Neviens nesaprot, kas ir apziņa un kā tā darbojas. Neviens nesaprot arī kvantu mehāniku. Vai tas varētu būt kas vairāk nekā tikai nejaušība? "Es nevaru identificēt reālo problēmu, tāpēc man ir aizdomas, ka patiesas problēmas nav, bet es neesmu pārliecināts, ka reālas problēmas nav." Amerikāņu fiziķis Ričards Feinmans teica to par noslēpumainajiem kvantu mehānikas paradoksiem. Mūsdienās fiziķi izmanto šo teoriju, lai aprakstītu mazākos objektus Visumā. Bet to pašu viņš varēja pateikt par sarežģīto apziņas problēmu.
Daži zinātnieki domā, ka mēs jau saprotam apziņu vai ka tā ir tikai ilūzija. Bet daudzi citi domā, ka mēs pat neesam pietuvojušies apziņas būtībai.
Daudzgadīga mīkla, ko sauc par “apziņu”, pat ir likusi dažiem zinātniekiem mēģināt to izskaidrot, izmantojot kvantu fiziku. Bet viņu dedzība tika uztverta ar diezgan lielu skepsi, un tas nav pārsteidzoši: šķiet nepamatoti izskaidrot vienu mīklu ar otru.
Bet šādas idejas nekad nav absurdas un pat ne no griestiem.
No vienas puses, fiziķu sašutumam prāts sākotnēji atsakās izprast agrīno kvantu teoriju. Turklāt tiek prognozēts, ka kvantu datori ir spējīgi uz lietām, kuras parastie datori nespēj. Tas mums atgādina, ka mūsu smadzenes joprojām ir spējīgas uz varoņdarbiem, kurus mākslīgais intelekts nepieļauj. "Kvantu apziņa" tiek plaši izsmieta kā mistiskas muļķības, taču neviens nav spējis to pilnībā kliedēt.
Kvantu mehānika ir labākā teorija, kas mums pieejama, lai aprakstītu pasauli atomu un subatomisko daļiņu līmenī. Varbūt visslavenākais no tās noslēpumiem ir fakts, ka kvantu eksperimenta rezultāts var mainīties atkarībā no tā, vai mēs nolemjam izmērīt tajā iesaistīto daļiņu īpašības vai nē.
Kad kvantu teorijas pionieri pirmo reizi atklāja šo "novērotāja efektu", viņi bija nopietni satraukti. Likās, ka tas grauj pieņēmumu, kas ir visas zinātnes pamatā: ka tur ir objektīva pasaule, neatkarīga no mums. Ja pasaule uzvedas atkarībā no tā, kā - vai ja - mēs uz to skatāmies, ko īsti nozīmētu "realitāte"?
Reklāmas video:
Daži zinātnieki ir bijuši spiesti secināt, ka objektivitāte ir ilūzija un ka apziņai ir jābūt aktīvai lomai kvantu teorijā. Citi tajā vienkārši neredzēja veselo saprātu. Piemēram, Alberts Einšteins bija nokaitināts: vai mēness eksistē tikai tad, kad jūs to skatāties?
Mūsdienās dažiem fiziķiem ir aizdomas, ka nav tā, ka apziņa ietekmē kvantu mehāniku … bet gan tas, ka tā radās tieši tās dēļ. Viņi uzskata, ka mums var būt nepieciešama kvantu teorija, lai saprastu, kā smadzenes vispār darbojas. Vai var būt, ka tāpat kā kvantu objekti vienlaikus var atrasties divās vietās, tātad kvantu smadzenes var vienlaikus nozīmēt arī divas savstarpēji izslēdzošas lietas?
Šīs idejas ir pretrunīgas. Var izrādīties, ka kvantu fizikai nav nekā kopīga ar apziņas darbību. Bet vismaz viņi parāda, ka dīvainā kvantu teorija liek mums domāt par dīvainām lietām.
