알려진 입자와 상호작용이 의식을 설명할 수 있습니까?

[힘힘]

알려진 입자와 상호작용이 의식을 설명할 수 있습니까?

근본적인 수준에서는 소수의 입자와 힘만이 모든 현실을 지배합니다. 그들의 조합은 어떻게 인간의 의식을 창조합니까?

인간의 마음은 현대 과학의 가장 큰 미스터리 중 하나입니다. 왜냐하면 일반적인 뇌, 특히 의식이 어떻게 작동하는지 충분히 설명할 수 없기 때문입니다. 그러나 전기, 즉 전자의 흐름이 우리가 의식하고 있다는 인식의 주요 동인이라고 가정하는 것은 합리적인 "귀무가설"입니다. 양자 효과가 중요한 역할을 할 수 있지만 의식이 전기 흐름이 아닌 다른 것이라고 가정하는 것은 불필요한 복잡함입니다.

오사루게 이그비노바 / Unsplash / 빅씽크

주요 시사점

• 근본적인 수준에서 인간은 알려진 현실을 모두 생성하기 위해 네 가지 기본 상호 작용을 통해 서로 결합된 작은 양자 입자 세트로만 구성됩니다. 
• 여기에는 의식, 지능, 지각력 등 믿을 수 없을 정도로 복잡한 일부 현상이 포함됩니다. 
• 이러한 입자와 힘이 우리와 같은 의식적 존재가 존재할 수 있을 만큼 정확하게 결합된다는 것은 얼마나 이상한 일입니까? 이는 최첨단 질문이지만 그 어느 때보다 확실히 답할 수 있는 질문에 더 가깝습니다.

에단 시겔

http://Can%20the%20known%20particles%20and%20interactions%20explain%20의식?이라는 제목의 기사 링크를 복사하세요.

공유 알려진 입자와 상호작용이 의식을 설명할 수 있습니까? 페이스 북에서

공유 알려진 입자와 상호작용이 의식을 설명할 수 있습니까? 트위터에서 (X)

공유 알려진 입자와 상호작용이 의식을 설명할 수 있습니까? 링크드인에서

이론적으로 물리적 우주에 존재하는 모든 것은 물질을 가능한 가장 작은 규모로 쪼개서 발견하는 것과 동일한 기본 실체 및 상호 작용에만 의존합니다. 살아있는 생물은 세포로 나눌 수 있습니다. 세포 자체는 세포 소기관으로 구성됩니다. 세포 소기관은 분자로 분해될 수 있습니다. 분자는 원자로 구성됩니다. 원자는 전자와 원자핵으로 구성됩니다. 전자는 더 이상 분해될 수 없지만 핵 자체는 쿼크와 ​​글루온으로 구성됩니다. 따라서 우리는 물질의 기본 구성 요소인 쿼크, 글루온, 전자를 다양한 방식으로 조합하여 일상 생활에서 접하는 모든 것을 설명할 수 있어야 합니다.

하지만 이러한 단순한 구성 요소와 네 가지 기본 상호 작용만으로 그것이 정말 가능할까요? 의식이 있는 인간을 포함하여 모든 것을 설명할 수 있습니까 ? 확실히 엄청난 도전입니다. 이번 주의 Ask Ethan 문의는 Ottho Heldring이 맡았는데, 그는 이것이 단순히 무작위 우연이 던져진 자연 조건의 결과일 수는 없다고 생각합니다.

“원래 쿼크 글루온 수프의 입자와 힘이 어떻게 정확하게 형성되는지 항상 궁금했습니다   . 

1. 핵과 전자가 결합하면 
2. 원자(각각 고유한 특성을 가짐),
3. 셀 수 없이 많은 분자(각각 고유한 특성을 가짐),
4. 생명을 형성할 수 있는 능력,
5. 의식을 얻을 수 있는 것,
6. 궁극적으로 천체 물리학자로 이어질까요? 

이 정확한 "맞춤"은 결코 순수한 우연이 될 수 없습니다."

