Quantenmechanik und
dessen Bedeutung für
Bewusstsein
Die drei Welten
Makrokosmos
z.B. Astrophysik
Mikrokosmos
Welt des
Menschen
von unseren Sinnen
wahrnehmbare Welt
z.B.
Quantenmechanik
Max Planck
Die Energiemenge, die während des
Strahlungsprozess, von einem erhitzten Körper
freigesetzt wird, wird in Portionen, Pakete
abgegeben, die er als Quanten bezeichnete.
Es gilt: Je höher die Frequenz der Strahlung,
umso energiereicher werden die Quanten.
Albert Einstein
• Erkannte das jedes Quant mit dem Betrag h*n
als Teilchen betrachtet werden kann.
• Experiment zum photoelektrischen Effekt
• Die Photonen (Energiepakete des Lichts) verhalten
sich wie Billardkugeln (glaubte man).
Quantentheorie des Atomaufbaus
Niels Bohr erkannte als erster, dass die Gesetze Newtons
und die Elektromechanik Maxwells in der Welt der Atome
keine Gültigkeit mehr besitzen.
Erweiterungen des Atommodels
• Ellipsenförmige Bahnen
• Drehung um die eigene Achse (Spin)
• De Broglies: je schneller sich ein Elektron
•
•
bewegt umso kleiner ist seine Wellenlänge
Welle- Teilchen- Dualismus (Versuchanordnung)
Schrödinger „allgemeine Wellmechanik“
Einführung der Wahrscheinlichkeit
• In einem Würfel mit 100mm Länge befinden sich
•
•
25* 1018 Moleküle
Wellen schwingen in einem Konfigurationsraum
Ausdehnung des Bereiches, in dem man ein
Elektron sucht.
Bsp.: Ameisenhaufen
• Durch die
•
Wahrscheinlichkeits
berechnung, wird
die mittlere
Bewegungsenergie
bestimmt.
Die Eigenschaften
einer einzelnen
Ameise sind nicht
feststellbar
Heisenberg
•
•
•
•
Statt klassischer Mechanik  quantentheoretische Mechanik
Beziehungen zwischen benachbarten Größen
Matrizenmechanik
Heisenberg‘ sche Unschärferelation: Der Ort und die
Geschwindigkeit eines Teilchens, können nicht gleichzeitig scharf
gemessen werden.
Max Born
• Statistische Deutung der quantenmechanischen
•
Prozesse
Elektronenhülle als Wahrscheinlichkeitsverteilung
des Elektrons
Gipfel
In Gipfelhöhe der Welle besteht
die größte Wahrscheinlichkeit,
ein Elektron anzutreffen, weil
die Dichte am größten ist. In
Richtung Knotenpunkt sinkt
die Wahrscheinlichkeit gegen O,
ein Elektron anzutreffen.
Knoten
Quantenbewusstsein
• Theorie von Hammeroff
•
•
und Penrose „Orch Or“
Modell des Bewusstseins
Quantenphysikalische
Prozesse modellieren
unser Gehirn.
Computerähnliche
Aktivitäten im Netzwerk
des Gehirns.
Neuronale Netzwerke
• Kandidaten für ein
computerähnliches,
nervenentsprechendes
BW, betrifft neuronale
Netzwerke die synchron
im Thalamus und im
Cerebralen Cortex
schwingen.
Mikrotubuli
• Nervenzellen sind nicht nur
einfache Schalter, sondern
hoch entwickelte Netzwerke
(Zytoskelett), die
mikroskopische Röhrchen
beinhalten (Mikrotubuli) und
andere fadenartige Strukturen,
welche die Zellaktivitäten
organisieren.
Mikrotubuli
Wichtig für:
• Gestalt, Funktion, Bewegung und
Teilung der Zelle
• Schaffen synaptische Verbindungen
halten, sie aufrecht und regulieren sie.
• Treten mit der Membran mechanisch,
elektrisch u. chemisch in
Wechselwirkung.
Mikrotubuli (MT) sind hohle Zylinder
mit 25nm im Durchmesser. MT-Wände
sind sechseckige Gitter des Proteins
Tubulin. Jedes Tubulin ist eine
Erdnuss-…sie besteht aus α und β
Molekülen.
Protein- Tubuli
• Ändert ständig seine
•
•
Form
2 mögliche Zustände
Superposition (existiert
gleichzeitzeitig in beiden
Zuständen qubit)
Zytoplasma
• MT und andere Zytoskellet- Komponenten sind darin
•
•
•
•
eingebettet.
Wechselt zwischen 2 Phasen: sol (flüssig) und gel
(gallertartig bis fest)
40 Kreisläufe/ s
Sol- Phase: Informationsaustausch mit der Umwelt
Gel- Phase: Isolierung von der Außenwelt es kommt zu
Quantenrechnungen.
Kreislauf der Quantenberechnung
• Kooperatives arbeiten zwischen
•
•
•
•
•
MT und MT- subunits
Zu Beginn: klassische Zustände
(Vorbewusste Verarbeitung)
Überlagernde Superposition nach
außen hin isoliert.
Kritischer SchwelleZusammenbruch in klassische
Zustände
Vorgang bezeichnet man als OR
„objective reduction“
Der Verkleinerungsprozess ist ein
bewusstes Moment. (mehrere
Momente- kann zu einem Strom
von Bewusstsein werden)
Orch OR- Prozess
Orchestrierung
• Abstimmung der
•
•
•
verschiedenen
Systeme
Spaltenverbindungen
durch MAP
Zum Zeitpunkt des
Schwingungsknotens
Verbindung zu
anderen Neuronen
und Gliazellen im
gesamten
Gehirnvolumen.
Die Welt der Zahlen
• Jedes Neuron beinhaltet ca. 107 Tubuli.
• Wenn man annimmt, dass 10% der Tubuli in einem
Neuron zusammenhängen, würden rund:
20.000 Neuronen für ein 25ms5.000 Neuronen für ein 100ms1.000 Neuronen für ein 500ms dauerndes bewusstes
Ereignis benötigt werden.
• Bei einer Verarbeitungszeit von 500ms wären grob 109
Tubuli am Zustand der Überlagerung beteiligt.
Bsp. für Quantenberechnung
• Besonders für
kognitive
Aktivitäten (wieder
erkennen eines
Gesichts, freier
Wille)
• Überlagerung von
qubits
Quantencomputer
• Die MT des menschlichen
Gehirns stellen vielleicht
die ideale Realisierung,
eines Quantencomputers
dar, der sich durch die
Evolution immer weiter
entwickelt und verbessert
hat!
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Quantenmechanik und dessen Bedeutung für Bewusstsein