Vislabākais ir tas, ka kvantu mehānika nonāk cilvēka apziņā, izmantojot dubultā spraugas eksperimentu. Iedomājieties, kā gaismas stars triecas ekrānā ar diviem cieši izvietoti paralēliem spraugām. Daļa gaismas iziet cauri spraugām un nokrīt uz cita ekrāna.
Jūs varat domāt par gaismu kā vilni. Kad viļņi šķērso divas spraugas, tāpat kā eksperimentā, tie saduras - traucē - viens otram. Ja to virsotnes sakrīt, tās pastiprina viena otru, kā rezultātā otrajā melnajā ekrānā parādās virkne melnbaltu gaismas svītru.
Šis eksperiments tika izmantots, lai parādītu gaismas viļņu raksturu vairāk nekā 200 gadus pirms kvantu teorijas parādīšanās. Tad tika veikts eksperiments ar divkāršu spraugu ar kvantu daļiņām - elektroniem. Tās ir sīkas lādētas daļiņas, atoma sastāvdaļas. Nesaprotami, bet šīs daļiņas var izturēties kā viļņi. Tas ir, tie ir difrakcijas, kad daļiņu straume iet caur divām spraugām, radot traucējumus.
Tagad pieņemsim, ka kvantu daļiņas pa spraugām iziet cauri šķēlumiem, un to ienākšana ekrānā tiks novērota arī soli pa solim. Tagad nekas nav acīmredzams, kas liktu daļiņai iejaukties tās ceļā. Bet tajā redzamajā daļiņu attēlā joprojām būs bārkstis.
Viss norāda uz to, ka katra daļiņa vienlaicīgi iziet cauri abām spraugām un pati sev traucē. Šī divu ceļu kombinācija ir zināma kā superpozīcijas stāvoklis.
Bet šeit ir kas savādi.
Ja mēs ievietojam detektoru vienā spraugā vai aiz tā, mēs varētu uzzināt, vai daļiņas caur to iziet. Bet šajā gadījumā iejaukšanās pazūd. Rezultātu maina tikai fakts, ka novēro daļiņas ceļu - pat ja šim novērojumam nevajadzētu traucēt daļiņas kustībai.
Fiziķis Pascual Jordan, kurš 1920. gados strādāja ar kvantu guru Nīlu Bohu Kopenhāgenā, to pateica šādi: "Novērojumi ne tikai pārkāpj to, kas būtu jāmēra, bet arī to nosaka … Mēs piespiežam kvantu daļiņu izvēlēties noteiktu pozīciju." Citiem vārdiem sakot, Jordānija saka, ka "mēs paši veicam mērījumus".
Ja tā, objektīvo realitāti var vienkārši izmest pa logu.
Bet dīvainības nebeidzas ar to.
Ja daba maina savu izturēšanos atkarībā no tā, vai mēs skatāmies vai nē, mēs varētu mēģināt to savīt ap pirkstiem. Lai to izdarītu, mēs varētu izmērīt, kuru ceļu daļiņa veica, šķērsojot dubultā spraugu, bet tikai pēc tam, kad to šķērsoja. Līdz tam laikam viņai jau vajadzētu "izlemt", vai iet pa vienu ceļu vai caur abiem.
Amerikāņu fiziķis Džons Vellers 70. gados ierosināja šādu eksperimentu, un nākamo desmit gadu laikā tika veikts eksperiments ar "aizkavētu izvēli". Tajā tiek izmantotas gudras metodes, lai izmērītu kvantu daļiņu (parasti gaismas daļiņas - fotoni) ceļus pēc tam, kad viņi ir izvēlējušies vienu ceļu vai divu superpozīciju.
Izrādījās, ka, kā prognozēja Bohrs, nav nozīmes tam, vai atlikt mērījumus vai ne. Kamēr mēs izmērām fotona ceļu, pirms tas nonāk un reģistrējas detektorā, traucējumi netiek veikti. Liekas, ka daba "zina" ne tikai tad, kad mēs palūkojamies, bet arī tad, kad plānojam palūrēt.
