Ingen forstår hva bevissthet er og hvordan den fungerer. Ingen forstår kvantemekanikken heller. Kan dette være mer enn bare en tilfeldighet? "Jeg kan ikke identifisere det virkelige problemet, så jeg mistenker at det ikke er noe reelt problem, men jeg er ikke sikker på at det ikke er noe reelt problem." Den amerikanske fysikeren Richard Feynman sa dette om kvantemekanikkens mystiske paradokser. I dag bruker fysikere denne teorien for å beskrive de minste gjenstandene i universet. Men han kunne si det samme om det kompliserte bevissthetsproblemet.
Noen forskere tror at vi allerede forstår bevissthet eller at det bare er en illusjon. Men mange andre tror at vi ikke en gang har kommet nær kjernen i bevisstheten.
Et flerårig puslespill kalt "bevissthet" har til og med ført til at noen forskere prøver å forklare det ved bruk av kvantefysikk. Men deres iver ble møtt med en god del skepsis, og dette er ikke overraskende: det virker urimelig å forklare en gåte med en annen.
Men slike ideer er aldri absurde og ikke engang fra taket.
På den ene siden, til fysikernes forferdelse, nekter sinnet innledningsvis å forstå den tidlige kvanteteorien. Videre er spådommedatamaskiner spådd å være i stand til ting som konvensjonelle datamaskiner ikke kan. Dette minner oss om at hjernen vår fremdeles er i stand til feats utenfor rekkevidden til kunstig intelligens. "Kvantebevissthet" blir vidt latterliggjort som mystisk tull, men ingen har klart å fjerne den fullstendig.
Kvantemekanikk er den beste teorien vi har for å beskrive verden på nivået av atomer og subatomære partikler. Det kanskje mest kjente av dets mysterier er det faktum at resultatet av et kvanteeksperiment kan endres avhengig av om vi bestemmer oss for å måle egenskapene til partiklene som er involvert i det eller ikke.
Da pionerene i kvanteteorien først oppdaget denne "observatøreffekten", ble de alvorlig skremt. Det så ut til å undergrave antagelsen som ligger til grunn for all vitenskap: at det er en objektiv verden der ute, uavhengig av oss. Hvis verden oppfører seg avhengig av hvordan - eller om - vi ser på den, hva ville egentlig "virkeligheten" bety?
Salgsfremmende video:
Noen forskere har blitt tvunget til å konkludere med at objektivitet er en illusjon og at bevissthet må spille en aktiv rolle i kvante teori. Andre så rett og slett ikke noen sunn fornuft i dette. For eksempel ble Albert Einstein irritert: eksisterer månen bare når du ser på den?
I dag mistenker noen fysikere at det ikke er slik at bevissthet påvirker kvantemekanikken … men at den til og med ble til takket være den. De tror at vi kan trenge kvanteteori for å forstå hvordan hjernen fungerer i det hele tatt. Kan det være at akkurat som kvanteobjekter kan være to steder samtidig, så kan en kvantehjerne samtidig bety to gjensidig eksklusive ting?
Disse ideene er kontroversielle. Det kan vise seg at kvantefysikk ikke har noe med bevissthetens virkning å gjøre. Men i det minste demonstrerer de at rare kvanteteorier får oss til å tenke rare ting.
Det beste av alt er at kvantemekanikk tar seg inn i menneskets bevissthet gjennom et eksperiment med dobbel spalte. Se for deg en lysstråle som treffer en skjerm med to tett parallelle spalter. Noe av lyset passerer gjennom spaltene og faller på en annen skjerm.
Du kan tenke på lys som en bølge. Når bølger passerer gjennom to spalter, som i et eksperiment, kolliderer de - forstyrrer - med hverandre. Hvis toppene deres stemmer overens, forsterker de hverandre, noe som resulterer i en serie svart-hvite lysstrimler på en annen svart skjerm.
Dette eksperimentet ble brukt for å vise bølgenes natur i lys i over 200 år før kvanteteori dukket opp. Deretter ble eksperimentet med en dobbel spalte utført med kvantepartikler - elektroner. Dette er bittesmå ladede partikler, komponenter i et atom. På en uforståelig måte, men disse partiklene kan oppføre seg som bølger. Det vil si at de blir spredt når en strøm av partikler passerer gjennom to spalter, og gir et interferensmønster.
