Ingen forstår, hvad bevidsthed er, og hvordan den fungerer. Ingen forstår heller kvantemekanik. Kunne dette være mere end bare en tilfældighed? "Jeg kan ikke identificere det virkelige problem, så jeg formoder, at der ikke er noget reelt problem, men jeg er ikke sikker på, at der ikke er noget reelt problem." Den amerikanske fysiker Richard Feynman sagde dette om kvantemekanikens mystiske paradokser. I dag bruger fysikere denne teori til at beskrive de mindste objekter i universet. Men han kunne sige det samme om det indviklede bevidsthedsproblem.
Nogle forskere mener, at vi allerede forstår bevidstheden, eller at det bare er en illusion. Men mange andre mener, at vi ikke engang er kommet tæt på bevidsthedens essens.
Et flerårigt puslespil kaldet "bevidsthed" har endda ført til, at nogle forskere forsøger at forklare det ved hjælp af kvantefysik. Men deres iver blev mødt med en vis mængde skepsis, og det er ikke overraskende: det synes urimeligt at forklare en gåte med en anden.
Men sådanne ideer er aldrig absurde og ikke engang fra loftet.
På den ene side, meget til fysikers forfærd, nægter sindet oprindeligt at forstå den tidlige kvanteteori. Desuden forventes kvantecomputere at være i stand til ting, som konventionelle computere ikke kan. Dette minder os om, at vores hjerner stadig er i stand til feats uden for rækkevidde af kunstig intelligens. "Kvantebevidsthed" er vidt latterligt som mystisk vrøvl, men ingen har været i stand til at fjerne den fuldstændigt.
Kvantemekanik er den bedste teori, vi har til at beskrive verden på niveauet med atomer og subatomære partikler. Det mest berømte af dets mysterier er måske det faktum, at resultatet af et kvanteeksperiment kan ændre sig afhængigt af, om vi beslutter at måle egenskaberne for partiklerne, der deltager i det eller ej.
Da pionererne inden for kvanteteorien først opdagede denne "observatøreffekt", blev de for alvor alarmerede. Det så ud til at undergrave antagelsen, der ligger til grund for al videnskab: at der er en objektiv verden derude, uafhængig af os. Hvis verden opfører sig afhængigt af hvordan - eller hvis - vi ser på den, hvad ville "virkeligheden" egentlig betyde?
Salgsfremmende video:
Nogle forskere er blevet tvunget til at konkludere, at objektivitet er en illusion, og at bevidstheden skal spille en aktiv rolle i kvanteteorien. Andre så simpelthen ikke nogen sund fornuft i dette. F.eks. Blev Albert Einstein irriteret: findes månen kun, når du ser på den?
I dag har nogle fysikere mistanke om, at det ikke er, at bevidsthed påvirker kvantemekanikken … men at den endda er sket takket være den. De mener, at vi muligvis har brug for kvanteteori for at forstå, hvordan hjernen overhovedet fungerer. Kan det være, at ligesom kvanteobjekter kan være to steder på samme tid, så kan en kvantehjerne samtidig betyde to gensidigt eksklusive ting?
Disse ideer er kontroversielle. Det kan vise sig, at kvantefysik ikke har noget at gøre med bevidsthedens arbejde. Men i det mindste demonstrerer de, at underlige kvanteteori får os til at tænke underlige ting.
Bedst af alt er, at kvantemekanik kører sig ind i menneskets bevidsthed gennem et dobbeltsnitseksperiment. Forestil dig en lysstråle, der rammer en skærm med to tæt adskilte parallelle spalter. Noget af lyset passerer gennem spalterne og falder på en anden skærm.
Du kan tænke på lys som en bølge. Når bølger passerer gennem to spalter, som i et eksperiment, kolliderer de - forstyrrer - med hinanden. Hvis deres toppe stemmer overens, forstærker de hinanden, hvilket resulterer i en række sort-hvide lysstrimler på en anden sort skærm.
