How Quantum is Life?

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Abstract

Life emerges as an improbable phenomenon in a universe governed by entropy. Yet recent discoveries in biophysics and quantum mechanics suggest that coherence — the capacity to maintain stable correlations among multiple states — may be its deepest foundation. This essay explores the hypothesis that life is a macroscopic manifestation of sustained quantum coherence, capable of resisting universal decoherence through evolutionary and structural strategies. From photosynthesis to consciousness, living systems appear to express a common principle: the organization of time, information, and matter around a coherent axis that holds together what would otherwise tend toward chaos.

Essay

1. La paradoja del orden en un universo que tiende al desorden

El universo observable se expande, se enfría y se dispersa. Las estrellas mueren, las estructuras se desintegran, la energía se difunde. La segunda ley de la termodinámica dicta que la entropía —la medida del desorden— aumenta inexorablemente con el tiempo. Y, sin embargo, en medio de esta deriva hacia la uniformidad, surge la vida . No solo como una anomalía local, sino como un proceso de resistencia contra el colapso del orden.
¿Cómo pueden existir sistemas que mantengan la complejidad, la forma y el significado en un entorno que tiende a la aleatoriedad? La física clásica ofreció una idea elegante: la vida es un sistema abierto que intercambia energía con su entorno para mantener su estructura. Sin embargo, esta explicación termodinámica, aunque necesaria, es insuficiente. No explica cómo la vida mantiene el orden interno en medio del ruido térmico, ni por qué persiste durante miles de millones de años en equilibrio dinámico con el caos.
Las respuestas más recientes apuntan hacia otro tipo de principio: la coherencia .

2. Coherencia: Del laboratorio a la célula

In quantum mechanics, coherence is the ability of a system to maintain phase correlations among its components. It is the phenomenon that allows a particle to exist in multiple states simultaneously or two photons separated by kilometers to behave as one.
Under normal conditions, coherence is fragile. A slight increase in temperature or interaction with the environment destroys it: decoherence occurs. That is why quantum experiments are typically performed at temperatures near absolute zero.
And yet, in biological systems something extraordinary occurs: coherence persists in warm, chaotic, noisy conditions. Studies of quantum photosynthesis have shown that electrons in photosynthetic complexes move coherently, as if they “knew” the most efficient path to the reaction center.
Similarly, the phenomenon of magnetoreception in birds suggests that radical pairs generated in their retinas maintain quantum entanglement long enough to enable magnetic orientation.
These observations are not mere experimental curiosities. They indicate that life does not destroy quantum coherence — it uses and amplifies it.

3. Coherence as a Principle of Biological Organization

Every organism can be understood as a system of correlations. From DNA to neural networks, every level of life depends on synchronization among its parts. Yet what distinguishes living systems from inert matter is their capacity to maintain internal correlations despite environmental noise.
Life does not merely consume energy — it channels it to sustain coherence. Molecules vibrate in phase; membranes establish rhythmic electric patterns; entire organisms behave as ensembles of synchronized oscillators.
Coherence, in this sense, is not an accidental property but a mechanism of self-organization. Where inert matter disperses, life reconfigures its internal state to preserve structured information.
In short, to live is to resist decoherence.

4. Consciousness: A Second-Order Coherence

At the highest levels of complexity, coherence acquires another dimension: that of thought.
The human brain, with its billions of neurons, does not operate as a purely electrical machine but as a web of oscillations, phases, and synchronies. Numerous electroencephalographic and magnetoencephalographic studies have shown that conscious states emerge when distant regions of the brain succeed in coupling their rhythms.
Consciousness may thus be understood as a coherence extended across time and neural space. It is not a “metaphysical mystery” but an emergent phenomenon of sustained correlations among neuronal systems.
From this perspective, to think is to resonate, and to perceive is to synchronize.
Just as the cell preserves molecular coherence, the mind preserves cognitive coherence, maintaining experiential unity in the face of the perceptual chaos of the external world.

5. Evolution as the Selection of Coherent States

If coherence is the principle that sustains life, then evolution can be interpreted as a natural search for increasingly coherent and stable configurations.
Organisms that achieve more efficient internal correlations survive longer and transmit their information.
Biological adaptation is not merely a genetic process but a strategy of resonance — a way in which life optimizes its coherence in the face of environmental entropy.
In this sense, death is not merely the cessation of biological function but the loss of global system coherence. Information disperses, phases dissociate, synchronization breaks apart.
Life, by contrast, is the art of conserving phase.