Eugene Wigner
Ikreiz, kad šajos eksperimentos tiek atklāts kvantu daļiņu ceļš, tā iespējamo ceļu mākonis "saraujas" vienā precīzi definētā stāvoklī. Turklāt novēlots eksperiments liek domāt, ka pats novērošanas akts bez jebkādas mērīšanas izraisītas fiziskas iejaukšanās var izraisīt sabrukumu. Vai tas nozīmē, ka patiess sabrukums notiek tikai tad, kad mērījumu rezultāts nonāk mūsu apziņā?
Šādu iespēju 30. gados ierosināja ungāru fiziķis Jevgeņijs Vīgners. "No tā izriet, ka objektu kvantu aprakstu ietekmē iespaidi, kas ienāk manā apziņā," viņš rakstīja. "Solipsisms loģiski var saskanēt ar kvantu mehāniku."
Velteru pat uzjautrināja ideja, ka dzīvu lietu klātbūtne, kas spēj "novērot", pārveidoja to, kas iepriekš bija daudzu iespējamo kvantu pagātne, vienā konkrētā stāstā. Šajā ziņā, Vīlers saka, mēs no paša sākuma kļūstam par Visuma evolūcijas dalībniekiem. Pēc viņa teiktā, mēs dzīvojam "līdzdalīgā Visumā".
Fiziķi joprojām nevar izvēlēties labāko kvantu eksperimentu interpretāciju, un zināmā mērā jums ir tiesības to darīt. Bet vienā vai otrā veidā zemteksts ir acīmredzams: apziņa un kvantu mehānika ir kaut kādā veidā saistītas.
Sākot ar astoņdesmitajiem gadiem, angļu fiziķis Rodžers Penrozs ierosināja, ka šis savienojums varētu darboties citā virzienā. Viņš teica, ka neatkarīgi no tā, vai apziņa ietekmē kvantu mehāniku, iespējams, ka apziņā ir iesaistīta kvantu mehānika.
Fiziķis un matemātiķis Rodžers Penrozs
Un Penrose arī jautāja: kas notiks, ja mūsu smadzenēs ir molekulāras struktūras, kas var mainīt to stāvokli, reaģējot uz vienu kvantu notikumu? Vai šīs struktūras var uzņemties superpozīcijas stāvokli, piemēram, daļiņas dubultā spraugas eksperimentā? Vai šie kvantu superpozīcijas varētu izpausties veidā, kādā neironi sazinās caur elektriskajiem signāliem?
Varbūt, teica Penrose, mūsu spēja uzturēt šķietami nesavienojamus garīgos stāvokļus nav uztveres ķeksis, bet gan reāls kvantu efekts?
Galu galā šķiet, ka cilvēka smadzenes spēj apstrādāt izziņas procesus, kas spēju ziņā joprojām ir daudz pārāki par digitālajiem datoriem. Mēs, iespējams, pat spēsim veikt skaitļošanas uzdevumus, kurus nevar veikt parastajos datoros, izmantojot klasisko digitālo loģiku.
Pirmoreiz Penrose savā 1989. gada grāmatā “Imperatora jaunais prāts” ierosināja, ka kvantu ietekme ir redzama cilvēka prātā. Viņa galvenā ideja bija “vadīta objektīva samazināšana”. Objektīva samazināšana, pēc Penrose teiktā, nozīmē, ka kvantu traucējumu un superpozīcijas sabrukums ir reāls fizisks process, piemēram, burbuļojošs burbulis.
Orķestra objektīva samazināšana balstās uz Penrose pieņēmumu, ka gravitācijai, kas ietekmē ikdienas priekšmetus, krēslus vai planētas, nav kvantu efekta. Penrose uzskata, ka kvantu superpozīcija kļūst neiespējama objektiem, kas lielāki par atomiem, jo to gravitācijas ietekme novestu pie divu nesavienojama kosmosa laika versiju esamības.
