему должен проходить достаточно мощный поток энергии, и большая часть этой мощности должна передаваться данным колебательным модам.

Наиболее вероятным является механизм накачки, использующий эффект «пара спинов». В данном эффекте происходит преобразование части энергии Субстанции в энергию колебаний атомов и молекул: именно из этих колебаний формируются кольцевые колебательные моды в цилиндрических структурах миелиновых оболочек нейронов, после чего на основе этих мод формируются кубиты.

Примечание. Реализации лазерного эффекта могло бы помешать большое затухание гиперзвуковых волн, однако, размер внутренних колечек меньше обратной величины затухания (~ 10⁴ см^-1) и, кроме того, синхронизироваться будут именно те колебания, которые дают основной вклад в затухание, что будет приводить к эффекту «просветления» и резкому уменьшению затухания.

На основании вышеизложенного можно утверждать, что с высокой вероятностью, хотя бы в одной из кольцевых структурах, которые имеются в миелиновых оболочках нейронов, формируются стоячие и бегущие резонансные моды.

Все остальные моды данных резонаторов могут быть представлены в виде комбинации: КМ = (1 - КБВ)^1/2*|СМ> + КБВ^1/2*|БМ>, здесь КМ – полный набор кольцевых мод, которые существуют в резонаторе, |СМ> и |БМ> - стоячие и бегущие резонансные моды, КБВ – коэффициент бегущей волны: 0 < КБВ < 1.

Аналогичную математическую структуру имеет множество состояний 2-х уровневой квантовой системы (кубита): Ψ = α*|0> + β*|1>, здесь |0>, |1> – два базовых состояния, α, β – коэффициенты, удовлетворяющие условию нормировки α² + β² = 1.

Для того, чтобы колебательные моды кольцевого резонатора представляли полный аналог 2-х уровневой квантовой системы, резонатор должен быть изготовлен из материала, который может находиться только в 2-х устойчивых состояниях, которые достигаются, когда кольцевые моды являются чисто стоячими и чисто бегущими. Кроме того, вероятность (р) перехода резонатора в состояние |СМ> должна иметь величину р = (1 - КБВ), а переход в состояние |БМ> должен совершаться с вероятностью р = КБВ.

Подобрать такой материал – весьма непростая задача, но технически вполне разрешимая: миелиновые колечки, в которых формируются кольцевые резонансные моды, вполне могут обладать указанными свойствами.

При выполнении данных условий, в кольцевых слоях миелиновых оболочек образуется суперпозиция кольцевых мод, обладающая всеми свойствами, которыми обладают кубиты. Данная суперпозиция будет представлять макроскопический аналог 2-уровневой квантовой системы, и может быть использована в качестве кубита.

Это означает, что данные кольцевые слои могут составить регистр квантового компьютера, и мозг может работать, как квантовый компьютер.

II. Как работает мозговой квантовый компьютер?

Если полученные в предыдущем разделе выводы соответствуют действительности, то миелиновая сеть мозга представляет собой гигантский квантовый компьютер.

Миелиновая оболочка каждого нейрона состоит из отдельных участков длиной ~ 1 мм, разделенных перехватами Ранвье, и в каждом таком участке может непрерывно формироваться (200 – 300) кубитов [2,3].

Этого количества достаточно, чтобы проводить сколь угодно сложные вычисления, и каждый такой участок может являться квантовым компьютером.

Средняя длина аксона в мозге имеет величину ~ 100 мм, поэтому в каждом аксоне может иметься ~ 100 квантовых компьютеров. Поскольку каждый нейрон содержит один аксон, а количество нейронов в мозгу ~ 10¹¹, то общее количество «элементарных» квантовых компьютеров в мозгу может достигать 100*10¹¹~ 10¹³.

Столь большое количество квантовых компьютеров позволяет осуществлять многократное дублирование в работе информационной системы мозга: это объясняет почему до сих пор не найден единый «центр сознания».

Каждое состояние регистра квантового компьютера соответствует определенной точке гильбертово-проективного пространства, которое получается, когда в конечной области комплексного проективного пространства (СР^∞) вводятся условия нормировки, превращающие эту область в гильбертово пространство.

В проективной концепции Мироздания проективное пространство описывает Субстанцию, как наиболее глубокую физическую сущность, поэтому гильбертово-проективное пространство также должно обладать физической реальностью. Это означает, что состояния регистра квантового компьютера могут фиксироваться в виде отдельных точек данной реальности: эти точки служат носителями образов сознания.

Примечание. Точка бесконечномерного пространства способна зафиксировать любой, сколь угодно сложный и многогранный образ.

В процессе обучения происходит образование в гильбертово-проективном пространстве сложных (многомерных) объектов, составленных из точек, которые соответствуют поступившей ранее и обрабатываемой в настоящее время информации.

Процесс воспоминания – это процесс «блуждания» (как целенаправленного, так и хаотического) внутри данных объектов. Достаточно, чтобы один из 10¹³ квантовых компьютеров мозга осуществил переход в гильбертово-проективном пространстве из точки, соответствующей текущему состоянию своего регистра, в точку, которая соответствует воспоминаемому образу, чтобы этот образ «всплыл» в памяти.