6. The Cosmos as a Coherent Structure

Coherence does not belong solely to the realm of the living.
At cosmic scales, galaxies, clusters, and gravitational waves display patterns of correlation reminiscent of biological resonances.
The cosmic microwave background retains, thirteen billion years later, a signature of primordial coherence.
One might say that the entire universe is a symphony of correlations, spanning from atom to cell, and from cell to consciousness.
In this framework, life is not a biological exception but the form coherence takes when it attains the ability to perceive itself.

7. Coherence, Time, and Meaning

Vivir es mantener la coherencia no solo espacial sino también temporal.
El pasado, el presente y el futuro de un organismo están unidos por una narrativa continua: la identidad .
Esta continuidad temporal —el hilo invisible que conecta quiénes fuimos con quiénes somos— es otra expresión de coherencia.
Sin ella, la experiencia se fragmentaría, la memoria se disolvería y el «yo» perdería su sentido de unidad.
El significado, en última instancia, puede definirse como una forma de coherencia entre los estados mentales , una correlación estable entre la percepción y la memoria.
Así, la conciencia humana puede verse como la máxima expresión de coherencia conocida , una característica autoorganizadora del universo capaz de observar, pensar y mantenerse como uno solo.

8. Conclusión: La coherencia como ley de la vida

El universo tiende al desorden, pero la vida insiste en organizarse.
Cada célula, cada pensamiento, cada vínculo humano es un intento de preservar la coherencia frente a la entropía.
Desde el electrón que oscila en un complejo fotosintético hasta la mente que contempla las estrellas, todo lo que vive es resonancia sostenida .
La coherencia no es simplemente una propiedad física: es el principio vital universal que transforma el caos en estructura, el ruido en ritmo y la existencia en experiencia.
Quizás la vida sea, simplemente, la forma en que el universo se aferra a su propia coherencia.

Reference

- Schrödinger, E. (1944). *What is Life?* Cambridge University Press.
- Fröhlich, H. (1968). *Long-range coherence and energy storage in biological systems.* *International Journal of Quantum Chemistry.*
- Penrose, R. (1994). *Shadows of the Mind.* Oxford University Press.
- Hameroff, S. & Penrose, R. (2014). *Consciousness in the universe: A review of the ‘Orch OR’ theory.* *Physics of Life Reviews, 11(1).*
- Lambert, N. et al. (2013). *Quantum biology.* *Nature Physics,* 9, 10–18.
- Tegmark, M. (2000). *Importance of quantum decoherence in brain processes.* *Physical Review E,* 61(4).
- Davies, P. (2004). *The Fifth Miracle: The Search for the Origin of Life.* Penguin Books.
- Varela, F. J. (1999). *Ethical Know-How: Action, Wisdom, and Cognition.* Stanford University Press.
- Lloyd, S. (2006). *Programming the Universe: A Quantum Computer Scientist Takes on the Cosmos.* Knopf.

Technical Endnotes

. Sobre la relación entre coherencia y vida: Este ensayo se basa en estudios recientes en biofísica cuántica que muestran que los procesos biológicos pueden mantener estados coherentes bajo condiciones que deberían producir decoherencia. Esto sugiere que la vida ha encontrado formas naturales de preservar las correlaciones cuánticas, posiblemente a través de estructuras resonantes o dinámicas de fase.
2. Sobre el papel de la conciencia: Los modelos de sincronización neuronal proporcionan evidencia de que la conciencia no es una entidad separada de la materia sino una propiedad emergente de su coherencia dinámica.
3. Sobre la universalidad del principio: La coherencia puede entenderse como una propiedad que abarca todas las escalas del universo, desde la física de partículas hasta la organización galáctica. Este principio puede constituir un nuevo puente entre la física, la biología y la fenomenología.
4. Perspectiva filosófica: Si la vida es coherencia organizada, su propósito biológico podría definirse como la preservación del significado. Así, la ciencia se acerca a la filosofía una vez más: comprender la vida es comprender cómo el cosmos sostiene su ritmo interno.

RustDeer
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