Nitko ne razumije što je svijest i kako funkcionira. Nitko ne razumije kvantnu mehaniku. Može li to biti više od slučajnosti? "Ne mogu prepoznati pravi problem, pa pretpostavljam da nema pravog problema, ali nisam siguran da nema stvarnog problema." Američki fizičar Richard Feynman rekao je ovo o misterioznim paradoksima kvantne mehanike. Danas fizičari koriste ovu teoriju za opisivanje najmanjih predmeta u svemiru. Ali mogao je reći isto o zamršenom problemu svijesti.
Neki znanstvenici misle da svijest već razumijemo ili da je to samo iluzija. Ali mnogi drugi misle da se nismo ni približili suštini svijesti.
Višegodišnja zagonetka nazvana "svijest" čak je navela neke znanstvenike da je pokušaju objasniti koristeći kvantnu fiziku. Ali njihova je revnost bila ispunjena prilično skepticizmom, i to ne čudi: izgleda nerazumno objasniti jednu zagonetku s drugom.
Ali takve ideje nikada nisu apsurdne, pa čak ni sa stropa.
S jedne strane, na užas fizičara, um u početku odbija shvatiti ranu kvantnu teoriju. Nadalje, predviđa se da su kvantna računala sposobna za stvari koje konvencionalna računala ne mogu. To nas podsjeća da su naši mozgovi još uvijek sposobni za podvige izvan dosega umjetne inteligencije. "Kvantna svijest" naširoko se ismijava kao mistična glupost, ali nitko je nije uspio potpuno rastjerati.
Kvantna mehanika je najbolja teorija koju imamo za opisivanje svijeta na razini atoma i subatomskih čestica. Možda je najpoznatija njegova misterija činjenica da se rezultat kvantnog eksperimenta može mijenjati ovisno o tome odlučimo li izmjeriti svojstva čestica koje su u njemu uključene ili ne.
Kad su pioniri kvantne teorije prvi put otkrili taj „promatrački efekt“, bili su usko alarmirani. Činilo se da potkopava pretpostavku na kojoj stoji cijela znanost: da postoji vani objektivni svijet, neovisan o nama. Ako se svijet ponaša ovisno o tome kako - ili ako - gledamo, što bi zapravo značila "stvarnost"?
Promotivni video:
Neki su znanstvenici bili prisiljeni zaključiti da je objektivnost iluzija i da svijest mora igrati aktivnu ulogu u kvantnoj teoriji. Drugi jednostavno u tome nisu vidjeli nikakav zdrav razum. Na primjer, Albert Einstein se nervirao: postoji li mjesec samo kad ga pogledate?
Danas neki fizičari sumnjaju da nije da svijest utječe na kvantnu mehaniku … već da se to čak i dogodilo zahvaljujući njoj. Vjeruju da će nam možda trebati kvantna teorija da bismo shvatili kako mozak uopće radi. Je li moguće da baš kao što kvantni objekti mogu biti na dva mjesta istovremeno, tako i kvantni mozak može istovremeno značiti dvije međusobno isključive stvari?
Te su ideje kontroverzne. Može se ispostaviti da kvantna fizika nema nikakve veze s djelovanjem svijesti. Ali barem pokazuju da nas čudna kvantna teorija tjera da razmišljamo čudnim stvarima.
Najbolje od svega, kvantna mehanika ulazi u ljudsku svijest kroz eksperiment s dvostrukim prorezom. Zamislite snop svjetlosti koji udara u zaslon s dva usko razmaknuta paralelna proreza. Dio svjetlosti prolazi kroz proreze i pada na drugi ekran.
Možete razmišljati o svjetlu kao o valu. Kad valovi prođu kroz dvije proreze, kao u eksperimentu, sudaraju se - interferiraju - jedni s drugima. Ako se njihovi vrhovi podudaraju, oni se pojačavaju, što rezultira nizom crno-bijelih pruga svjetla na drugom crnom ekranu.
Ovaj eksperiment korišten je za prikaz valne prirode svjetlosti više od 200 godina prije pojave kvantne teorije. Zatim je proveden eksperiment s dvostrukim prorezom s kvantnim česticama - elektronima. To su sitne nabijene čestice, komponente atoma. Na nerazumljiv način, ali te se čestice mogu ponašati poput valova. Odnosno, oni se difriraju kada tok čestica prolazi kroz dvije proreze, stvarajući interferencijski uzorak.
