Tidak ada yang memahami apa itu kesedaran dan bagaimana ia berfungsi. Tidak ada yang memahami mekanik kuantum. Mungkinkah ini lebih dari sekadar kebetulan? "Saya tidak dapat mengenal pasti masalah yang sebenarnya, jadi saya mengesyaki tidak ada masalah yang sebenarnya, tetapi saya tidak yakin tidak ada masalah yang sebenarnya." Ahli fizik Amerika Richard Feynman mengatakan ini mengenai paradoks misteri kuantum misteri. Hari ini ahli fizik menggunakan teori ini untuk menerangkan objek terkecil di alam semesta. Tetapi dia dapat mengatakan hal yang sama mengenai masalah kesadaran yang rumit.
Sebilangan saintis berpendapat bahawa kita sudah memahami kesedaran atau hanya ilusi. Tetapi banyak orang lain berpendapat bahawa kita bahkan belum mendekati intipati kesedaran.
Teka-teki abadi yang disebut "kesedaran" bahkan telah mendorong beberapa saintis untuk berusaha menjelaskannya menggunakan fizik kuantum. Tetapi semangat mereka disambut dengan keraguan, dan ini tidak menghairankan: nampaknya tidak masuk akal untuk menjelaskan satu teka-teki dengan yang lain.
Tetapi idea seperti itu tidak pernah masuk akal dan tidak juga dari siling.
Di satu pihak, yang sangat mengecewakan para ahli fizik, akal pada mulanya menolak untuk memahami teori kuantum awal. Lebih-lebih lagi, komputer kuantum diramalkan mampu melakukan perkara yang tidak dapat dilakukan oleh komputer konvensional. Ini mengingatkan kita bahawa otak kita masih mampu melakukan di luar kemampuan kecerdasan buatan. "Kesedaran kuantum" secara luas diejek sebagai omong kosong mistik, tetapi tidak ada yang dapat menghilangkannya sepenuhnya.
Mekanika kuantum adalah teori terbaik yang kita miliki untuk menerangkan dunia pada tahap atom dan zarah subatom. Mungkin yang paling terkenal dari misterinya adalah hakikat bahawa hasil eksperimen kuantum dapat berubah bergantung pada sama ada kita memutuskan untuk mengukur sifat zarah yang terlibat di dalamnya atau tidak.
Ketika pelopor teori kuantum pertama kali menemui "kesan pemerhati" ini, mereka merasa khawatir dengan sungguh-sungguh. Ia seolah-olah melemahkan anggapan yang mendasari semua sains: bahawa ada dunia objektif di luar sana, bebas dari kita. Sekiranya dunia berkelakuan bergantung pada bagaimana - atau jika - kita melihatnya, apakah maksud "realiti"?
Video promosi:
Beberapa saintis terpaksa menyimpulkan bahawa objektiviti adalah ilusi dan kesedaran mesti memainkan peranan aktif dalam teori kuantum. Yang lain sama sekali tidak melihat akal dalam hal ini. Contohnya, Albert Einstein kesal: adakah bulan hanya wujud ketika anda melihatnya?
Hari ini, sebilangan ahli fizik mengesyaki bahawa bukan kesedaran mempengaruhi mekanik kuantum … tetapi bahkan kesedaran itu terjadi berkat itu. Mereka percaya bahawa kita mungkin memerlukan teori kuantum untuk memahami bagaimana otak berfungsi sama sekali. Mungkinkah seperti objek kuantum dapat berada di dua tempat pada waktu yang sama, begitu juga otak kuantum dapat secara bersamaan berarti dua hal yang saling eksklusif?
Idea-idea ini kontroversial. Ternyata fizik kuantum tidak ada kaitan dengan cara kerja kesedaran. Tetapi sekurang-kurangnya mereka menunjukkan bahawa teori kuantum pelik membuat kita berfikir perkara yang pelik.
Yang paling penting, mekanik kuantum memasuki kesedaran manusia melalui eksperimen celah dua. Bayangkan seberkas cahaya menerpa skrin dengan dua celah selari yang jaraknya dekat. Sebilangan cahaya melewati celah dan jatuh di skrin lain.
Anda boleh menganggap cahaya sebagai gelombang. Apabila gelombang melewati dua celah, seperti dalam eksperimen, mereka bertembung - mengganggu - satu sama lain. Sekiranya puncaknya sepadan, mereka saling memperkuat, menghasilkan serangkaian cahaya hitam dan putih pada layar hitam kedua.
Eksperimen ini digunakan untuk menunjukkan sifat gelombang cahaya selama lebih dari 200 tahun sebelum teori kuantum muncul. Kemudian percubaan dengan celah dua dilakukan dengan partikel kuantum - elektron. Ini adalah zarah bermuatan kecil, komponen atom. Dengan cara yang tidak dapat difahami, zarah-zarah ini dapat bertindak seperti gelombang. Artinya, mereka terdisfraksi ketika aliran zarah melewati dua celah, menghasilkan corak gangguan.
Sekarang anggaplah bahawa partikel kuantum melewati celah satu demi satu dan kedatangan mereka di skrin juga akan diperhatikan langkah demi langkah. Sekarang tidak ada yang jelas yang akan menyebabkan zarah itu mengganggu jalannya. Tetapi gambar zarah memukul masih akan menunjukkan pinggiran.
