# האם תודעה נובעת ממכניקת הקוונטים? פוטונים על פרקטל וההשערה של פנרוז והמרוף

> בשנת 1990 פנרוז והמרוף שיערו שהמקור לתודעה הוא במבנה הפרקטלי של המיקרוטובולים. תנועת החלקיקים על הפרקטל מוסברת ככל הנראה בעזרת החוקים של מכניקת הקוונטים אך זו מעולם לא הוכחה. כעת עדויות למערכות דומות במעבדה מחזקות את ההשערה שהפרקטל מאלץ את החלקיקים הנעים עליו להשמע לחוקים של מכניקת הקוונטים, אך האם זו הסיבה לתודעה?

- Canonical: https://www.hayadan.org.il/%d7%94%d7%90%d7%9d-%d7%aa%d7%95%d7%93%d7%a2%d7%94-%d7%a0%d7%95%d7%91%d7%a2%d7%aa-%d7%9e%d7%9e%d7%9b%d7%a0%d7%99%d7%a7%d7%aa-%d7%94%d7%a7%d7%95%d7%95%d7%a0%d7%98%d7%99%d7%9d
- Author: ד״ר נועם חי
- Published: 2021-09-15T17:05:00+03:00
- Modified: 2026-10-29T00:21:05+02:00
- Sections: המוח, כללי, מדעים מדויקים, פיזיקה קוונטית
- Topics: מוח, קוונטים, רוג'ר פנרוז, תודעה קוונטית