Pretpostavimo sada da kvantne čestice prolaze kroz proreze jedna po jedna i njihov dolazak na ekran također će se promatrati korak po korak. Sada nema ničega očiglednog zbog čega bi se čestica miješala na svom putu. Ali slika čestica koje su udarale i dalje će pokazati rubove.
Sve ukazuje da svaka čestica istovremeno prolazi kroz obje proreze i miješa se u sebe. Ova kombinacija dvaju putova poznata je kao stanje superpozicije.
Ali evo što je čudno.
Ako detektor stavimo u neku od proreza ili iza njega, mogli bismo saznati prolaze li čestice kroz njega ili ne. Ali u ovom slučaju smetnja nestaje. Sama činjenica promatranja putanje čestice - čak i ako to promatranje ne smije ometati kretanje čestice - mijenja rezultat.
Fizičar Pascual Jordan, koji je 1920-ih u Kopenhagenu radio u kvantnom guruu Nielsu Bohru, to je izrekao ovako: "Promatranja ne samo da krše ono što treba mjeriti, već i oni određuju … Prisiljavamo kvantnu česticu da odabere određeni položaj." Drugim riječima, Jordan kaže da "radimo vlastita mjerenja."
Ako je to slučaj, objektivnu stvarnost možete jednostavno baciti kroz prozor.
Ali tu ne prestaju čudnosti.
Ako priroda promijeni svoje ponašanje ovisno o tome gledamo li ili ne, mogli bismo ga pokušati uviti oko prstiju. Da bismo to učinili, mogli smo izmjeriti koji je put čestica prošla prolazeći kroz dvostruki prorez, ali tek nakon što je prošao kroz njega. Do tog trenutka ona bi već trebala "odlučiti" hoće li krenuti jednim putem ili kroz oba.
Američki fizičar John Wheeler predložio je takav eksperiment u 1970-ima, a tijekom sljedećih deset godina proveden je eksperiment s "odgođenim izborom". Koristi pametne metode za mjerenje putanja kvantnih čestica (obično svjetlosnih čestica - fotona) nakon što odaberu jedan put ili superpoziciju dva.
Pokazalo se da, kao što je Bohr predvidio, nema razlike hoćemo li odgoditi mjerenja ili ne. Sve dok mjerimo putanju fotona prije nego što pogodi i registriramo se u detektoru, nema smetnji. Čini se da priroda "zna" ne samo kad zavirujemo, već i kada planiramo zaviriti.
Eugene Wigner
Kad god u tim eksperimentima otkrijemo put kvantne čestice, njezin se oblak mogućih ruta "smanjuje" u jedno dobro definirano stanje. Štoviše, odgođeni eksperiment sugerira da sam čin promatranja, bez ikakve fizičke intervencije uzrokovane mjerenjem, može prouzrokovati kolaps. Znači li to da se pravi kolaps događa tek kada rezultat mjerenja dosegne našu svijest?
Tu mogućnost je u 1930-ima predložio mađarski fizičar Eugene Wigner. "Iz toga proizlazi da na kvantni opis predmeta utječu dojmovi koji ulaze u moju svijest", napisao je. "Solipsizam može biti logično u skladu s kvantnom mehanikom."
Wheelera je čak zabavila ideja da je prisustvo živih bića sposobnih „promatranja“pretvorilo ono što je prethodno bilo mnoštvo moguće kvantne prošlosti u jednu konkretnu priču. U tom smislu, kaže Wheeler, od samog početka postajemo sudionici evolucije svemira. Prema njegovim riječima, živimo u "sveukupnom saučesniku".
Fizičari još uvijek ne mogu odabrati najbolju interpretaciju ovih kvantnih eksperimenata, i na neki način imate pravo na to. Ali, na ovaj ili onaj način, podtekst je očit: svijest i kvantna mehanika nekako su povezani.
Početkom 1980-ih engleski fizičar Roger Penrose sugerirao je da bi ta veza mogla djelovati u drugom smjeru. Rekao je da bez obzira na to utječe li svijest na kvantnu mehaniku ili ne, možda je kvantna mehanika uključena u svijest.