그게 진짜 주장인가요? 알아보기 위해 오늘 우리가 아는 한도 내에서 증거를 살펴보겠습니다.

표준 모델의 입자와 반입자는 이제 모두 직접적으로 감지되었으며 마지막 지지자인 힉스 보손은 지난 10년 초 LHC에 떨어졌습니다. 오늘날에는 글루온과 광자만이 질량이 없습니다. 다른 모든 것의 정지 질량은 0이 아닙니다.

출처 : E. Siegel/Beyond the Galaxy

현재 암흑 물질과 암흑 에너지의 자리 표시자로 표시되는 미지 물질을 제외하고 우주의 알려진 구성 요소를 나타내는 표준 모델의 모든 입자는 페르미온과 보존이라는 두 가지 범주로 분류됩니다. 페르미온은 우리가 물질의 구성 성분으로 생각하는 것, 즉 쿼크와 렙톤입니다. 쿼크는 서로 결합하여 양성자, 중성자 및 기타 모든 무거운 복합 입자를 만드는 반면, 렙톤은 양성자와 중성자에 결합하여 궤도를 도는 전하를 띤 입자(예: 전자)와 저질량, 전하를 띠지 않는 입자로 구성됩니다. 그 어떤 것과도 거의 상호작용하지 않는 중성미자입니다.

그러나 보존은 중요합니다. 이러한 입자는 입자 사이에서 발생하는 모든 (비중력) 힘과 상호 작용을 중재합니다. 12개의 서로 다른 보존이 있지만 세 가지 상호 작용만 설명하도록 그룹화됩니다.

1. 8개의 글루온은 강한 핵력을 매개하며 쿼크, 반쿼크 및 기타 글루온과 같은 색 전하를 가진 입자에만 작용합니다.
2. 3개의 약한 보존인 W+, W-, Z 0 는 모두 질량이 크며 약한 핵력을 매개합니다. 당신이 방사성 붕괴를 할 수 있거나 방사성 붕괴의 산물(모든 페르미온 포함)이 될 수 있다면, 이 보존은 당신과 상호 작용할 수 있습니다.
3. 그리고 그 광자 1개는 그 자체로 외롭지만 전자기력 전체를 매개하는 역할을 담당합니다. 중성미자와 반중성미자를 제외한 모든 페르미온을 포함하여 모든 하전 입자는 전자기 상호 작용을 경험합니다.

이 입자 및 상호 작용 차트는 양자장 이론이 설명하는 세 가지 기본 힘에 따라 표준 모델의 입자가 어떻게 상호 작용하는지 자세히 설명합니다. 중력이 혼합물에 추가되면 우리는 그것을 지배하는 법칙, 매개변수 및 상수와 함께 우리가 보는 관찰 가능한 우주를 얻습니다. 그러나 자연이 따르는 많은 매개변수는 이론으로 예측할 수 없으며, 알려지기 위해서는 측정되어야 하며, 이는 우리가 아는 한도 내에서 우주가 요구하는 "상수"입니다.

출처 : 현대 물리학 교육 프로젝트/DOE/SNF/LBNL

이러한 힘은 행동이 진행되는 한 서로 다른 속성을 갖습니다. 예를 들어 전자기력은 장거리 힘입니다. 두 개의 전하 입자가 있는 경우 각 입자의 전하량에 비례하고 둘 사이의 거리 제곱에 반비례하여 서로 끌어당기거나 밀어냅니다. 멀어질수록 전자기력은 약해지지만, 임의의 먼 거리에서도 전자기력은 결코 0으로 떨어지지 않습니다. 그러나 양전하와 음전하는 전체적으로 상쇄됩니다. 두 개를 합치면 전기적으로 중성인 물체가 되고, 먼 거리에서는 중성인 물체의 전기력이 0이 됩니다.

Black holes are common. So where are thewhite holes?