Tad Penroza izstrādāja šo ideju kopā ar amerikāņu ārstu Stjuartu Hamerofu. Savā grāmatā Prāta ēnas (1994) viņš ierosināja, ka šajā kvantu izziņā iesaistītās struktūras varētu būt olbaltumvielu pavedieni - mikrotubulas. Tie ir atrodami lielākajā daļā mūsu šūnu, ieskaitot smadzeņu neironus. Penroze un Hamerofs apgalvoja, ka svārstību procesa laikā mikrotubulas var uzņemties kvantu superpozīcijas stāvokli.
Bet nekas neliecina, ka tas vispār ir iespējams.
Tika pieņemts, ka ideja par kvantu superpozīcijām mikrotubulās tiks atbalstīta ar 2013. gadā ierosinātajiem eksperimentiem, taču patiesībā šajos pētījumos nav pieminēta kvantu ietekme. Turklāt lielākā daļa pētnieku uzskata, ka iecere par objektīvi samazinātu mērķi tika parādīta 2000. gadā publicētajā pētījumā. Fiziķis Makss Tegmarks aprēķināja, ka neironu signālos iesaistīto molekulu kvantu superpozīcijas nevarētu pastāvēt pat signāla pārraidīšanai nepieciešamajā brīdī.
Kvantu efekti, ieskaitot superpozīciju, ir ļoti trausli un tiek iznīcināti procesā, ko sauc par decoherence. Šis process ir saistīts ar kvantu objekta mijiedarbību ar apkārtējo vidi, jo tā "kvants" izplūst.
Tika uzskatīts, ka dekoherence notiek ārkārtīgi ātri siltā un mitrā vidē, piemēram, dzīvās šūnās.
Nervu signāli ir elektriski impulsi, ko izraisa elektriski uzlādētu atomu pāreja caur nervu šūnu sienām. Ja viens no šiem atomiem atradās superpozīcijā un pēc tam sastrīdējās ar neironu, Tegmarks parādīja, ka superpozīcijai vajadzētu samazināties mazāk nekā sekundē vienas miljarda ceturtdaļas. Neironam signāla izstarošanai nepieciešami desmit tūkstoši triljonu reižu ilgāk.
Tāpēc skeptiķi nepārbauda idejas par kvantu efektu smadzenēs.
Bet Penrose nerimstoši uzstāj uz OER hipotēzi. Un, neraugoties uz Tegmarka ārkārtīgi ātro noārdīšanos šūnās, citi zinātnieki ir atraduši kvantu ietekmes izpausmes dzīvās lietās. Daži apgalvo, ka kvantu mehāniku izmanto gājputni, kuri izmanto magnētisko navigāciju, un zaļie augi, kad viņi saules staru ietekmē cukuru veido fotosintēzes rezultātā.
Tomēr doma, ka smadzenes var izmantot kvantu trikus, atsakās iet prom. Tāpēc, ka viņi atrada citu argumentu par labu.
Vai fosfors var uzturēt kvantu stāvokli?
2015. gada pētījumā fiziķis Metjū Fišers no Kalifornijas universitātes Santa Barbara apgalvoja, ka smadzenēs var būt molekulas, kas var izturēt jaudīgākas kvantu superpozīcijas. Jo īpaši viņš uzskata, ka fosfora atomu kodoliem varētu būt šī spēja. Fosfora atomi ir atrodami visur dzīvās šūnās. Tie bieži notiek fosfātu jonu veidā, kuros viens fosfora atoms apvienojas ar četriem skābekļa atomiem.
Šādi joni ir galvenā enerģijas vienība šūnās. Lielākā daļa šūnas enerģijas tiek glabāta ATP molekulās, kurās ir trīs fosfātu grupu secība, kas piestiprināta organiskajai molekulai. Kad viens no fosfātiem tiek nogriezts, tiek atbrīvota enerģija, ko šūna izmanto.
Šūnām ir molekulāras mašīnas fosfātu jonu salikšanai kopās un sadalīšanai. Fišers ierosināja shēmu, kurā divus fosfātu jonus var novietot noteikta veida superpozīcijā: sapinušos stāvoklī.