Fizičar i matematičar Roger Penrose
I Penrose je također pitao: što ako postoje molekularne strukture u našem mozgu koje mogu promijeniti svoje stanje kao odgovor na jedan kvantni događaj? Mogu li ove strukture poprimiti stanje superpozicije, poput čestica u eksperimentu s dvostrukim prorezom? Mogu li se te kvantne superpozicije očitovati u načinu na koji neuroni komuniciraju putem električnih signala?
Možda, rekao je Penrose, naša sposobnost da održavamo naizgled nespojiva mentalna stanja nije opažačka stvar, već pravi kvantni efekt?
Napokon, čini se da je ljudski mozak sposoban obraditi kognitivne procese koji su u pogledu mogućnosti i dalje daleko bolji od digitalnih računala. Možda ćemo čak moći obavljati računske zadatke koji se ne mogu izvoditi na običnim računalima koristeći klasičnu digitalnu logiku.
Penrose je prvi sugerirao da su kvantni efekti prisutni u ljudskom umu u njegovoj knjizi iz 1989. godine, Carski novi um. Njegova glavna ideja bila je "orkestrirano smanjivanje ciljeva". Objektivno smanjenje, prema Penroseu, znači da je kolaps kvantne smetnje i superpozicija pravi fizički proces, poput puhajućeg mjehurića.
Orkestrirano smanjivanje cilja oslanja se na Penroseovu pretpostavku da gravitacija koja utječe na svakodnevne predmete, stolice ili planete ne pokazuje kvantne efekte. Penrose smatra da kvantna superpozicija postaje nemoguća za objekte veće od atoma, jer bi njihov gravitacijski utjecaj tada doveo do postojanja dvije nespojive verzije svemirskog vremena.
Tada je Penrose tu ideju razvio s američkim liječnikom Stuartom Hameroffom. U svojoj knjizi Shadows of the Mind (1994) sugerirao je da strukture uključene u ovu kvantnu spoznaju mogu biti proteinski filamenti - mikrotubule. Nalaze se u većini naših stanica, uključujući neurone mozga. Penrose i Hameroff tvrdili su da tijekom procesa oscilacije mikrotubule mogu pretpostaviti stanje kvantne superpozicije.
Ali ništa ne sugerira da je to uopće moguće.
Pretpostavljalo se da će ideju kvantnih superpozicija u mikrotubulama podržati eksperimenti predloženi u 2013., ali zapravo, te studije nisu spominjale kvantne efekte. Osim toga, većina istraživača vjeruje da je ideja o orkestriranom objektivnom redukciji debitirala studija objavljena 2000. godine. Fizičar Max Tegmark izračunao je da kvantne superpozicije molekula uključenih u neuronske signale neće moći postojati ni trenutak koji je potreban za prijenos signala.
Kvantni efekti, uključujući superpoziciju, vrlo su krhki i uništavaju se u procesu koji se zove dekoherencija. Taj je proces posljedica interakcije kvantnog objekta s okolinom, budući da njegov "kvant" curi van.
Smatralo se da je dekoherenca iznimno brza u toplim i vlažnim okruženjima poput živih stanica.
Živčani signali su električni impulsi uzrokovani prolaskom električno nabijenih atoma kroz stijenke živčanih stanica. Ako se jedan od tih atoma nalazio u superpoziciji, a zatim se sudario s neuronom, Tegmark je pokazao da bi superpozicija trebala propadati za manje od jedne milijarde milijarde sekunde. Potrebno je deset tisuća trilijuna puta duže da bi neuron mogao emitirati signal.
Zbog toga skeptici ne testiraju ideje o kvantnim efektima u mozgu.
No, Penrose neumoljivo inzistira na hipotezi OER. I usprkos predviđanju Tegmarkove ultrabrze dekoherencije u stanicama, drugi su znanstvenici otkrili manifestacije kvantnih učinaka u živim bićima. Neki tvrde da kvantnu mehaniku koriste ptice selice, koje koriste magnetsku navigaciju, i zelene biljke, kada sunčevu svjetlost koriste za stvaranje šećera fotosintezom.