반면에 강한 핵력은 매우 다른 방식으로 작용합니다. 아주 작은 거리에서는 색으로 충전된 물체 사이의 강한 힘이 0으로 점근하지만, 그 사이의 거리가 멀어질수록 힘은 증가합니다. 순 색 전하가 있는 한 이는 사실이지만 색 중립인 경우 중성 전자기 물체의 경우와 마찬가지로 힘도 0이 됩니다. 유일한 문제는 "무색" 물체를 얻는 방법이 세 가지 색상(빨간색, 녹색, 파란색), 세 가지 반대색(청록색, 자홍색, 노란색) 또는 색상-반색(빨간색-청록색, 녹색-청록색)을 사용한다는 것입니다. 마젠타색 또는 노란색-파란색) 조합입니다.

강한 핵력과 상호작용하는 쿼크와 ​​반쿼크는 빨간색, 녹색, 파란색(쿼크의 경우)과 청록색, 자홍색, 노란색(반쿼크의 경우)에 해당하는 색전하를 가지고 있습니다. 빨간색 + 녹색 + 파란색, 청록색 + 노란색 + 자홍색 또는 적절한 색상/반색 조합의 모든 무색 조합은 강력의 규칙에 따라 허용됩니다. 잘 연구된 시스템에 새로운 현상이 나타난다면 이는 알려진 4가지 시스템을 넘어서는 새로운 근본적인 힘을 나타낼 수 있습니다.

출처 : Athabasca University/Wikimedia Commons

단순화를 위해 기본 또는 복합 입자가 본질적으로 불안정한 경우, 즉 정지 질량이 더 적은 입자 또는 입자 집합으로 붕괴하는 것이 에너지적으로 유리한 경우를 제외하고는 약한 핵력을 무시할 수 있습니다. 그것은 거기에 도착할 것이다.

우주에서 우리가 어떤 종류의 구조를 형성할 수 있는지 이해하려면 초기 단계로 돌아가서 무엇이 발생하는지, 왜 발생하는지 확인해야 합니다. 그 시점부터 우리는 무엇이 남아 있는지 살펴보고 어떤 종류의 더 복잡한 구조가 나타날 수 있는지 이해하기 시작할 수 있습니다.

뜨거운 빅뱅의 초기 단계에는 가용 에너지가 충분하고 밀도가 충분히 높아서 충돌이 자주 발생하여 모든 기본 입자(및 반입자)가 대량으로 생성될 수 있었습니다. 그러나 우주가 팽창하고 냉각됨에 따라 새로운 입자를 생성하는 데 사용할 수 있는 에너지( E = mc²를 통해)가 줄어들지만 입자-반입자 쌍이 소멸되는 것은 매우 쉽습니다. 또한 불안정한 입자는 약한 상호 작용을 통해 더욱 안정적인 입자로 붕괴됩니다.

상대적으로 짧은 시간이 지난 후 우주는 대부분 광자, 전자, 양전자, 중성미자, 반중성미자로 이루어져 있으며, 약간의 업 앤 다운 쿼크가 반업 쿼크와 반다운 쿼크보다 약간 많았습니다.

아주 초기 우주에는 모든 종의 엄청난 수의 쿼크, 렙톤, 반쿼크, 앤틸렙톤이 있었습니다. 뜨거운 빅뱅 이후 단 몇 분의 1초가 경과한 후에 이러한 물질-반물질 쌍의 대부분은 소멸되어 반물질보다 아주 작은 과잉 물질만 남습니다. 그 과잉이 어떻게 발생했는지는 중핵발생(baryogenic)이라고 알려진 수수께끼이며, 현대 물리학에서 해결되지 않은 가장 큰 문제 중 하나입니다.

출처 : E. Siegel/Beyond the Galaxy

이것이 첫 번째 단계입니다. 위아래 쿼크가 서로 결합하여 양성자와 중성자를 형성합니다. 그 이유는 간단합니다. 업 및 다운 쿼크는 각각 +⅔ 및 -⅓의 전하를 가지므로 아주 작은 거리에서는 전자기력이 전하를 밀어냅니다. 그러나 너무 멀리 밀어낼 수는 없습니다. 그렇지 않으면 강한 핵력이 커져서 늘어난 스프링이 다시 결합할 때까지 강도가 증가하는 것처럼 이러한 입자가 다시 결합하게 됩니다.