Fosfora kodoliem ir kvantu īpašība - griešanās -, kas liek tiem izskatīties kā maziem magnētiem, kuru stabi ir vērsti noteiktos virzienos. Iespīlētā stāvoklī viena fosfora kodola griešanās ir atkarīga no otra. Citiem vārdiem sakot, sapinušies stāvokļi ir superpozīcijas stāvokļi, kas ietver vairāk nekā vienu kvantu daļiņu.
Fišers saka, ka šo kodolgrieumu kvantu mehāniskā uzvedība var pretrunā ar nodomu. Viņš piekrīt Tegmarkam, ka kvantu vibrācijas, par kurām runāja Penrose un Hameroffs, būs ļoti atkarīgas no viņu vides un "gandrīz tūlīt atšifrēs". Bet kodolu griešanās nav tik mijiedarbīga ar apkārtējo vidi.
Un tomēr fosfora kodolu griešanās kvantu uzvedība ir "jāaizsargā" no dekoherences.
Kvanta daļiņām var būt dažāda griešanās
Tas varētu notikt, saka Fišers, ja fosfora atomi tiek iekļauti lielākos objektos, ko sauc par "Posner molekulām". Tās ir sešu fosfātu jonu kopas, kas apvienotas ar deviņiem kalcija joniem. Ir dažas norādes, ka šādas molekulas var atrasties dzīvās šūnās, taču līdz šim tās nav īpaši pārliecinošas.
Fišers apgalvo, ka Posnera molekulās fosfora griešanās var izturēt dekoherenci apmēram dienu, pat dzīvās šūnās. Tāpēc tie var ietekmēt arī smadzeņu darbību.
Ideja ir tāda, ka Posnera molekulas var uzņemt neironi. Iekļūstot molekulās, tas aktivizēs signālu citam neironam, samazinot un atbrīvojot kalcija jonus. Sakarā ar iespīlēšanu Posnera molekulās divi no šiem signāliem pēc kārtas var kļūt sapinušies: savā ziņā tas būs "domas" kvantu superpozīcija. "Ja smadzenēs faktiski notiek kvantu apstrāde ar kodolgrieņiem, tas būtu ārkārtīgi bieži, tas notiek visu laiku," saka Fišers.
Pirmoreiz šī ideja viņam radās, domājot par garīgajām slimībām.
Litija karbonāta kapsula
“Mana iepazīšanās ar smadzeņu bioķīmiju sākās, kad pirms trim līdz četriem gadiem es nolēmu izpētīt, kā un kāpēc litija jons tik radikāli ietekmē garīgās veselības problēmu ārstēšanu,” saka Fišers.
Bipolāru traucējumu ārstēšanai plaši izmanto litija zāles. Viņi strādā, bet neviens īsti nezina, kāpēc.
“Es nemeklēju kvantu skaidrojumu,” saka Fišers. Bet tad viņš nāca klajā ar rakstu, kurā aprakstīts, kā litija preparātiem bija atšķirīga ietekme uz žurku izturēšanos atkarībā no tā, kura litija forma vai "izotops" tika izmantota.
Sākumā tas neizpratnē bija par zinātniekiem. Ķīmiski dažādi izotopi izturas vienādi, tāpēc, ja litijs darbojās kā parasta narkotika, izotopiem bija jābūt tādai pašai iedarbībai.
Nervu šūnas ir savienotas ar sinapsēm
Bet Fišers saprata, ka dažādu litija izotopu atomu kodoliem var būt dažādi griezieni. Šis kvantu īpašums var ietekmēt to, kā darbojas litija bāzes narkotikas. Piemēram, ja litijs aizvieto kalciju Posner molekulās, tad litija griešanās var ietekmēt fosfora atomus un novērst to iespiešanos.
Ja tā ir taisnība, tas varētu arī izskaidrot, kāpēc litijs var ārstēt bipolārus traucējumus.