## Article

בשנת 1990 פנרוז והמרוף שיערו שהמקור לתודעה הוא במבנה הפרקטלי של המיקרוטובולים. תנועת החלקיקים על הפרקטל מוסברת ככל הנראה בעזרת החוקים של מכניקת הקוונטים אך זו מעולם לא הוכחה. ב-2021 עדויות למערכות דומות במעבדה חיזקו את ההשערה שהפרקטל מאלץ את החלקיקים הנעים עליו להישמע לחוקים של מכניקת הקוונטים, אך האם זו הסיבה לתודעה? המוח הקוונטי, קרדיט : Max Pixel תודעה היא אחת מהתופעות המסתוריות ביותר בטבע. לאורך ההיסטוריה מדענים, פילוסופים, אנשי דת ורוח הציעו שלל תאוריות לתודעה, מופרכות יותר או פחות. רעיונות המשיכו לזרום גם בעידן המודרני - בשנת 1990, כשלושים שנה לפני זכייתו בפרס נובל, הפיזיקאי והמתמטיקאי רוג'ר פנרוז (Roger Penrose) שיתף פעולה עם הרופא המרדים סטוארט המרוף (Stuart Hameroff) כדי להציע רעיון משלו. החוקרים טענו שהנוירונים במוח יוצרים רשת מסועפת הנשמעת לחוקים של מכניקת הקוונטים – התורה שמסבירה כיצד חלקיקים אלמנטריים מתנהגים בטבע. לדבריהם, מכניקת הקוונטים היא המפתח לתודעה. הרעיון של פנרוז והמרוף עורר ספקנות רבה בקרב הקהילה המדעית ולא בכדי. מכניקת הקוונטים נחזית במצבי קיצון, לרוב בטמפרטורות נמוכות מאוד, או באנרגיות גבוהות מאוד. מאחר שגוף האדם שומר על טמפרטורה קבועה של 36 מעלות, ההנחה המיידית היא שהחוקים הקלאסיים של ניוטון מספיקים לתיאור הפעילות הביולוגית בגוף. לכן, הרעיון של "מוח קוונטי" נדחק לשוליים, אפילו היה מושא ללעג בקרב פיזיקאים לאורך שנים. בעשור שקדם ל-2021 מדענים החלו לשנות את דעתם בנושא בעקבות עדויות חדשות ומפתיעות לתופעות קוונטיות במערכות ביולוגיות. ההסבר העיקרי המקובל לתופעת הפוטוסינתזה, חישה מגנטית ומנגנון הריח למשל, מבוסס על מכניקת הקוונטים. [במאמר שפורסם ביולי 2021](https://www.nature.com/articles/s41566-021-00845-4) ב-Nature Photonics, מכניקת הקוונטים עשויה להעמיק את השפעתה אף יותר. חוקרים מסין ומהולנד טוענים שמצאו עדויות ראשוניות לתופעות קוונטיות גם במערכות הדומות במורכבותן למוח. ליתר דיוק, החוקרים בחנו את תנועת החלקיקים ברשתות מורכבות. העדויות החדשות עדיין לא נבדקו על מוח אנושי אבל הן עוד צעד לקראת הצדקה או הפרכה של הרעיון השנוי במחלוקת של פנרוז. רוג'ר פנרוז, ויקיפדיה סטוארט המרוף, ויקיפדיה ## מוח ופרקטלים המוח שלנו מורכב מנוירונים. האמונה הרווחת נכון ל-2021 היא שהפעילות הנוירונית מחוללת תודעה, השאלה הגדולה היא כיצד? התאוריה של פנרוז והמרוף לתודעה קוונטית מתבססת על מיקרוטובולים (microtubules) – חלק מתא הנוירון שאחראי על הסעת חומרים חיוניים לכל חלקיו. התאוריה מניחה שהמיקרוטובולים הם פרקטלים ולפיכך תהליכים קוונטיים יכולים להתממש בהם. בגדול, פרקטל היא צורה גאומטרית המורכבת מעותקים מוקטנים של עצמה. ניתן למצוא בטבע דוגמאות רבות לפרקטלים, בעלים, בצדפות, בנהרות ואפילו בריאות אנושיות או בכלי הדם. פרקטל הוא גם אובייקט מתמטי בעל תכונות אקזוטיות רבות. אחת מההגדרות המוזרות לפרקטל הוא ממד שברי (fractal dimension). זוהי הגדרה המרחיבה את המשמעות של ממד מחיי היומיום. הממד הפרקטלי של המיקרוטובולים למשל הוא לא בדיוק שתיים וגם לא שלוש, הוא משהו ביניהם. פרקטל אינו בהכרח קשור לפיזיקה קוונטית, הדוגמאות האחרונות הן תבניות שנוצרו כתוצאה מחוקים קלאסיים לחלוטין. עם זאת, קל לראות מדוע פרקטל הוא מקור להשראה עבור חוקרי התודעה – הפרקטל הוא מורכב ומסועף, הוא עדין וייחודי, ובטבע הוא לא תמיד מושלם. ברמת העיקרון אין מגבלה לגודל הפרקטל והוא יכול להיראות גם במרחקים מיקרוסקופיים הנשלטים על ידי מכניקת הקוונטים. זאת הסיבה שפנרוז והמרוף הניחו שהמקור הקוונטי נובע מהמיקרוטובולים ושתודעה היא נגזרת מההתנהגות החלקיקית במסלולים פרקטליים. שטיח שרפינסקי משולש שרפינסקי ## תודעה קוונטית אנחנו עדיין רחוקים מלמדוד במוח פרקטלים קוונטיים, אם בכלל קיימים. ולמרות זאת, ההתקדמות הטכנולוגית בשנים האחרונות אפשרה לחוקרים לחזות בתופעות קוונטיות על פרקטלים בתנאי מעבדה. [במאמר שפורסם ב-2018](https://www.nature.com/articles/s41567-018-0328-0) ב-Nature Physics, חוקרים בהולנד השתמשו בסורק מנהור מיקרוסקופי (scanning tunneling microscope) כדי לשנע אלקטרונים למבנה פרקטלי. המבנה שבחרו היה משולש שרפינסקי (Sierpiński triangle), פרקטל די מפורסם הבנוי ממשולשים. החוקרים הראו שרמות האנרגיה