Dette eksperiment blev brugt til at vise bølgen af lys i over 200 år, før kvanteteorien opstod. Derefter blev eksperimentet med en dobbelt spalte udført med kvantepartikler - elektroner. Dette er små ladede partikler, komponenter i et atom. På en uforståelig måde, men disse partikler kan opføre sig som bølger. Det vil sige, at de diffraheres, når en strøm af partikler passerer gennem to spalter, hvilket frembringer et interferensmønster.
Antag nu, at kvantepartikler passerer gennem spalterne en efter en, og deres ankomst på skærmen også vil blive observeret trin for trin. Nu er der intet indlysende, der kan få partiklen til at forstyrre sin vej. Men billedet af de partikler, der rammer, viser stadig frynser.
Alt tyder på, at hver partikel samtidig passerer gennem begge spalter og forstyrrer sig selv. Denne kombination af de to stier er kendt som superpositionstilstanden.
Men her er hvad der er mærkeligt.
Hvis vi placerer detektoren i en af spalterne eller bag den, kunne vi finde ud af, om partikler passerer gennem den eller ej. Men i dette tilfælde forsvinder interferensen. Den blotte kendsgerning om at observere en partikles sti - selvom denne observation ikke skulle forstyrre partiklens bevægelse - ændrer resultatet.
Fysiker Pascual Jordan, der arbejdede med kvanteguruen Niels Bohr i København i 1920'erne, udtrykte det på denne måde: "Observationer krænker ikke kun det, der skal måles, de bestemmer det … Vi tvinger kvantepartiklen til at vælge en bestemt position." Med andre ord, Jordan siger, at "vi foretager vores egne målinger."
I så fald kan objektiv virkelighed simpelthen smides ud af vinduet.
Men mændene slutter ikke der.
Hvis naturen ændrer sin adfærd afhængigt af om vi kigger eller ej, kan vi prøve at vri den rundt om fingrene. For at gøre dette kunne vi måle hvilken sti partiklen tog, når den passerede gennem dobbeltspalten, men først efter at have passeret den. På det tidspunkt skulle hun allerede "beslutte", om hun skulle gå gennem en sti eller gennem begge.
En amerikansk fysiker John Wheeler foreslog et sådant eksperiment i 1970'erne, og i løbet af de næste ti år blev der udført et eksperiment med "forsinket valg". Den bruger smarte metoder til at måle stierne for kvantepartikler (normalt lyspartikler - fotoner), når de vælger en sti eller en superposition af to.
Det viste sig, at det, som Bohr forudsagde, ikke gør nogen forskel, om vi udsætter målingerne eller ej. Så længe vi måler fotonens sti, før den rammer og registrerer sig i detektoren, er der ingen interferens. Det ser ud til, at naturen "ved" ikke kun når vi kigger, men også når vi planlægger at kigge.
Eugene Wigner
Hver gang vi i disse eksperimenter opdager stien til en kvantepartikel, skyder dens sky af mulige ruter til en enkelt veldefineret tilstand. Desuden antyder et forsinket eksperiment, at selve observationshandlingen uden fysisk indgreb forårsaget af målingen kan forårsage kollaps. Betyder dette, at ægte sammenbrud kun forekommer, når måleresultatet når vores bevidsthed?
Denne mulighed blev foreslået i 1930'erne af den ungarske fysiker Eugene Wigner. "Det følger heraf, at kvantebeskrivelsen af genstande er påvirket af de indtryk, der kommer ind i min bevidsthed," skrev han. "Solipsisme kan være logisk i overensstemmelse med kvantemekanikken."
Wheeler blev endda underholdt af tanken om, at tilstedeværelsen af levende ting, der var i stand til at "observere", omdannede det, der tidligere var et væld af mulige kvantefortid til en konkret historie. I denne forstand, siger Wheeler, bliver vi deltagere i universets udvikling lige fra starten. Ifølge ham lever vi i et "kompliceret univers."
Fysikere kan stadig ikke vælge den bedste fortolkning af disse kvanteeksperimenter, og du har til en vis grad ret til det. Men på en eller anden måde er underteksten indlysende: bevidsthed og kvantemekanik er på en eller anden måde forbundet.
Fra 1980'erne foreslog den engelske fysiker Roger Penrose, at denne forbindelse muligvis kunne fungere i en anden retning. Han sagde, at uanset om bevidsthed påvirker kvantemekanikken eller ej, måske kvantemekanik er involveret i bevidstheden.