Примечание. Процесс воспоминания не требует, чтобы в каких-то участках нейронной сети мозга воспроизводились геометрические, химические и электрические параметры, которые существовали в момент запоминания образа. Учитывая высокую лабильность данных параметров, их воспроизведение в любом достаточно крупном участке нейронной сети мозга является чрезвычайно маловероятным.

В данной модели находят объяснение все характерные особенности сознания.

1) Чрезвычайно большой объем памяти: информационная емкость гильбертово-проективного пространства не имеет ограничений.

2) Высочайшая скорость и ассоциативность воспроизведения образов: в многомерном пространстве можно выйти в новое измерение, сократив путь между точками, а также пройти вблизи любой другой точки, которая соответствует ранее запомненному образу, что приводит к параллельному воспроизведению данных образов.

3) Решение «трудной проблемы сознания» заключается в следующем: сознание является следствием существования Субстанции, а также наличия в мозгу квантовых компьютеров позволяющих проникнуть в эту Субстанцию.

Примечание 1. Если бы не существовало Субстанции в виде бесконечномерного проективного пространства, то не существовало бы и сознания.

Примечание 2. Находит решение основной вопрос философии: «Что первично: материя или сознание?», – и материя, и сознание порождаются Субстанцией, из элементов которой произошли и частицы материи и формируется сознание.

III. Экспериментальная проверка и практическое применение

В настоящее время видятся следующие пути экспериментальной проверки предложенной концепции сознания.

1. Обнаружение в миелиновой сети мозга когерентных гиперзвуковых колебаний в диапазоне (10¹¹ - 10¹⁴) гц. Наиболее простой способ – это рассеяние лазерного излучения.

2. Исследование 2-слойного аквафена и обнаружение резонансных мод указанного диапазона в кольцевых структурах, изготовленных из 2-слойного аквафена.

3. Создание кольцевых гиперзвуковых кубитов, моделирующих кубиты, которые реализуются в человеческом мозге.

Если такие кубиты будут созданы, на их основе может быть создан новый класс квантовых компьютеров, которые будут работать на тех же физических принципах, на которых работает человеческое сознание.

Создание данного класса квантовых компьютеров совершит революцию в разработке сильного искусственного интеллекта.

Заключение

В работе показано, что в отдельных структурах мозга, а именно, в кольцевых слоях миелиновых оболочек, могут генерироваться когерентные гиперзвуковые колебания частотой (10¹¹ - 10¹⁴) гц. Если такая генерация действительно имеет место, то с большой вероятностью данные колебания используются в работе информационной системы мозга. Именно из таких колебаний формируются кубиты, наличие которых позволяет мозгу работать в режиме квантового компьютера.

Носителем памяти и сознания служит гильбертово-проективное пространство, точки которого фиксируются состояниями регистра мозгового квантового компьютера.

Работа сознания осуществляется «прочерчиванием» траекторий в гильбертово-проективном пространстве в результате работы квантового компьютера мозга.

Примечание. Гильбертово-проективное пространство является одним из главных атрибутов Субстанции, и может служить общим каналом связи для всех Вселенных, которые образовались в 3-мерных подпространствах Субстанции [5].

Выводы

1. Структурными единицами мозга, в которых формируются кубиты, являются цилиндрические слои миелиновых оболочек: эти слои выполняют функцию резонаторов для гиперзвуковых колебаний частотой (10¹¹ - 10¹⁴) гц.

2. Кубиты формируются из кольцевых резонансных мод частотой (10¹¹ - 10¹⁴) гц, генерируемых за счет лазерного механизма, в котором функцию накачки выполняют потоки ионов Na⁺ и К⁺, а также эффект «пара спинов».

3. Носителем сознания является гильбертово-проективное пространство: каждому образу сознания, задаваемому состоянием регистра квантового компьютера мозга, соответствует фиксированная точка данного пространства.

4. Искусственный Разум следует создавать на основе кольцевых кубитов, подобных тем, которые реализуются в мозге.

ЛИТЕРАТУРА

1. В.А. Шашлов, «Радиофизика», Изв. Вузов, 1994, вып.1, с. 103

https://radiophysics.unn.ru/sites/default/files/papers/1994_1_103.pdf

2. В.А. Шашлов, Квантовая концепция сознания // «Академия Тринитаризма», М., Эл № 77-6567, публ. 26422, 26.05.2020

3. В.А. Шашлов, Новый класс квантовых компьютеров (II). Трудная проблема сознания // «Академия Тринитаризма», М., Эл № 77-6567, публ. 26494, 21.06.2020

4. В.А. Шашлов, Что такое «пара спинов» и «пара вращений»? // «Академия Тринитаризма», М., Эл № 77-6567, публ. 26537, 07.07.2020

5. В.А. Шашлов, Что такое Вселенная? // «Академия Тринитаризма», М., Эл № 77-6567, публ. 26642, 01.09.2020

[Обсуждение на форуме «Публицистика»]