Anta nå at kvantepartikler passerer gjennom spaltene en etter en, og deres ankomst på skjermen vil også bli observert trinn for trinn. Nå er det ikke noe åpenbart som kan føre til at partikkelen forstyrrer sin vei. Men bildet av partiklene som treffer vil fortsatt vise frynser.
Alt tyder på at hver partikkel samtidig går gjennom begge spaltene og forstyrrer seg selv. Denne kombinasjonen av de to banene er kjent som superposisjonstilstanden.
Men her er det som er rart.
Hvis vi plasserer detektoren i en av spaltene eller bak den, kunne vi finne ut om partikler passerer gjennom den eller ikke. Men i dette tilfellet forsvinner forstyrrelsen. Det faktum å observere banen til en partikkel - selv om denne observasjonen ikke skulle forstyrre partikkelenes bevegelse - endrer resultatet.
Fysikeren Pascual Jordan, som jobbet med kvanteguruen Niels Bohr i København på 1920-tallet, uttrykte det slik: "Observasjoner bryter ikke bare med det som skal måles, de bestemmer det … Vi tvinger kvantepartikkelen til å velge en bestemt posisjon." Jordan sier med andre ord at "vi gjør våre egne målinger."
I så fall kan objektiv virkelighet ganske enkelt kastes ut av vinduet.
Men godhetene slutter ikke der.
Hvis naturen endrer atferd, avhengig av om vi ser eller ikke, kan vi prøve å vri den rundt fingrene. For å gjøre dette, kunne vi måle hvilken bane partikkelen tok når de gikk gjennom dobbeltspalten, men først etter å ha passert den. På det tidspunktet skulle hun allerede "bestemme" om hun skulle gå gjennom en vei eller gjennom begge deler.
En amerikansk fysiker John Wheeler foreslo et slikt eksperiment på 1970-tallet, og i løpet av de neste ti årene ble det utført et eksperiment med "forsinket valg". Den bruker smarte metoder for å måle banene til kvantepartikler (vanligvis lette partikler - fotoner) etter at de har valgt en bane, eller en superposisjon av to.
Det viste seg at det, som Bohr spådde, ikke gjør noen forskjell om vi forsinker målingene eller ikke. Så lenge vi måler banen til fotonet før den treffer og registrerer seg i detektoren, er det ingen forstyrrelser. Det virker som om naturen "vet" ikke bare når vi kikker, men også når vi planlegger å kikke.
Eugene Wigner
Når vi i disse eksperimentene oppdager banen til en kvantepartikkel, krymper dens sky av mulige ruter til en enkelt veldefinert tilstand. Dessuten antyder et forsinket eksperiment at selve observasjonshåndteringen, uten fysiske inngrep forårsaket av målingen, kan forårsake kollaps. Betyr dette at ekte kollaps bare skjer når måleresultatet når vår bevissthet?
Denne muligheten ble foreslått på 1930-tallet av den ungarske fysikeren Eugene Wigner. "Det følger av dette at kvantebeskrivelsen av objekter er påvirket av inntrykkene som kommer inn i bevisstheten min," skrev han. "Solipsisme kan være logisk i samsvar med kvantemekanikken."
Wheeler ble til og med underholdt av tanken om at tilstedeværelsen av levende ting som var i stand til å "observere" forvandlet det som tidligere var et mangfold av mulig kvantefortid til en konkret historie. Slik sett, sier Wheeler, blir vi deltakere i utviklingen av universet helt fra begynnelsen. I følge ham lever vi i et "medfølgende univers."
Fysikere kan fortsatt ikke velge den beste tolkningen av disse kvanteeksperimentene, og i noen grad har du rett til det. Men på en eller annen måte er underteksten åpenbar: bevissthet og kvantemekanikk er på en eller annen måte koblet sammen.