그렇다면 왜 업다운 쿼크에서만 양성자와 중성자를 얻는 걸까요?

색 중립적인 물체를 만들려면 3개의 페르미온(그리고 쿼크는 페르미온임)이 필요합니다. 따라서 위쪽 쿼크 2개와 아래쪽 쿼크 1개(양성자)를 가질 수도 있고, 위쪽 쿼크 1개와 아래쪽 쿼크 2개(중성자)를 가질 수도 있습니다. 두 개의 동일한 페르미온이 동일한 양자 상태를 갖는 것을 방지하는 또 다른 규칙인 Pauli 배제 원리가 있기 때문에 세 개의 업 쿼크 또는 세 개의 다운 쿼크를 가질 수 없습니다 . 쿼크에는 스핀이 있으므로 하나가 "스핀 업"이고 다른 하나가 "스핀 다운"인 경우 양성자 또는 중성자에 두 개의 동일한 페르미온을 가질 수 있지만 거기에 동일한 유형의 세 번째 쿼크를 얻을 수 있는 방법은 없습니다. 강한 힘과 전자기력이 결합되어 양성자와 중성자가 존재하는 이유를 설명합니다.

개별 양성자와 중성자는 무색의 실체입니다. 오늘날 우주에서 허용되는 유일한 유형의 쿼크 상태입니다. 강한 힘은 질량이 없는(글루온) 입자에 의해 매개되지만, 개별 결합 상태 사이에 존재하는 유일한 힘은 중간자에 의한 것인데, 중간자 자체는 모두 매우 거대하여 강한 힘의 범위를 심각하게 제한합니다.

출처 : Manishearth/Wikimedia Commons

양성자와 중성자로부터 우주는 더 크고 더 무거운 원자핵을 만들 수 있습니다. 여기서도 강한 전자기력이 작용합니다. 전자기력 하에서 양성자는 서로 밀어내는 반면, 중성자는 양성자나 다른 중성자를 끌어당기거나 밀어내지 않습니다. 그러나 강한 핵력은 색 전하를 지닌 모든 물체 사이에 작용하며, 양성자 및/또는 중성자가 서로 충분히 가까워지면 한 물체 내의 쿼크가 다른 물체 내의 쿼크를 "볼" 수 있습니다. 글루온을 교환하여 강력한 핵력을 경험하게 됩니다.

전반적으로 양성자와 중성자는 각각 색 중립적이므로 멀리 떨어져 있으면 강한 핵력이 0으로 떨어지므로 무시할 수 있습니다. 그러나 매우 가까운 거리에서 가장 가까운 쿼크 사이의 "탄력성"은

• 양성자-양성자,
• 중성자-중성자,
• 또는 양성자-중성자 쌍

상당해집니다. 적절한 조건, 즉 충분히 높은 온도와 밀도가 발생하고 생성된 양성자와 중성자의 조합이 방사성 붕괴에 대해 안정적이라면 다양한 무겁고 안정적인 원자핵을 만들 수 있습니다.

주기율표에서 자연적으로 발생하는 각 원소의 기본 기원을 보여주는 최신 이미지입니다. 중성자별 합병, 백색 왜성 충돌, 핵 붕괴 초신성은 이 표에 표시된 것보다 훨씬 더 높이 올라갈 수 있습니다. 빅뱅은 우리에게 우주의 거의 모든 수소와 헬륨을 제공하며, 다른 모든 것을 결합한 것은 거의 없습니다. 어떤 형태로든 대부분의 요소는 별에서 만들어집니다.

