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Conscience et mécanique quantique : un revers pour la théorie de Penrose

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La mécanique quantique est à la racine des phénomènes de l'Univers. Depuis des décennies, plusieurs grands physiciens et neurobiologistes soupçonnent qu'elle puisse être la clé du fonctionnement du cerveau humain. L'une de ces théories, celle de Penrose-Hamerhoff, vient de recevoir, si ce n'est une réfutation, du moins un sérieux revers.

Sir Roger Penrose. Crédit : Conexion Event Management

Niels Bohr, l'un des pères de la mécanique quantique, avait été l'un des premiers à proposer que le caractère probabiliste et non mécanique au sens classique de la théorie quantique pouvait être à la source des phénomènes biologiques et en particulier de la conscience humaine, avec son apparent libre arbitre. Le neurobiologiste et prix Nobel John Eccles a lui aussi spéculé sur le rôle de la mécanique quantique dans le fonctionnement du cerveau.

De nos jours, les scientifiques les plus sérieux et les plus célèbres soutenant une théorie quantique de la conscience sont le grand mathématicien et physicien Roger Penrose et l'anesthésiologiste Stuart Hameroff.

Sir Roger est connu du grand public pour ses travaux sur les trous noirs, l'origine de l'Univers et sa mythique singularité primordiale dans le cadre de la relativité générale. Certainement aussi talentueux et génial que Stephen Hawking sur ces sujets, il est aussi l'auteur de deux livres L'esprit, l'ordinateur et les lois de la physique et Les ombres de l'esprit dans lesquels il soutient que, quels que soient les progrès technologiques, aucun ordinateur fonctionnant selon des principes algorithmique ne pourra jamais conduire à de la conscience artificielle.

Celle-ci fonctionnerait selon des principes autres, intervenant dans une théorie quantique de la gravitation, et qui nous sont toujours inconnus.

Cependant, avec Hamerhoff, il a proposé une ébauche de théorie quantique de la conscience faisant intervenir, dans des structures au cœur des neurones, un phénomène rappelant celui de la condensation de Bose-Einstein de l'hélium superfluide et des atomes ultra-froids de béryllium.

Herbert Fröhlich. Crédit : International Institute of Biophysics

On sait que dans les réseaux cristallins, l'application des règles de la mécanique quantique aux ondes sonores pouvant s'y propager conduit à l'existence de quanta semblables à ceux des ondes électromagnétiques, les phonons.

En 1968, le physicien Herbert Fröhlich avait théorisé que tout comme les phonons étaient liés à des oscillations des atomes dans un réseau autour de leur position d'équilibre, les molécules des membranes biologiques, possédant ce qu'on appelle un moment dipolaire, se comportaient elles aussi comme des oscillateurs avec des quanta d'excitations. Or, tout comme pour les phonons, ces quanta sont des bosons. Selon les calculs de Herbert Fröhlich, le phénomène de condensation de Bose-Einstein pouvait aussi s'y produire.

Penrose et Hamerhoff ont alors émis l'hypothèse que, dans les neurones, à l'intérieur des structures appelées microtubules, des condensats de Fröhlich pouvaient se former. La magie quantique, et plus précisément le phénomène d’intrication et les processus de traitement de l'information que l'on attribue à des ordinateurs quantiques, pourraient donc intervenir de cette manière dans le fonctionnement du cerveau jusqu'à faire émerger la conscience d'un « je » doué d'un libre arbitre.

Il existe plusieurs types de condensation de Fröhlich et celui invoqué par Penrose et Hamerhoff, jamais encore observé expérimentalement, est celui dit de condensat cohérent. Toute la question était de savoir si, déjà théoriquement, de tels condensats pouvaient se produire dans les microtubulles.

Un groupe de chercheurs australiens travaillant dans les universités de Sydney et du Queensland vient de publier un article sur ce problème. Ils sont parvenus à déterminer la température de formation d'un condensat cohérent de Fröhlich : au moins 100 millions de kelvins ! Une telle température qui ne régne même pas au cœur du Soleil ne peut en aucun cas exister dans le cerveau.

Si la thèse de Penrose-Hamerhoff sur une origine quantique de la conscience, faisant même intervenir la gravitation quantique n'est pas réfutée, il semble clair, sous réserve que les calculs des chercheurs australiens soient exacts, que le modèle précis qu'ils ont proposé est désormais insoutenable...