Ipak, ideja da mozak koristi kvantne trikove odbija otići. Jer su našli još jedan argument u njenu korist.
Može li fosfor održavati kvantno stanje?
U studiji iz 2015. fizičar Matthew Fisher sa kalifornijskog sveučilišta u Santa Barbari tvrdio je da mozak može sadržavati molekule koje mogu izdržati moćnije kvantne superpozicije. Konkretno, vjeruje da jezgre atoma fosfora mogu imati tu sposobnost. Atomi fosfora nalaze se posvuda u živim stanicama. Oni često imaju oblik fosfatnih iona u kojima se jedan atom fosfora kombinira s četiri atoma kisika.
Takvi su ioni glavna jedinica energije u stanicama. Većina energije stanice pohranjena je u ATP molekulama, koje sadrže niz od tri fosfatne skupine vezane na organsku molekulu. Kad se jedan od fosfata odstrani, oslobađa se energija koju stanica koristi.
Stanice imaju molekularne strojeve za skupljanje fosfatnih iona u grozdove i razbijanje istih. Fisher je predložio shemu u kojoj se dva fosfatna iona mogu staviti u superpoziciju određene vrste: u zapetljanom stanju.
Jezgre fosfora imaju kvantno svojstvo - spinovanje - zbog čega izgledaju poput malih magneta s polovima koji su usmjereni u određenim smjerovima. U zapetljanom stanju centrifuga jedne jezgre fosfora ovisi o drugoj. Drugim riječima, zapletena stanja su stanja superpozicije koja uključuju više od jedne kvantne čestice.
Fisher kaže da se kvantno mehaničko ponašanje tih nuklearnih spinova može suprotstaviti koherenciji. On se slaže s Tegmarkom da će kvantne vibracije o kojima su Penrose i Hameroff razgovarali biti u velikoj mjeri ovisne o njihovoj okolini i "odmah se dekoriraju". Ali centrifuga jezgre ne djeluje tako snažno u okruženju.
Pa ipak, kvantno ponašanje spina fosfornih jezgara mora biti "zaštićeno" od dekoherencije.
Kvantne čestice mogu imati različita centrifuga
To bi se moglo dogoditi, kaže Fischer, ako se atomi fosfora ugrade u veće objekte pod nazivom "Posnerove molekule". Oni su grozdovi šest fosfatnih iona kombiniranih s devet kalcijevih iona. Postoje pokazatelji da takve molekule mogu biti u živim stanicama, ali zasad nisu baš uvjerljive.
Fischer tvrdi da molekule Posnera, fosfor može oduprijeti dekoherenciji tokom dana ili tako, čak i u živim stanicama. Stoga mogu utjecati i na rad mozga.
Ideja je da Posnerove molekule mogu preuzeti neuroni. Jednom unutar, molekule će aktivirati signal drugom neuronu, propadajući i oslobađajući kalcijeve ione. Zbog zapletenosti u Posnerovim molekulama, dva od ovih signala mogu se zaplesti zauzvrat: to će na neki način biti kvantna superpozicija "misli". "Ako je kvantna obrada nuklearnim spinovima zapravo prisutna u mozgu, to bi bilo izuzetno uobičajeno i događalo se cijelo vrijeme", kaže Fisher.
Ta mu je ideja prvo pala kad je razmišljao o mentalnoj bolesti.
Litij-karbonatna kapsula
"Moje upoznavanje s biokemijom mozga počelo je kad sam prije tri do četiri godine odlučio istražiti kako i zašto litijev ion ima tako radikalan učinak u liječenju problema mentalnog zdravlja", kaže Fischer.
Litijevi lijekovi naširoko se koriste za liječenje bipolarnog poremećaja. Djeluju, ali nitko zapravo ne zna zašto.
"Nisam tražio kvantno objašnjenje", kaže Fisher. Ali tada je naišao na članak koji je opisao kako preparati litija imaju različite učinke na ponašanje štakora ovisno o tome koji se oblik litijuma koristi - ili "izotop".
U početku su to zbunili znanstvenici. Kemijski se različiti izotopi ponašaju na isti način, tako da ako je litij djelovao kao uobičajeni lijek, izotopi su sigurno imali isti učinak.
