Senki sem érti, mi a tudatosság és hogyan működik. Senki sem érti a kvantummechanikát. Lehet, hogy ez több, mint egy véletlen egybeesés? "Nem tudom azonosítani a valódi problémát, ezért gyanítom, hogy nincs valódi probléma, de nem vagyok biztos abban, hogy nincs valódi probléma." Richard Feynman amerikai fizikus ezt mondta a kvantummechanika rejtélyes paradoxonjairól. Ma a fizikusok ezt az elméletet használják az univerzum legkisebb tárgyainak leírására. De ugyanezt mondhatja a tudatosság bonyolult problémájáról.
Egyes tudósok úgy gondolják, hogy már értjük a tudatot, vagy hogy ez csak illúzió. De sokan azt gondolják, hogy még a tudat lényegéhez sem jutottunk el.
A "tudat" elnevezésű évelő puzzle néhány tudósot arra késztett, hogy megpróbálja ezt magyarázni kvantumfizika segítségével. De buzgalmukkal meglehetősen nagy szkepticizmussal találkoztak, és ez nem meglepő: ésszerűtlennek tűnik az egyik rejtvényt a másikkal magyarázni.
De az ilyen ötletek soha nem abszurdok, és még a mennyezetről sem.
Egyrészről, a fizikusok félelme miatt, az elme kezdetben megtagadja a korai kvantumelmélet megértését. Sőt, a kvantumszámítógépek várhatóan képesek lesznek olyan dolgokra, amelyekre a hagyományos számítógépek nem képesek. Ez arra emlékeztet bennünket, hogy az agyunk továbbra is képes a mesterséges intelligencia hatókörén túli műsorokra. A "kvantumtudatot" misztikus ostobaságnak nevezik, de senki sem volt képes teljesen eloszlatni.
A kvantummechanika a legjobb elméletünk a világ atomok és szubatomi részecskék szintjén történő leírására. Talán a leghíresebb misztériumai az a tény, hogy egy kvantumkísérlet eredménye változhat attól függően, hogy eldöntsük-e a benne résztvevő részecskék tulajdonságainak mérését.
Amikor a kvantumelmélet úttörői először fedezték fel ezt a „megfigyelő hatást”, komolyan riadtottak rájuk. Úgy tűnt, hogy aláásja az összes tudomány alapjául szolgáló feltételezést: hogy van egy objektív világ, tőlünk független. Ha a világ viselkedik attól függően, hogy hogyan - vagy ha - nézzük meg, mit is jelent a "valóság"?
Promóciós videó:
Egyes tudósok arra kényszerültek, hogy az objektivitás illúzió és hogy a tudatosságnak aktív szerepet kell játszania a kvantumelméletben. Mások egyszerűen nem láttak értelmet ebben. Például Albert Einsteint idegesítette: létezik-e a hold csak akkor, ha ránézünk?
Manapság egyes fizikusok azt gyanítják, hogy nem az, hogy a tudatosság befolyásolja a kvantummechanikát, hanem az, hogy ennek is köszönhető. Úgy vélik, hogy szükség lehetünk kvantumelméletre, hogy megértsük, hogyan működik az agy egyáltalán. Lehetséges, hogy ugyanúgy, mint a kvantumobjektumok egyidőben két helyen lehetnek, úgy a kvantum agy egyszerre két egymást kizáró dolgot jelenthet?
Ezek az ötletek ellentmondásosak. Kiderülhet, hogy a kvantumfizikanak semmi köze nincs a tudat működéséhez. De legalább megmutatják, hogy a furcsa kvantumelmélet furcsa dolgokra gondol.
Ami a legjobb, a kvantummechanika kettős résű kísérlet útján jut az emberi tudatba. Képzeljen el egy fénysugarat, amely két, egymáshoz közel elhelyezkedő, párhuzamos rést tartalmazó képernyőre ütközik. A fény egy része áthalad a résen, és egy másik képernyőre esik.