Fysiker og matematiker Roger Penrose
Og Penrose spurgte også: hvad hvis der er molekylære strukturer i vores hjerne, der kan ændre deres tilstand som svar på en kvantehændelse? Kan disse strukturer antage en superpositionstilstand, som partiklerne i dobbeltslidseksperimentet? Kunne disse kvanteoverpositioner derefter manifestere sig i den måde neuroner kommunikerer gennem elektriske signaler?
Penrose sagde måske, at vores evne til at opretholde tilsyneladende uforenelige mentale tilstande ikke er en perceptuel underlig, men en reel kvanteeffekt?
Når alt kommer til alt ser den menneskelige hjerne ud til at være i stand til at behandle kognitive processer, der stadig er langt bedre end digitale computere med hensyn til kapaciteter. Vi er måske endda i stand til at udføre beregningsopgaver, der ikke kan udføres på almindelige computere ved hjælp af klassisk digital logik.
Penrose antydede først, at kvanteeffekter er til stede i det menneskelige sind i hans bog fra 1989 The Emperor's New Mind. Hans vigtigste idé var”orkestreret objektiv reduktion”. Objektiv reduktion betyder ifølge Penrose, at sammenbruddet af kvanteinterferens og superposition er en reel fysisk proces, ligesom en spræng boble.
Orkestreret målreduktion er afhængig af Penroses antagelse om, at tyngdekraft, der påvirker hverdagens genstande, stole eller planeter, ikke udviser kvanteeffekter. Penrose mener, at kvantesuperposition bliver umulig for objekter, der er større end atomer, fordi deres tyngdekraftpåvirkning derefter ville føre til eksistensen af to uforenelige versioner af rumtiden.
Derefter udviklede Penrose denne idé med den amerikanske læge Stuart Hameroff. I sin bog Shadows of the Mind (1994) foreslog han, at de strukturer, der var involveret i denne kvantekognition, kunne være proteinfilamenter - mikrotubuli. De findes i de fleste af vores celler, inklusive hjerne-neuroner. Penrose og Hameroff argumenterede for, at mikrotuber under svingningsprocessen kan antage en kvantesuperposition.
Men der er intet, der antyder, at dette overhovedet er muligt.
Det blev antaget, at ideen om kvanteoverpositioner i mikrotubulier ville blive understøttet af eksperimenter, der blev foreslået i 2013, men i disse undersøgelser nævnte de faktisk ikke kvanteeffekter. Derudover mener de fleste forskere, at ideen om orkestrerede objektive reduktioner blev debunkeret af en undersøgelse, der blev offentliggjort i 2000. Fysiker Max Tegmark beregnet, at kvantesuperpositioner af molekyler involveret i neurale signaler ikke ville kunne eksistere selv i det øjeblik, der kræves til signaloverførsel.
Kvanteeffekter, inklusive superposition, er meget skrøbelige og ødelægges i en proces kaldet decoherence. Denne proces skyldes interaktioner mellem et kvanteobjekt og dets miljø, da dets "kvante" lækker ud.
Decoherence blev antaget at være ekstremt hurtig i varme og fugtige miljøer, såsom levende celler.
Nervesignaler er elektriske impulser forårsaget af passage af elektrisk ladede atomer gennem væggene i nerveceller. Hvis et af disse atomer var i superposition og derefter kolliderede med en neuron, viste Tegmark, at superpositionen skulle henfalde på mindre end en milliarddel af en milliardedels sekund. Det tager ti tusind billioner gange længere for en neuron at udsende et signal.
Dette er grunden til, at ideer om kvanteeffekter i hjernen ikke testes af skeptikere.
Men Penrose insisterer ubarmhjertigt på OER-hypotesen. Og på trods af forudsigelsen af Tegmarks ultrahurtige decoherence i celler, har andre forskere fundet manifestationer af kvanteeffekter i levende ting. Nogle hævder, at kvantemekanik bruges af trækfugle, der bruger magnetisk navigation, og grønne planter, når de bruger sollys til at fremstille sukker gennem fotosyntesen.