Fra 1980-tallet antydet den engelske fysikeren Roger Penrose at denne forbindelsen kan fungere i en annen retning. Han sa at om bevissthet påvirker kvantemekanikk eller ikke, kanskje kvantemekanikk er involvert i bevisstheten.
Fysiker og matematiker Roger Penrose
Og Penrose spurte også: hva om det er molekylære strukturer i hjernen vår som kan endre tilstanden deres som svar på en kvantehendelse? Kan disse strukturene påta seg en superposisjonstilstand, som partiklene i dobbeltspalteeksperimentet? Kunne disse kvanteoverposisjonene da manifestere seg i måten nevroner kommuniserer gjennom elektriske signaler?
Kanskje, sa Penrose, vår evne til å opprettholde tilsynelatende inkompatible mentale tilstander ikke er en oppfatningssyn, men en reell kvanteeffekt?
Tross alt ser det ut som den menneskelige hjernen å være i stand til å behandle kognitive prosesser som fremdeles er langt bedre enn digitale datamaskiner når det gjelder evner. Vi kan til og med være i stand til å utføre beregningsoppgaver som ikke kan utføres på vanlige datamaskiner ved bruk av klassisk digital logikk.
Penrose antydet først at kvanteeffekter er til stede i det menneskelige sinn i 1989-boken hans Emperor's New Mind. Hans hovedidee var "orkestrert objektiv reduksjon". Objektiv reduksjon, ifølge Penrose, betyr at sammenbruddet av kvanteforstyrrelser og superposisjon er en virkelig fysisk prosess, som en sprudlende boble.
Orkestrert målreduksjon er avhengig av Penroses antagelse om at tyngdekraften som påvirker hverdagens gjenstander, stoler eller planeter ikke viser kvanteeffekter. Penrose mener at kvantesuperposisjon blir umulig for objekter som er større enn atomer, fordi deres gravitasjonspåvirkning da ville føre til eksistensen av to uforenlige versjoner av romtid.
Da utviklet Penrose denne ideen med den amerikanske legen Stuart Hameroff. I sin bok Shadows of the Mind (1994) foreslo han at strukturene som er involvert i denne kvantekognisjonen kunne være proteinfilamenter - mikrotubuli. De finnes i de fleste av cellene våre, inkludert nervene i hjernen. Penrose og Hameroff hevdet at under oscilleringsprosessen kan mikrotubuli anta en tilstand av kvantesuperposisjon.
Men det er ingenting som tyder på at dette i det hele tatt er mulig.
Det ble antatt at ideen om kvanteoverposisjoner i mikrotubuli ville bli støttet av eksperimenter som ble foreslått i 2013, men disse studiene nevnte faktisk ikke kvanteeffekter. I tillegg tror de fleste forskere at ideen om orkestrerte objektive reduksjoner ble debunkert av en studie publisert i 2000. Fysiker Max Tegmark beregnet at kvantesuperposisjoner av molekyler involvert i nevrale signaler ikke ville kunne eksistere selv i øyeblikket som kreves for signaloverføring.
Kvanteeffekter, inkludert superposisjon, er veldig skjøre og ødelegges i en prosess som kalles decoherence. Denne prosessen skyldes interaksjonen mellom et kvanteobjekt og omgivelsene, siden det "kvantet" lekker ut.
Dekoherens ble antatt å være ekstremt raskt i varme og fuktige miljøer som levende celler.
Nervesignaler er elektriske impulser forårsaket av passering av elektrisk ladede atomer gjennom veggene i nerveceller. Hvis et av disse atomene var i superposisjon og deretter kolliderte med en nevron, viste Tegmark at superposisjonen skulle forfalle på under en milliarddel av en milliardedels sekund. Det tar ti tusen billion ganger lenger tid for et nevron å avgi et signal.
Dette er grunnen til at ideer om kvanteeffekter i hjernen ikke blir testet av skeptikere.
Men Penrose insisterer nådeløst på OER-hypotesen. Og til tross for spådommen om Tegmarks ultra-hurtige koherens i celler, har andre forskere funnet manifestasjoner av kvanteeffekter i levende ting. Noen hevder at kvantemekanikk brukes av trekkfugler, som bruker magnetisk navigasjon, og grønne planter, når de bruker sollys for å lage sukker gjennom fotosyntesen.