A fényre mint egy hullámra gondolhat. Amikor a hullámok két résen áthaladnak, mint egy kísérletben, ütköznek - zavarodnak - egymással. Ha csúcsuk megegyezik, akkor megerősítik egymást, és egy fekete-fehér fénycsík sorozatát eredményezik a második fekete képernyőn.
Ezt a kísérletet arra használták, hogy megmutassák a fény hullám jellegét több mint 200 évig, mielőtt a kvantumelmélet megjelent. Ezután kettős hasítással végzett kísérletet végeztünk kvantum részecskékkel - elektronokkal. Ezek apró töltésű részecskék, egy atom komponensei. Érthetetlen módon, de ezek a részecskék úgy viselkedhetnek, mint hullámok. Vagyis akkor diffrakcionálódnak, amikor a részecskeáram áthalad két résen, interferenciamintát eredményezve.
Tegyük fel, hogy a kvantum részecskék egyenként haladnak át a réseken, és a képernyőre érkezésüket lépésről lépésre is megfigyeljük. Most nincs semmi nyilvánvaló, amely miatt a részecske beavatkozhatna az útjába. De a becsapódó részecskék képe továbbra is rozsdát mutat.
Minden azt jelzi, hogy minden részecske egyszerre halad át mindkét résen, és zavarja magát. A két út ezen kombinációját a szuperpozíció állapotának nevezik.
De itt van mi furcsa.
Ha az érzékelőt az egyik résbe vagy mögé helyezzük, megtudhatjuk, hogy a részecskék átmennek-e rajta vagy sem. De ebben az esetben az interferencia eltűnik. A részecske útjának megfigyelése pusztán az a tény, hogy ez a megfigyelés nem zavarhatja a részecske mozgását - megváltoztatja az eredményt.
A Pascual Jordan fizikus, aki az 1920-as években Koppenhágában dolgozott Niels Bohr kvantumgurával, így fogalmazott: "A megfigyelések nemcsak sértik azt, amit meg kell mérni, hanem meghatározzák is. A kvantumrészecskét arra kényszerítjük, hogy válasszon egy bizonyos helyzetet." Más szavakkal, Jordan azt mondja, hogy "saját méréseket készítünk".
Ha igen, akkor az objektív valóság egyszerűen kidobható az ablakon.
De a furcsaságok ezzel nem érnek véget.
Ha a természet megváltoztatja viselkedését attól függően, hogy nézünk-e vagy sem, megpróbálhatjuk az ujjaink köré csavarni. Ehhez meg lehetett volna mérni, hogy melyik úton haladtunk a részecskén, amikor áthaladtunk a kettős hasításon, de csak azután, hogy áthaladtunk rajta. Addigra már el kellett döntenie, hogy az egyik úton halad-e, vagy mindkettőn keresztül-e.
John Wheeler egy amerikai fizikus javasolt egy ilyen kísérletet az 1970-es években, és az elkövetkező tíz évben egy "késleltetett választással" kísérletet hajtottak végre. Okos módszerekkel mérik a kvantum részecskék (általában könnyű részecskék - fotonok) útvonalait, miután egy utat választottak, vagy a kettő szuperpozícióját.
Kiderült, hogy amint Bohr jósolta, nincs különbség, hogy késleltessük-e a méréseket vagy sem. Mindaddig, amíg megmérjük a foton útját, mielőtt elérjük és regisztráljuk az érzékelőben, nincs interferencia. Úgy tűnik, hogy a természet nem csak akkor ismeri, amikor kukucskálunk, hanem akkor is, ha kukucskálni tervezünk.
Eugene Wigner
Amikor ezekben a kísérletekben felfedezzük a kvantumrészecskék útját, a lehetséges útvonalak felhője "jól összehúzódik" egyetlen jól definiált állapotba. Sőt, egy késleltetett kísérlet azt sugallja, hogy a megfigyelés maga a mérés által okozott fizikai beavatkozás nélkül összeomlást okozhat. Ez azt jelenti, hogy az igaz összeomlás csak akkor következik be, amikor a mérési eredmény eléri a tudatunkat?