השייכות לפונקציית הגל נובעות מהממד הפרקטלי של משולש שרפינסקי, כלומר לפרקטל תפקיד חשוב בניבוי הפיזיקה שנמדדה במעבדה. אלו בהחלט ממצאים מרגשים אבל הם לא מספיקים כדי להוכיח שהמבנה הרשתי במוח נשלט על ידי מכניקת הקוונטים. לשם כך, צריך לבחון גם את הדינמיקה של החלקיקים במרחב. ## פוטונים על פרקטל [במאמר מ-2021](https://www.nature.com/articles/s41566-021-00845-4), החוקרים מהולנד וסין השתמשו באופטיקה קוונטית מתקדמת כדי להחדיר פוטונים לצ'יפ שהונדס בעדינות רבה כפרקטל. המטרה הייתה לבחון כיצד פוטונים נעים על גבי משולש שרפינסקי ולאחר מכן על מבנה ריבועי דומה. הממצאים הראו שהפוטון הנע על פרקטל קוונטי מתפזר על הדגם בהתאם לחוקי מכניקת הקוונטים. תוצאות המחקר מעודדות ומחזקות את ההשערה של פנרוז שבבסיסה תנועת החלקיקים על המיקרוטובולים נשלטת בעיקר על ידי תורת הקוונטים, אך כמובן שטענה זו חייבת להיבדק על רקמה אנושית. סביר להניח שעוד נשמע רבות על תודעה קוונטית, משני צידי המתרס, אך גם אם המקור לתודעה אינו במיקרוטובולים, מחקר שכזה מרחיב את תפקידה של הפיזיקה הבסיסית על מערכות ביולוגיות והשפעתה על מרקם החיים. ## מה קרה מאז מאז פרסום הכתבה נבדקה תיאוריית פנרוז והמרוף, המכונה Orch OR, גם בדרכים אחרות. ב-2022 פרסם צוות חוקרים בינלאומי בכתב העת Physics of Life Reviews ניתוח המבוסס על ניסוי תת-קרקעי במעבדת גראן סאסו באיטליה, שחיפש קרינה שאמורה להיפלט לפי מודל הקריסה הגרביטציוני של דיוסי ופנרוז. הם הגיעו למסקנה ש[תיאוריית Orch OR, כשהיא מבוססת על הגרסה הפשוטה ביותר של קריסה גרביטציונית, אינה סבירה בכל המקרים שנבחנו](https://doi.org/10.1016/j.plrev.2022.05.004). לעומת זאת, ב-2024 דיווחו חוקרים בראשות מייקל ויסט (Michael Wiest) מהקולג' וולסלי בכתב העת eNeuro ש[חולדות שקיבלו את התרופה אפותילון B, המייצבת מיקרוטובולים, איבדו הכרה תחת גז ההרדמה איזופלורן באיחור של כדקה בממוצע](https://doi.org/10.1523/ENEURO.0291-24.2024); החוקרים רואים בכך תמיכה בתפקיד המיקרוטובולים בהרדמה, ובחיזוי של מודלים הרואים בתודעה תכונה של מצב קוונטי של המיקרוטובולים. מחקר זה בוחן את ההשפעה התרופתית ואינו מודד תופעות קוונטיות ישירות. הכתבה עודכנה באוקטובר 2026 כדי לשקף מחקר מ-2022 שהטיל ספק בגרסה הפשוטה של התיאוריה, ומחקר מ-2024 שהוצג כתמיכה בתפקיד המיקרוטובולים. ## שאלות ותשובות ### מה הציעו פנרוז והמרוף בשנת 1990 לגבי תודעה? הם שיערו שהמקור לתודעה הוא במבנה הפרקטלי של המיקרוטובולים, חלק מתא הנוירון, ושהחלקיקים הנעים עליו נשמעים לחוקים של מכניקת הקוונטים. ### מדוע הרעיון של "מוח קוונטי" עורר ספקנות? מכניקת הקוונטים נחזית לרוב בטמפרטורות נמוכות מאוד או באנרגיות גבוהות מאוד, ולכן סברו שהחוקים הקלאסיים של ניוטון מספיקים לתיאור הפעילות הביולוגית בגוף האדם, ששומר על טמפרטורה קבועה. ### מהו פרקטל? פרקטל הוא צורה גאומטרית המורכבת מעותקים מוקטנים של עצמה, כמו משולש שרפינסקי. יש לו ממד שברי, שאינו מספר שלם, ודוגמאות לו נמצאות בעלים, בנהרות, בריאות ובכלי הדם. ### מה גילו החוקרים במאמר מ-2021? חוקרים מהולנד וסין החדירו פוטונים לצ'יפ שהונדס כפרקטל, וראו שהפוטון הנע על משולש שרפינסקי מתפזר בהתאם לחוקי מכניקת הקוונטים. התוצאה מחזקת את ההשערה של פנרוז, אך עדיין לא נבדקה על רקמה אנושית. ## עוד בנושא באתר הידען - [הקשר שנשלל בין הקוונטים לתודעה](https://www.hayadan.org.il/%D7%94%D7%A7%D7%A9%D7%A8-%D7%A9%D7%A0%D7%A9%D7%9C%D7%9C-%D7%91%D7%99%D7%9F-%D7%94%D7%A7%D7%95%D7%95%D7%A0%D7%98%D7%99%D7%9D-%D7%9C%D7%AA%D7%95%D7%93%D7%A2%D7%94) - [האם כבידה פותרת את בעיית המדידה?](https://www.hayadan.org.il/does-gravity-solve-the-measurement-problem-1502201) - [פילוסופיה של הקוונטים ד': החתול של שרדינגר, דה-קוהרנטיות והעולמות המרובים](https://www.hayadan.org.il/quantum-world-4-261212) - [פרקטלים וההשלכה המעשית של המתמטיקה](https://www.hayadan.org.il/mandlbrot-died-081210) - [האם מנהור קוונטי גורם למוטציות גנטיות?](https://www.hayadan.org.il/%D7%94%D7%90%D7%9D-%D7%9E%D7%A0%D7%94%D7%95%D7%A8-%D7%A7%D7%95%D7%95%D7%A0%D7%98%D7%99-%D7%92%D7%95%D7%A8%D7%9D-%D7%9C%D7%9E%D7%95%D7%98%D7%A6%D7%99%D7%95%D7%AA-%D7%92%D7%A0%D7%98%D7%99%D7%95%D7%AA)