Når det er sagt, nægter ideen om, at hjernen kan bruge kvantetricks, at gå væk. Fordi de fandt et andet argument til sin fordel.
Kan fosfor opretholde en kvantetilstand?
I en 2015-undersøgelse argumenterede fysiker Matthew Fisher fra University of California, Santa Barbara, at hjernen kan indeholde molekyler, der kan modstå stærkere kvanteoverlejringer. Især mener han, at kernerne i fosforatomer kan have denne evne. Fosforatomer findes overalt i levende celler. De har ofte form af fosfationer, hvor et fosforatom kombineres med fire iltatomer.
Sådanne ioner er hovedenheden af energi i celler. Det meste af cellens energi lagres i ATP-molekyler, der indeholder en sekvens af tre fosfatgrupper bundet til et organisk molekyle. Når et af fosfaterne afskæres, frigives energi, der bruges af cellen.
Celler har molekylære maskiner til at samle fosfationer i klynger og nedbryde dem. Fisher foreslog en ordning, hvor to fosfationer kan placeres i en superposition af en bestemt art: i en sammenfiltret tilstand.
Fosforkerner har en kvanteegenskab - spin - der får dem til at ligne små magneter med poler, der peger i bestemte retninger. I en sammenfiltret tilstand afhænger drejningen af den ene fosforkerne af den anden. Med andre ord er sammenfiltrede tilstande superpositionstilstande, der involverer mere end en kvantepartikel.
Fisher siger, at kvantemekanisk opførsel af disse nukleare spins kan imødegå decoherence. Han er enig med Tegmark i, at de kvantevibrationer, som Penrose og Hameroff talte om, vil være meget afhængige af deres omgivelser og "decohere næsten øjeblikkeligt." Men kernenes spins interagerer ikke så stærkt med deres miljø.
Og alligevel skal kvanteadfærden hos spændingerne af fosforkerner være "beskyttet" mod decoherence.
Kvantepartikler kan have forskellige spin
Dette kan ske, siger Fischer, hvis fosforatomer er inkorporeret i større genstande kaldet "Posner-molekyler." De er klynger af seks fosfationer kombineret med ni calciumioner. Der er nogle indikationer på, at sådanne molekyler kan være i levende celler, men indtil videre er de ikke meget overbevisende.
I Posner-molekyler, argumenterer Fischer, kan spinserne af fosfor modstå decoherence i en dag eller deromkring, selv i levende celler. Derfor kan de også påvirke hjernens funktion.
Ideen er, at Posners molekyler kan optages af neuroner. Når molekylerne først er inde, aktiverer et signal til en anden neuron, henfalder og frigiver calciumioner. På grund af sammenfiltringen i Posners molekyler kan to af disse signaler blive sammenfiltret i sin tur: på en eller anden måde vil det være en kvantesuperposition af "tanke."”Hvis kvanteforarbejdning med nukleare spins faktisk er til stede i hjernen, ville det være ekstremt almindeligt, og det sker hele tiden,” siger Fisher.
Denne idé kom først til ham, da han tænkte på mental sygdom.
Lithiumcarbonatkapsel
”Min introduktion til hjernebiokemi begyndte, da jeg for tre til fire år siden besluttede at undersøge, hvordan og hvorfor lithiumion har en så radikal effekt i behandlingen af mentale helbredsproblemer,” siger Fischer.
Lithium-medicin er vidt brugt til behandling af bipolar lidelse. De fungerer, men ingen ved virkelig hvorfor.
”Jeg ledte ikke efter en kvanteforklaring,” siger Fisher. Men så kom han over et papir, der beskrev, hvordan lithiumpræparater havde forskellige effekter på rotters opførsel afhængigt af hvilken form - eller "isotop" - af lithium blev brugt.
Dette forundrede forskere i starten. Kemisk opfører forskellige isotoper sig meget på samme måde, så hvis lithium virkede som et almindeligt lægemiddel, skal isotoperne have haft den samme effekt.