Ezt a lehetőséget az 1930-as években javasolta Eugene Wigner magyar fizikus. "Ebből következik, hogy a tárgyak kvantumleírását befolyásolják a tudatomba jutó benyomások" - írta. "A szolipszis logikusan összhangban lehet a kvantummechanikával."
Wheelert még az a gondolat is elragadtatta, hogy az élőlények „megfigyelésére” képes jelenléte egy konkrét történetvé alakította a korábban lehetséges kvantum sokaságát. Ebben az értelemben, Wheeler szerint, a világegyetem evolúciójának résztvevőivé válunk a kezdetektől. Elmondása szerint "bűnrészes univerzumban" élünk.
A fizikusok még mindig nem tudják megválasztani ezeknek a kvantumkísérleteknek a legjobb értelmezését, és bizonyos mértékig Ön jogosult erre. De úgy vagy úgy, a felirat nyilvánvaló: a tudat és a kvantummechanika valamilyen módon kapcsolódik egymáshoz.
Az 1980-as évek elejétől Roger Penrose angol fizikus javasolta, hogy ez a kapcsolat más irányba működjön. Azt mondta, hogy függetlenül attól, hogy a tudatosság befolyásolja-e a kvantummechanikát vagy sem, talán a kvantummechanika is részt vesz a tudatban.
Roger Penrose fizikus és matematikus
Penrose azt is megkérdezte: mi van, ha vannak olyan agyi molekuláris szerkezetek, amelyek megváltoztathatják állapotát egy kvantum eseményre reagálva? Lehetnek-e ezek a struktúrák szuperpozíciós állapotban, mint a részecskék egy dupla résű kísérletben? Megmutatkozhatnak-e ezek a kvantum-szuperpozíciók abban, ahogyan az idegsejtek elektromos jeleken keresztül kommunikálnak?
Penrose szerint a látszólag összeegyeztethetetlen mentális állapotok fenntartásának képessége valószínűleg nem észlelési ügy, hanem valódi kvantumhatás?
Végül is úgy tűnik, hogy az emberi agy képes kognitív folyamatokat feldolgozni, amelyek képességeik tekintetében még mindig messze meghaladják a digitális számítógépeket. Olyan számítási feladatokat is elvégezhetünk, amelyeket a klasszikus digitális logika segítségével a szokásos számítógépeken nem lehet végrehajtani.
Penrose először a Császár új elme című 1989-es könyvében javasolta, hogy a kvantumhatások jelenjenek az emberi elmékben. Fő gondolata a „hangszerelt objektív redukció” volt. Az objektív redukció Penrose szerint azt jelenti, hogy a kvantuminterferencia és a szuperpozíció összeomlása valódi fizikai folyamat, mint egy robbanó buborék.
Az összehangolt objektív csökkentés Penrose azon feltételezésén alapszik, hogy a mindennapi tárgyakat, székeket vagy bolygókat érintő gravitáció nem mutat kvantumhatást. Penrose úgy véli, hogy a kvantum-szuperpozíció lehetetlenné válik az atomoktól nagyobb tárgyak esetében, mert gravitációs befolyásuk az űridő két összeegyeztethetetlen verziójának létezéséhez vezetne.
Aztán Penrose kifejlesztette ezt az ötletet Stuart Hameroff amerikai orvossal. Shadows of the Mind (1994) című könyvében azt javasolta, hogy az ebben a kvantum-megismerésben részt vevő struktúrák lehetnek fehérjeszálak - mikrotubulusok. A legtöbb sejtünkben megtalálhatók, beleértve az agy idegsejtjeit is. Penrose és Hameroff azzal érveltek, hogy az oszcillációs folyamat során a mikrotubulusok feltételezhetik a kvantum szuperpozíció állapotát.