## שאלות ותשובות

### מה הציעו פנרוז והמרוף בשנת 1990 לגבי תודעה?

הם שיערו שהמקור לתודעה הוא במבנה הפרקטלי של המיקרוטובולים, חלק מתא הנוירון, ושהחלקיקים הנעים עליו נשמעים לחוקים של מכניקת הקוונטים.

### מדוע הרעיון של "מוח קוונטי" עורר ספקנות?

מכניקת הקוונטים נחזית לרוב בטמפרטורות נמוכות מאוד או באנרגיות גבוהות מאוד, ולכן סברו שהחוקים הקלאסיים של ניוטון מספיקים לתיאור הפעילות הביולוגית בגוף האדם, ששומר על טמפרטורה קבועה.

### מהו פרקטל?

פרקטל הוא צורה גאומטרית המורכבת מעותקים מוקטנים של עצמה, כמו משולש שרפינסקי. יש לו ממד שברי, שאינו מספר שלם, ודוגמאות לו נמצאות בעלים, בנהרות, בריאות ובכלי הדם.

### מה גילו החוקרים במאמר מ-2021?

חוקרים מהולנד וסין החדירו פוטונים לצ'יפ שהונדס כפרקטל, וראו שהפוטון הנע על משולש שרפינסקי מתפזר בהתאם לחוקי מכניקת הקוונטים. התוצאה מחזקת את ההשערה של פנרוז, אך עדיין לא נבדקה על רקמה אנושית.