Når det er sagt, nekter ideen om at hjernen kan bruke kvantetriks å forsvinne. Fordi de fant et annet argument i sin favør.
Kan fosfor opprettholde en kvantetilstand?
I en studie fra 2015 hevdet fysiker Matthew Fisher fra University of California, Santa Barbara at hjernen kan inneholde molekyler som tåler kraftigere kvanteoverposisjoner. Spesielt mener han at kjernen i fosforatomer kan ha denne evnen. Fosforatomer finnes overalt i levende celler. De har ofte form av fosfationer, der ett fosforatom kombineres med fire oksygenatomer.
Slike ioner er hovedenheten til energi i celler. Det meste av cellens energi lagres i ATP-molekyler, som inneholder en sekvens av tre fosfatgrupper festet til et organisk molekyl. Når et av fosfatene kuttes ut, frigjøres energi som brukes av cellen.
Celler har molekylære maskiner for å sette sammen fosfationer i klynger og bryte dem ned. Fisher foreslo et opplegg der to fosfationer kan plasseres i en superposisjon av en viss art: i en sammenfiltret tilstand.
Fosforkjerner har en kvanteegenskap - spinn - som gjør at de ser ut som små magneter med poler som peker i bestemte retninger. I en sammenfiltret tilstand er spinnet til den ene fosforkjernen avhengig av den andre. Med andre ord, sammenfiltrede tilstander er superposisjonstilstander som involverer mer enn en kvantepartikkel.
Fisher sier at den kvantemekaniske oppførselen til disse kjernefysiske spinnene kan motvirke decoherence. Han er enig med Tegmark i at kvantevibrasjonene som Penrose og Hameroff snakket om, vil være svært avhengige av miljøet og "decohere nesten umiddelbart." Men spinnene til kjernene samhandler ikke så sterkt med omgivelsene sine.
Og likevel må kvanteatferden til spinnene til fosforkjerner "beskyttes" mot dekoherens.
Kvantepartikler kan ha forskjellig spinn
Dette kan skje, sier Fischer, hvis fosforatomene blir innlemmet i større gjenstander som kalles "Posner-molekyler." De er klynger av seks fosfationer kombinert med ni kalsiumioner. Mye tyder på at slike molekyler kan være i levende celler, men foreløpig er de ikke veldig overbevisende.
I Posner-molekyler, hevder Fischer, kan spinnene av fosfor motstå dekoherens i en dag eller så, selv i levende celler. Derfor kan de også påvirke hjernens funksjon.
Tanken er at Posners molekyler kan tas opp av nevroner. Når de først er inne, vil molekylene aktivere et signal til en annen nevron, råtne og frigjøre kalsiumioner. På grunn av sammenfiltringen i Posners molekyler kan to av disse signalene vikles inn i tur og orden: på en eller annen måte vil det være en kvantesuperposisjon av "tanke." "Hvis kvanteprosessering med kjernefysiske spinn faktisk er til stede i hjernen, ville det være ekstremt vanlig å skje hele tiden," sier Fisher.
Denne ideen kom ham først da han tenkte på mental sykdom.
Litiumkarbonatkapsel
"Introduksjonen min til hjernebiokjemi begynte da jeg for tre til fire år siden bestemte meg for å undersøke hvordan og hvorfor litiumion har en så radikal effekt i behandlingen av psykiske helseproblemer," sier Fisher.
Litiummedisiner brukes mye til å behandle bipolar lidelse. De fungerer, men ingen vet egentlig hvorfor.
"Jeg var ikke ute etter en kvanteforklaring," sier Fisher. Men så kom han over et papir som beskrev hvordan litiumpreparater hadde ulik innvirkning på oppførselen til rotter avhengig av hvilken form - eller "isotop" - av litium som ble brukt.
Dette forundret forskere med det første. Kjemisk oppfører forskjellige isotoper seg på samme måte, så hvis litium virket som et vanlig medikament, må isotopene ha hatt samme effekt.