Semmi sem utal arra, hogy ez egyáltalán lehetséges.
Feltételezték, hogy a mikrotubulusokban a kvantum-szuperpozíciók ötletét a 2013-ban javasolt kísérletek támogatják, ám ezek a tanulmányok valójában nem említettek kvantumhatásokat. Ezenkívül a legtöbb kutató úgy véli, hogy a 2000-ben közzétett tanulmány megcélozta az összehangolt objektív csökkentések ötletét. Max Tegmark fizikus kiszámította, hogy a neurális jelekben részt vevő molekulák kvantum-szuperpozíciói még a jelátvitelhez szükséges pillanatban sem lennének képesek létezni.
A kvantumhatások, beleértve a szuperpozíciót is, nagyon törékenyek, és a dekoherencia elnevezésű folyamat során pusztulnak el. Ez a folyamat annak következménye, hogy egy kvantumobjektum kölcsönhatásba lép a környezetével, mivel "kvantuma" kiszivárog.
Úgy véltek, hogy a dekoráció rendkívül gyors meleg és párás környezetben, például élő sejtekben.
Az idegjelek olyan elektromos impulzusok, amelyeket az elektromosan töltött atomok az idegsejtek falán történő áthaladása okoz. Ha ezeknek az atomoknak az egyikje szuperpozícióban volt, majd egy neuronnal ütközött, Tegmark kimutatta, hogy a szuperpozíciónak másodperc milliárdos részének kevesebb mint egyharmadában kell csökkennie. Tízezer trilliószor hosszabb időt vesz igénybe, amíg egy neuron jelet bocsát ki.
Ezért nem tesztelik a szkeptikusok az agyban lévő kvantumhatásokra vonatkozó ötleteket.
Penrose azonban könyörtelenül ragaszkodik az OER hipotézishez. És annak ellenére, hogy előre jelezték a Tegmark ultragyors sejtfehérjéjét, más tudósok kvantumhatások megnyilvánulásait észlelték az élőlényekben. Egyesek szerint a kvantummechanikát a mágneses navigációt használó vándorló madarak és a zöld növények használják, amikor napfényt használnak cukor előállításához fotoszintézis útján.
Ennek ellenére az a gondolat, hogy az agy kvantum trükköket használhat, nem hajlandó elmenni. Mert újabb érvet találtak a javára.
Fenntartható-ea foszfor kvantumállapotot?
A 2015-ös tanulmányban, Matthew Fisher, a kaliforniai egyetem Santa Barbara fizikusa azzal érvelt, hogy az agy tartalmazhat molekulákat, amelyek ellenállnak a hatékonyabb kvantum-szuperpozícióknak. Különösen úgy véli, hogy a foszfor atomok magjai rendelkezhetnek ezzel a képességgel. A foszfor-atomok mindenütt megtalálhatók az élő sejtekben. Gyakran foszfátionok formájában vannak, amelyekben az egyik foszforatom négy oxigénatommal kombinálódik.
Az ilyen ionok képezik a fő energiaegységet a sejtekben. A sejt energiájának nagy részét ATP-molekulák tárolják, amelyek három foszfátcsoportot tartalmaznak, amelyek egy szerves molekulahoz kapcsolódnak. Amikor az egyik foszfát levágásra kerül, az energia felszabadul, amelyet a sejt felhasznál.
A sejteknek vannak molekuláris gépei a foszfátionok klaszterekbe történő összeállításához és lebontásához. Fisher olyan sémát javasolt, amelyben két foszfátion egy bizonyos típusú szuperpozícióba helyezhető: összefonódott állapotban.