크레딧 : Cmglee/Wikimedia Commons

모든 안정한 원자핵은 양전하를 띠는 반면, 전자(양전자가 모두 소멸되고 대부분의 전자와 함께 소멸되어 중성 우주를 떠난 후 초기 우주에서 남겨진 전자)는 음전하를 띕니다. 전자는 강한 핵력을 경험하지 않지만 전자기력을 경험합니다. 그들은 반대 전하가 끌린다는 사실로 인해 원자핵에 끌릴 것이며, 각 원자핵 주위의 다양한 궤도에 전자가 들어가는 결합 상태를 형성할 수 있습니다.

전자는 원자핵보다 훨씬 가볍기 때문에 양성자 하나의 질량과 동일하려면 1836개의 전자가 필요하기 때문에 핵은 각 원자의 중심에 상대적으로 움직이지 않는 반면 전자는 원자 주위의 구름 같은 구성에서 고속으로 궤도를 돌고 있습니다. . 양자 역학의 규칙(그리고 다시 Pauli 배제 원리가 중요한 역할을 함)은 전자 껍질이 어떤 종류의 구성과 모양을 취하는지 결정하고, 이는 차례로 다양한 유형의 원자가 서로 결합되는 방식을 결정합니다. 강한 전자기적 상호작용으로부터 우리는 다양한 원자를 얻습니다.

모든 원자에 대해 구성이 매우 유사하지만 수소 원자 내의 다양한 상태에 해당하는 에너지 준위와 전자 파동함수입니다. 원자가 서로 결합하여 분자 및 기타 더 복잡한 구조를 형성하는 방식은 기본 입자 및 상호 작용에서 시작할 때 어려운 작업이지만 기본을 이해하는 것은 더 복잡한 시스템을 설명하는 방법입니다.

출처 : PoorLeno/Wikimedia Commons

이제 훨씬 낮은 온도에서 이러한 원자는 사실상 무한한 조합으로 연결될 수 있습니다. 원자 자체는 전기적으로 중성이지만 양전하와 음전하로 구성되어 있습니다.

• 어떤 상황에서는 하나 이상의 전자가 가장 바깥쪽 전자를 느슨하게 보유하고 있는 원자에서 추가 전자를 얻고자 하는 원자로 이동하여 이온과 이온 화합물을 생성할 수 있습니다.
• 다른 상황에서는 중성 원자가 서로 연결되어 무제한의 다양한 조합과 결합을 형성하여 분자가 될 수 있습니다.
• 그리고 일단 이온, 화합물, 분자가 형성되면 상호 작용할 수 있습니다.

양성자와 중성자는 서로 결합하여 원자핵을 형성할 수 있다는 점을 기억하십시오. 각 원자핵은 그 자체로는 "색 중립"이지만, 각 내부의 쿼크는 인접한 핵 내부의 쿼크에 힘을 가할 수 있기 때문입니다. 마찬가지로, 음전하를 띤 전자와 분자 내부의 양전하를 띤 원자핵은 서로에게 힘을 가하여 더 큰 분자를 형성하고, 힘을 생성하고 분자 사이의 구조를 변형할 수 있으며 심지어 자물쇠와 열쇠(즉, 리간드)와 같은 다양한 분자 메커니즘을 활성화할 수도 있습니다. -게이트) 및 전하에 민감한(즉, 전압 게이트) 채널.

복잡한 구성으로 연결된 물질 입자의 예인 분자는 주로 구성 원자와 전자 사이에 존재하는 전자기력으로 인해 모양과 구조를 얻습니다. 생성할 수 있는 구조의 다양성은 거의 무한합니다.

크레딧 : denisismagilov

이와 마찬가지로 몇 개의 기본 입자와 두 가지 기본 힘의 일반적인 특성만으로 물질의 기본 구성 요소에서 무한한 복잡성을 지닌 분자로 이동할 수 있습니다.

그러면 우리는 어떻게 분자에서 생명으로, 초기 생명에서 인간으로, 무의식에서 의식으로 갈 수 있습니까?