Šajā brīdī Fišera minējums nav nekas vairāk kā intriģējoša ideja. Bet ir vairāki veidi, kā to pārbaudīt. Piemēram, ka fosfora griešanās Posnera molekulās ilgstoši var uzturēt kvantu koherenci. Tas ir Fišers un plāno pārbaudīt vēl.
Tomēr viņš ir piesardzīgs, jo tiek saistīts ar agrākiem “kvantu apziņas” jēdzieniem, kurus viņš labākajā gadījumā uzskata par spekulatīviem.
Apziņa ir dziļa noslēpums
Fizikiem ļoti nepatīk atrasties savās teorijās. Daudzi no viņiem cer, ka apziņu un smadzenes var iegūt no kvantu teorijas, un varbūt tieši otrādi. Bet mēs nezinām, kas ir apziņa, nemaz nerunājot par faktu, ka mums nav teorijas, kas to aprakstītu.
Turklāt reizēm ir skaļi izsaucieni, ka kvantu mehānika ļaus mums apgūt telepātiju un telekinezi (un, kaut arī kaut kur jēdzienu dziļumā tas tā var būt, cilvēki visu uztver pārāk burtiski). Tāpēc fiziķi parasti baidās vienā teikumā pieminēt vārdus "kvants" un "apziņa".
2016. gadā Adrians Kents no Kembridžas universitātes Lielbritānijā, viens no visvairāk cienījamiem "kvantu filozofiem", ieteica, ka apziņa smalkā, bet nosakāmā veidā var mainīt kvantu sistēmu izturēšanos. Kents savos izteikumos ir ļoti uzmanīgs. “Nav pārliecinoša iemesla uzskatīt, ka kvantu teorija ir piemērota teorija, no kuras var iegūt apziņas teoriju, vai ka kvantu teorijas problēmām kaut kā jāpārklājas ar apziņas problēmu,” viņš atzīst.
Bet viņš piebilst, ka ir pilnīgi nesaprotami, kā jūs varat izsecināt apziņas aprakstu, pamatojoties tikai uz pirmskvantu fiziku, kā aprakstīt visas tā īpašības un īpašības.
Mēs nesaprotam, kā darbojas domas
Īpaši satraucošs ir jautājums, kā mūsu apzinīgais prāts var izjust tādas unikālas sajūtas kā sarkans vai gaļas cepšanas smarža. Papildus cilvēkiem ar redzes traucējumiem mēs visi zinām, kā izskatās sarkans, bet mēs nevaram šo sajūtu izteikt, un fizikā nekas neliecina par to, kā izskatās.
Šādas sajūtas sauc par qualia. Mēs tos uztveram kā vienotas ārējās pasaules īpašības, taču patiesībā tie ir mūsu apziņas produkti - un to ir grūti izskaidrot. 1995. gadā filozofs Deivids Čalmers to sauca par apziņas “smago problēmu”.
"Jebkura domu ķēde par saikni starp apziņu un fiziku rada nopietnas problēmas," saka Kents.
Tas viņu pamudināja domāt, ka "mēs varētu panākt zināmu progresu apziņas evolūcijas problēmas izpratnē, ja mēs atzītu (vismaz tikko atzītos), ka apziņa maina kvantu varbūtības".
Citiem vārdiem sakot, smadzenes faktiski var ietekmēt mērījumu rezultātus.
No šī viedokļa tas nenosaka "kas ir reāls". Bet tas var ietekmēt iespējamību, ka tiks novērota katra no iespējamām realitātēm, ko uzliks kvantu mehānika. Pat pati kvantu teorija to nevar paredzēt. Un Kents domā, ka mēs šādas izpausmes varētu meklēt eksperimentāli. Pat drosmīgi novērtē iespējas tās atrast.
“Es ar 15 procentu pārliecību pieņemu, ka apziņa izraisa novirzes no kvantu teorijas; un vēl 3 procenti, ka mēs to eksperimentāli apstiprināsim nākamajos 50 gados,”viņš saka.
Ja tas notiks, pasaule nebūs tāda pati. Par to ir vērts izpētīt.
ILYA KHEL