A foszformagok olyan kvantumjellemzővel rendelkeznek - spin -, amelyek miatt kisméretű mágneseknek tűnnek, amelyek pólusai bizonyos irányba mutatnak. Összefonódott állapotban az egyik foszformag centrifugálása a másiktól függ. Más szavakkal: az összegabalyodott állapotok olyan szuperpozíciós állapotok, amelyekben egynél több kvantum részecske is részt vesz.
Fisher szerint ezeknek a nukleáris centrifugáknak a kvantummechanikai viselkedése ellensúlyozhatja a dekózist. Egyetért Tegmarkével abban, hogy a kvantumvibrációk, amelyekről Penrose és Hameroff beszélt, nagymértékben függnek a környezetüktől és "szinte azonnal elválasztják". De a magok spinjei nem hatnak olyan erősen a környezetükre.
És mégis, a foszformagok spinjeinek kvantum viselkedését "meg kell védeni" a dekoherencia ellen.
A kvantum részecskék eltérő centrifugálással rendelkezhetnek
Ez történhet, mondja Fischer, ha a foszfor-atomok nagyobb tárgyakba kerülnek, amelyeket „Posner-molekuláknak” hívnak. Hat foszfátion és kilenc kalciumion kombinációja. Vannak arra utaló jelek, hogy az ilyen molekulák élő sejtekben lehetnek, de eddig nem igazán meggyőzőek.
A Posner molekulákban, a Fischer szerint, a foszfor spinje körülbelül egy napig képes ellenállni a dekoherenciának, még az élő sejtekben is. Ezért befolyásolhatják az agy működését is.
Az ötlet az, hogy a Posner molekuláit neuronok képesek felvenni. Ha belépnek a molekulák, akkor egy másik neuron számára jelet aktiválnak, lebontják és felszabadítják a kalciumionokat. A Posner molekuláiban való összefonódásnak köszönhetően ezeknek a jeleknek kettő egymásba belekapaszkodhat: bizonyos értelemben ez a "gondolat" kvantumszuperpozíciója lesz. "Ha az agyban kvantumfeldolgozás nukleáris centrifugákkal valósul meg, rendkívül gyakori, ez folyamatosan történik" - mondja Fisher.
Ez az ötlet jutott először akkor, amikor a mentális betegségről gondolt.
Lítium-karbonát-kapszula
"Az agyi biokémia bevezetése akkor kezdődött, amikor három-négy évvel ezelőtt úgy döntöttem, hogy megvizsgálom, hogy a lítium-ion miként és miért rendelkezik ilyen radikális hatással a mentális egészségügyi problémák kezelésére" - mondja Fischer.
A lítium-gyógyszereket széles körben használják a bipoláris zavar kezelésére. Működnek, de senki sem tudja, miért.
"Nem kerestem a kvantum magyarázatot" - mondja Fisher. Aztán találkozott egy papírral, amely leírja, hogy a lítiumkészítmények milyen különféle hatást gyakoroltak a patkányok viselkedésére, attól függően, hogy a lítium melyik formáját - vagy "izotópját" - használták.
Ez először zavart a tudósoktól. Kémiai szempontból a különböző izotópok ugyanúgy viselkednek, tehát ha a lítium egy közönséges gyógyszerként működött, akkor az izotópoknak azonos hatásúnak kellett lenniük.
Az idegsejtek a szinapszishoz kapcsolódnak
De Fischer rájött, hogy a különféle lítium-izotópok atommagjai eltérő spinnel rendelkezhetnek. Ez a kvantum tulajdonság befolyásolhatja a lítium-alapú gyógyszerek működését. Például, ha a lítium helyettesíti a kalciumot a Posner-molekulákban, a lítium centrifugái hatással lehetnek a foszfor-atomokra, és megakadályozzák azok beilleszkedését.
Ha ez igaz, megmagyarázhatja azt is, hogy a lítium miért képes kezelni a bipoláris rendellenességeket.
Ezen a ponton Fischer kitalálása nem más, mint egy érdekes ötlet. De többféle módon ellenőrizheti. Például, hogy a foszfor spinjei a Posner-molekulákban hosszú ideig fenntarthatják a kvantum koherenciát. Ez Fisher, és további ellenőrzést tervez.