무생물에서 생명의 출현은 확실히 일어났지만, 우리는 그것이 우리 행성에서 정확히 어떻게 발생했는지 여전히 수수께끼로 남아 있습니다. 그러나 자연적으로 발생한 조건과 복잡한 분자의 존재를 고려할 때 전자기력과 중력이 필요한 전부인 것 같습니다. 마찬가지로, 생명체는 수십억 년에 걸쳐 생존하고 번성하며 진화해 왔으며 오늘날 우리를 포함하여 존재하는 다양한 유기체가 탄생했습니다. 우리가 알 수 있는 한, "살아있는 존재"를 살아 있게 만드는 것은 단순히 전기의 존재, 즉 전자의 흐름입니다. 의식이 무엇인지, 양자 영역과의 연결이 무엇인지에 관해 터무니없는 생각을 가진 사람들이 많지만, 단순한 전기(즉, 동물의 뇌 및/또는 신경계 전체에 흐르는 전자의 흐름)는 아마도 가능합니다. 원자와 분자의 올바른 외부 구성을 고려하면 우리가 의식이라고 식별하는 현상을 생성하는 데 충분합니다.

공초점 현미경을 통해 본 초파리의 뇌. 어떤 동물의 뇌의 작용도 완전히 이해되지는 않았지만, 뇌와 몸 전체의 전기적 활동이 우리가 알고 있는 '의식'을 담당하며, 더 나아가 인간이 동물 중에서 그렇게 독특하지 않다는 것은 매우 그럴듯합니다. 또는 그것을 소유하고 있는 다른 생물들까지도요.

출처 : Garaulet et al., 발달 세포, 2020

그렇습니다. 중력, 전자기력, 강약력이라는 우주의 네 가지 기본 힘만으로 원자핵, 원자, 분자, 생명, 복잡하고 차별화된 생명을 형성할 수 있다는 것은 놀라운 사실입니다. , 의식이 나타나고 의식이 있는 존재 중 일부는 우주 자체를 연구할 수 있습니다. 우리는 우주가 어떻게 작동하는지, 그리고 우리가 그 안에서 어떻게 발생했는지 배울 수 있으며, 우리 중 일부는 이 우주에서 천체 물리학자가 되기로 선택했습니다. 우주의 짧은 기간 동안 우주 전체를 연구할 수 있는 우주의 일부입니다. 그리고 항상.

그러나 이것이 반드시 기적적인 것은 아닙니다. 자연에는 몇 가지 간단한 규칙과 속성이 있는 한:

• 그 중 일부는 짧은 거리에서는 무시할 수 있지만 거리가 증가함에 따라 힘이 증가합니다.
• 다른 것들은 짧은 거리에서는 강하지만 먼 거리에서는 약해집니다.
• 여러 유형의 전하가 있는 경우, 그 중 일부는 항상 매력적이며 일부는 상대적인 전하 유형에 따라 반발하거나 유인합니다.

복잡한 구조와 무한해 보이는 가능성이 등장하지 않을 수 없습니다. 올바른 구성을 통해 전자는 다양한 경로를 통해 이동할 수 있으며, 생명 과정을 주도하는 전류를 생성하고 아마도 의식이라고 부르는 현상을 생성하는 데 전적으로 책임이 있습니다.

물리학의 법칙이 너무 달라서 우리가 존재할 수 없었다면 우리는 결코 이런 것들을 발견하지 못했을 것입니다. 아쉽게도 우리가 연구할 수 있는 규칙과 한계가 있는 우주는 단 하나뿐입니다. 우리가 다른 것을 찾거나 우리 우주가 규칙과 법칙을 갖는 이유와 방법을 정확히 발견할 때까지 "우리 우주가 적용되는 규칙에는 원인이나 설계자가 있습니까?"와 같은 질문이 있습니다. 확실히 과학의 영역, 즉 알 수 있는 것 이상으로 남을 것입니다.

Ethan은 5월 6일까지 병가를 냅니다. Starts With A Bang 아카이브에서 이 기사 의 재발행을 즐겨보세요 !