Nerveceller er koblet til synapser
Men Fischer innså at atomkjernene i forskjellige litiumisotoper kan ha forskjellige spinn. Denne kvanteegenskapen kan påvirke hvordan litiumbaserte medisiner fungerer. For eksempel, hvis litium erstatter kalsium i Posner-molekyler, kan spinnene av litium ha en effekt på fosforatomer og forhindre at de vikler seg sammen.
Hvis dette er sant, kan det også forklare hvorfor litium kan behandle bipolar lidelse.
På dette tidspunktet er ikke Fischers gjetning noe mer enn en spennende idé. Men det er flere måter å sjekke det på. For eksempel at spinnene av fosfor i Posner-molekyler kan opprettholde kvantesammenheng i lang tid. Dette er Fisher og planlegger å sjekke videre.
Likevel er han på vakt mot å bli assosiert med tidligere begreper "kvantebevissthet", som han i beste fall anser som spekulativ.
Bevissthet er et dypt mysterium
Fysikere er ikke veldig glad i å være inne i sine egne teorier. Mange av dem håper at bevissthet og hjerne kan hentes ut fra kvanteteori, og kanskje omvendt. Men vi vet ikke hva bevissthet er, enn si det faktum at vi ikke har en teori som beskriver den.
Dessuten er det noen ganger høye utrop for at kvantemekanikk vil tillate oss å mestre telepati og telekinesis (og selv om et sted på dybden av konsepter kan dette være, tar folk alt for bokstavelig). Derfor er fysikere generelt redde for å nevne ordene "kvante" og "bevissthet" i en setning.
I 2016 foreslo Adrian Kent ved University of Cambridge i Storbritannia, en av de mest respekterte "kvantefilosofene" at bevissthet kan endre oppførselen til kvantesystemer på subtile, men påviselige måter. Kent er veldig forsiktig med sine uttalelser. "Det er ingen overbevisende grunn til å tro at kvanteteori er en passende teori å trekke fra en bevissthetsteori, eller at problemene med kvanteteori på en eller annen måte må overlappe hverandre med bevissthetens problem," innrømmer han.
Men han legger til at det er helt uforståelig hvordan du kan utlede en beskrivelse av bevissthet, basert utelukkende på pre-kvantefysikk, hvordan du kan beskrive alle dens egenskaper og funksjoner.
Vi forstår ikke hvordan tanker fungerer
Et spesielt urovekkende spørsmål er hvordan vårt bevisste sinn kan oppleve unike sensasjoner som rød eller lukten av stekende kjøtt. Bortsett fra mennesker med synshemming, vet vi alle hvordan rødt ser ut, men vi kan ikke formidle denne følelsen, og i fysikk er det ingenting som kan fortelle oss hvordan det ser ut.
Følelser som disse kalles qualia. Vi oppfatter dem som ensartede egenskaper i den ytre verden, men i virkeligheten er de produkter av vår bevissthet - og dette er vanskelig å forklare. I 1995 kalte filosof David Chalmers dette bevissthetens "harde problem".
"Enhver tankekjede om sammenhengen mellom bevissthet og fysikk fører til alvorlige problemer," sier Kent.
Dette fikk ham til å antyde at "vi kunne gjøre noen fremskritt med å forstå problemet med bevissthetsutviklingen, hvis vi innrømmet (i det minste bare innrømmet) at bevisstheten endrer kvantesannsynligheter."
Med andre ord kan hjernen faktisk påvirke måleresultatene.
Fra dette synspunktet definerer det ikke "hva som er reelt." Men det kan påvirke sannsynligheten for at hver av de mulige realiteter pålagt av kvantemekanikk blir observert. Selv kvanteteori kan ikke forutsi dette. Og Kent tror vi kunne se etter slike manifestasjoner eksperimentelt. Selv dristig vurderer sjansene for å finne dem.
”Jeg antar med 15 prosent sikkerhet at bevissthet forårsaker avvik fra kvanteteorien; og ytterligere 3 prosent som vi eksperimentelt vil bekrefte dette i løpet av de neste 50 årene, sier han.
Hvis dette skjer, vil ikke verden være den samme. Det er verdt å utforske for det.
ILYA KHEL