Mégis attól tart, hogy kapcsolatban áll a „kvantitudat” korábbi fogalmaival, amelyeket a legjobb esetben spekulatívnak tart.
A tudatosság mély rejtély
A fizikusok nem nagyon szeretik a saját elméleteiket. Sokan remélik, hogy a tudat és az agy kinyerhető a kvantumelméletből, és talán fordítva. De nem tudjuk, mi a tudatosság, nem is beszélve arról, hogy nincs olyan elmélet, amely leírná azt.
Sőt, néha hangos felkiáltások vannak arra, hogy a kvantummechanika lehetővé teszi számunkra, hogy elsajátítsuk a telepátiát és a telekinesist (és bár valahol a fogalmak mélységében ez így lehet, az emberek mindent túl szó szerint vesznek). Ezért a fizikusok általában félnek egy mondatban megemlíteni a "kvantum" és a "tudat" szavakat.
2016-ban Adrian Kent, az Egyesült Királyság Cambridge-i Egyeteme, az egyik legismertebb "kvantumfilozófus", azt sugallta, hogy a tudat finom, de kimutatható módon változtathatja meg a kvantumrendszerek viselkedését. Kent nagyon óvatos állításaiban. "Nincs olyan kétség, hogy azt gondoljuk, hogy a kvantumelmélet megfelelő elmélet a tudatelmélet elkészítéséhez, vagy hogy a kvantumelmélet problémáinak valamilyen módon átfedésben kell lenniük a tudatosság problémájával" - ismeri el.
De hozzáteszi, hogy teljesen érthetetlen, hogy miként lehet levezetni a tudat leírását, kizárólag a kvantum előtti fizika alapján, hogyan lehet leírni annak összes tulajdonságát és tulajdonságát.
Nem értjük, hogyan működnek a gondolatok
Különösen aggasztó kérdés az, hogy tudatos tudatunk miként képes átélni az olyan különleges érzéseket, mint a vörös vagy a pörkölt hús szaga. A látássérült embereken kívül mindannyian tudjuk, hogy néz ki a vörös szín, de ezt az érzést nem tudjuk közvetíteni, és a fizikában semmi sem mondhatja el nekünk, hogy néz ki.
Az ilyen érzéseket qualianak nevezik. A külső világ egységes tulajdonságainak tekintjük őket, de a valóságban tudatunk termékei - és ezt nehéz megmagyarázni. 1995-ben David Chalmers filozófus ezt a tudat nehéz problémájának hívta.
"A tudatosság és a fizika kapcsolatával kapcsolatos bármilyen gondozási lánc súlyos problémákhoz vezet" - mondja Kent.
Ez arra késztette őt, hogy azt sugallja, hogy "haladhatnánk valamilyen előrelépést a tudatosság evolúciójának megértésében, ha beismernénk (legalábbis csak beismertük), hogy a tudat megváltoztatja a kvantum valószínűségeket".
Más szavakkal, az agy valóban befolyásolhatja a mérési eredményeket.
Ebből a szempontból nem határozza meg, hogy "mi az igazi". De ez befolyásolhatja annak valószínűségét, hogy a kvantummechanika minden lehetséges valóságát megfigyeljük. Még maga a kvantumelmélet sem tudja megjósolni ezt. És Kent úgy gondolja, hogy kísérletileg kereshetünk ilyen megnyilvánulásokat. Még merészen felbecsüli a találás esélyeit.
„15 százalékos bizonyossággal feltételezem, hogy a tudat eltéréseket okoz a kvantumelmélettől; és további 3 százalék, hogy ezt kísérletileg megerősítjük a következő 50 évben”- mondja.
Ha ez megtörténik, a világ nem lesz ugyanaz. Ezt érdemes feltárni.
ILYA KHEL