Nerveceller er forbundet til synapser
Men Fischer indså, at kernerne i atomer i forskellige lithiumisotoper kan have forskellige spins. Denne kvanteegenskab kan påvirke, hvordan lithiumbaserede lægemidler fungerer. For eksempel, hvis lithium erstatter calcium i Posner-molekyler, kan lithiumspins have en effekt på fosforatomer og forhindre, at de sammenfiltreres.
Hvis dette er sandt, kan det også forklare, hvorfor lithium kan behandle bipolar lidelse.
På dette tidspunkt er Fischers gæt ikke andet end en spændende idé. Men der er flere måder at kontrollere det på. F.eks. At spin af fosfor i Posner-molekyler kan opretholde kvantesammenhæng i lang tid. Dette er Fisher og planlægger at undersøge yderligere.
Alligevel er han på vagt over for at blive forbundet med tidligere begreber om "kvantebevidsthed", som han i bedste fald betragter som spekulativ.
Bevidsthed er et dybt mysterium
Fysikere er ikke meget begejstrede for at være inde i deres egne teorier. Mange af dem håber, at bevidsthed og hjerne kan udvindes fra kvanteteori, og måske omvendt. Men vi ved ikke, hvad der er bevidsthed, og hvad så er det faktum, at vi ikke har en teori, der beskriver den.
Desuden er der lejlighedsvis høje udråbstegn over, at kvantemekanik giver os mulighed for at mestre telepati og telekinesis (og selvom et sted i dybden af begreber kan dette være tilfældet, tager folk alt for bogstaveligt). Derfor er fysikere generelt bange for at nævne ordene "kvante" og "bevidsthed" i en sætning.
I 2016 foreslog Adrian Kent fra University of Cambridge i Storbritannien, en af de mest respekterede "kvantefilosoffer", at bevidsthed kan ændre opførelsen af kvantesystemer på en subtil, men påviselig måde. Kent er meget forsigtig med sine udsagn.”Der er ingen overbevisende grund til at tro, at kvanteteori er en passende teori, hvorfra man kan trække en bevidststeori, eller at kvanteteoriens problemer på en eller anden måde skal overlappe hinanden med bevidsthedens problem,” indrømmer han.
Men han tilføjer, at det er helt uforståeligt, hvordan man kan udlede en beskrivelse af bevidsthed, der udelukkende er baseret på pre-kvantefysik, hvordan man beskriver alle dens egenskaber og funktioner.
Vi forstår ikke, hvordan tanker fungerer
Et særligt bekymrende spørgsmål er, hvordan vores bevidste sind kan opleve unikke fornemmelser som rød eller duften af stege kød. Bortset fra mennesker med synsnedsættelser ved vi alle, hvordan rødt ser ud, men vi kan ikke formidle denne følelse, og i fysik er der intet, der kan fortælle os, hvordan det ser ud.
Følelser som disse kaldes qualia. Vi opfatter dem som ensartede egenskaber ved den eksterne verden, men i virkeligheden er de produkter af vores bevidsthed - og det er vanskeligt at forklare. I 1995 kaldte filosof David Chalmers dette bevidsthedens "hårde problem".
”Enhver tankekæde om forbindelsen mellem bevidsthed og fysik fører til alvorlige problemer,” siger Kent.
Dette fik ham til at antyde, at "vi kunne gøre nogle fremskridt med at forstå problemet med udviklingen af bevidsthed, hvis vi indrømmede (i det mindste bare indrømmede), at bevidstheden ændrer kvantesandsynligheder."
Med andre ord kan hjernen faktisk påvirke måleresultaterne.
Fra dette synspunkt definerer det ikke "hvad der er reelt." Men det kan påvirke sandsynligheden for, at hver af de mulige realiteter, der pålægges af kvantemekanikken, overholdes. Selv kvante teori i sig selv kan ikke forudsige dette. Og Kent mener, at vi eksperimentelt kunne se efter sådanne manifestationer. Selv med frimodighed vurderer chancerne for at finde dem.
”Jeg antager med 15 procent sikkerhed, at bevidsthed skaber afvigelser fra kvanteteorien; og yderligere 3 procent, som vi eksperimentelt vil bekræfte dette i de næste 50 år,”siger han.
Hvis dette sker, vil verden ikke være den samme. Det er værd at udforske for det.
ILYA KHEL