Živčane stanice povezane su u sinapse
Ali Fischer je shvatio da jezgre atoma različitih litijevih izotopa mogu imati različite spinove. Ovo kvantno svojstvo može utjecati na djelovanje lijekova na bazi litija. Na primjer, ako litij zamjenjuje kalcij u Posnerovim molekulama, uganuće litija može imati utjecaj na atome fosfora i spriječiti njihovo umetanje.
Ako je to istina, to bi također moglo objasniti zašto litij može liječiti bipolarni poremećaj.
U ovom trenutku, Fischerovo nagađanje nije ništa drugo do intrigantna ideja. Ali postoji nekoliko načina kako to provjeriti. Na primjer, da fosfor folije u Posnerovim molekulama može dugo održavati kvantnu koherenciju. Ovo je Fisher i planira dalje provjeriti.
Pa ipak, on je oprezan da bude povezan s ranijim pojmovima "kvantne svijesti", koje u najboljem slučaju smatra spekulativnim.
Svijest je duboka misterija
Fizičarima se ne sviđa biti unutar vlastitih teorija. Mnogi od njih se nadaju da se svijest i mozak mogu izvući iz kvantne teorije, a možda i obrnuto. Ali ne znamo što je svijest, a kamoli činjenica da nemamo teoriju koja bi je opisala.
Štoviše, povremeno se čuju glasni uzvici da će nam kvantna mehanika omogućiti svladavanje telepatije i telekineze (i iako to negdje u dubini pojmova može biti tako, ljudi sve uzimaju doslovno). Stoga se fizičari općenito boje spomenuti riječi "kvant" i "svijest" u jednoj rečenici.
Godine 2016. Adrian Kent sa Sveučilišta u Cambridgeu u Velikoj Britaniji, jedan od najcjenjenijih "kvantnih filozofa", sugerirao je da svijest može promijeniti ponašanje kvantnih sustava na suptilan, ali otkriti način. Kent je vrlo oprezan u svojim izjavama. "Ne postoji uvjerljiv razlog da se vjeruje da je kvantna teorija prikladna teorija iz koje se može izvući teorija svijesti ili da se problemi kvantne teorije moraju nekako preklapati s problemom svijesti", priznaje.
No dodaje kako je potpuno neshvatljivo kako možete izvući opis svijesti, koji se temelji isključivo na pretkvantanskoj fizici, kako opisati sva njegova svojstva i značajke.
Ne razumijemo kako misli funkcioniraju
Jedno posebno zabrinjavajuće pitanje je kako naš svjesni um može doživjeti jedinstvene senzacije poput crvene ili mirisa pečenog mesa. Osim ljudi s oštećenjem vida, svi znamo kako izgleda crvena boja, ali taj osjećaj ne možemo prenijeti, a u fizici nema ničega što bi nam moglo reći kako izgleda.
Osjećaji poput ovih nazivaju se qualia. Mi ih doživljavamo kao jednolika svojstva vanjskog svijeta, ali u stvarnosti su proizvodi naše svijesti - a to je teško objasniti. Godine 1995. filozof David Chalmers ovo je nazvao "teškim problemom" svijesti.
"Svaki lanac misli o vezi između svijesti i fizike vodi do ozbiljnih problema", kaže Kent.
To ga je potaknulo da sugerira da "bismo mogli postići određeni napredak u razumijevanju problema evolucije svijesti, ako priznamo (barem tek priznamo) da svijest mijenja kvantne vjerojatnosti".
Drugim riječima, mozak zapravo može utjecati na rezultate mjerenja.
S ove točke gledišta ne definira "što je stvarno". Ali to može utjecati na vjerojatnost da će se promatrati svaka moguća stvarnost nametnuta kvantnom mehanikom. Čak ni sama kvantna teorija to ne može predvidjeti. A Kent smatra da bismo takve manifestacije mogli potražiti eksperimentalno. Čak i hrabro procjenjuje šanse da ih pronađete.
"Pretpostavljao bih sa 15 posto sigurnosti da svijest uzrokuje odstupanja od kvantne teorije; i još 3 posto što ćemo eksperimentalno potvrditi u sljedećih 50 godina ", kaže on.
Ako se to dogodi, svijet neće biti isti. Za to vrijedi istražiti.
ILYA KHEL