Segala-galanya menunjukkan bahawa setiap zarah secara bersamaan melalui kedua-dua celah dan mengganggu dirinya sendiri. Gabungan kedua-dua jalan ini dikenali sebagai keadaan superposisi.
Tetapi inilah yang peliknya.
Sekiranya kita meletakkan alat pengesan di salah satu celah atau di belakangnya, kita dapat mengetahui sama ada zarah melaluinya atau tidak. Tetapi dalam kes ini, gangguan itu hilang. Fakta hanya memerhatikan jalan zarah - walaupun pemerhatian itu tidak boleh mengganggu pergerakan zarah - mengubah hasilnya.
Ahli fizik Pascual Jordan, yang bekerja dengan guru kuantum Niels Bohr di Kopenhagen pada tahun 1920-an, mengatakan seperti ini: "Pengamatan tidak hanya melanggar apa yang harus diukur, mereka menentukannya … Kami memaksa partikel kuantum untuk memilih posisi tertentu." Dengan kata lain, Jordan mengatakan bahawa "kita membuat pengukuran kita sendiri."
Sekiranya demikian, realiti objektif dapat dilemparkan ke luar jendela.
Tetapi keanehan tidak berakhir di sana.
Sekiranya alam mengubah tingkah lakunya bergantung pada apakah kita melihat atau tidak, kita boleh cuba memutarnya di jari kita. Untuk melakukan ini, kita dapat mengukur jalan yang diambil zarah ketika melewati celah ganda, tetapi hanya setelah melaluinya. Pada masa itu, dia sudah seharusnya "memutuskan" apakah akan melalui satu jalan atau melalui kedua-duanya.
Seorang ahli fizik Amerika John Wheeler mengusulkan percubaan seperti itu pada tahun 1970-an, dan selama sepuluh tahun ke depan, eksperimen dengan "pilihan tertunda" dilakukan. Ia menggunakan kaedah pintar untuk mengukur jalur zarah kuantum (biasanya zarah cahaya - foton) setelah mereka memilih satu jalur, atau superposisi dua.
Ternyata, seperti yang diramalkan oleh Bohr, tidak ada bedanya sama ada kita menangguhkan pengukuran atau tidak. Selagi kita mengukur jalan foton sebelum memukul dan mendaftar di pengesan, tidak ada gangguan. Nampaknya alam "tahu" bukan hanya ketika kita mengintip, tetapi juga ketika kita berencana untuk mengintip.
Eugene Wigner
Setiap kali dalam eksperimen ini kita menemui jalan zarah kuantum, awan kemungkinan laluannya "menyusut" menjadi satu keadaan yang ditentukan dengan baik. Lebih-lebih lagi, percubaan yang tertunda menunjukkan bahawa tindakan memerhatikan, tanpa campur tangan fizikal yang disebabkan oleh pengukuran, boleh menyebabkan keruntuhan. Adakah ini bermaksud bahawa keruntuhan yang benar berlaku hanya apabila hasil pengukuran mencapai kesedaran kita?
Kemungkinan ini dicadangkan pada tahun 1930-an oleh ahli fizik Hungary Eugene Wigner. "Ini menunjukkan bahawa keterangan kuantum objek dipengaruhi oleh kesan yang memasuki kesedaran saya," tulisnya. "Solipsisme secara logik sesuai dengan mekanik kuantum."
Wheeler bahkan geli dengan idea bahawa kehadiran makhluk hidup yang mampu "memerhatikan" mengubah apa yang sebelumnya mungkin banyak masa lalu kuantum menjadi satu kisah konkrit. Dalam pengertian ini, Wheeler mengatakan, kita menjadi peserta evolusi alam semesta sejak awal. Menurutnya, kita hidup di "alam semesta yang rumit."
Ahli fizik masih tidak dapat memilih tafsiran terbaik untuk eksperimen kuantum ini, dan sampai tahap tertentu, anda berhak melakukannya. Tetapi satu atau lain cara, subteksnya jelas: kesedaran dan mekanik kuantum entah bagaimana saling berkaitan.
Bermula pada tahun 1980-an, ahli fizik Inggeris Roger Penrose mencadangkan bahawa hubungan ini mungkin berfungsi ke arah yang berbeza. Dia mengatakan bahawa sama ada kesedaran mempengaruhi mekanik kuantum atau tidak, mungkin mekanik kuantum terlibat dalam kesedaran.
Ahli fizik dan ahli matematik Roger Penrose
Dan Penrose juga bertanya: bagaimana jika ada struktur molekul di otak kita yang dapat mengubah keadaannya sebagai tindak balas terhadap satu peristiwa kuantum? Bolehkah struktur ini mengambil keadaan superposisi, seperti zarah dalam percubaan celah dua? Mungkinkah superposisi kuantum ini kemudian menampakkan diri dengan cara neuron berkomunikasi melalui isyarat elektrik?
Mungkin, kata Penrose, kemampuan kita untuk mengekalkan keadaan mental yang nampaknya tidak serasi bukanlah kebiasaan persepsi, tetapi kesan kuantum yang sebenar?
Bagaimanapun, otak manusia nampaknya dapat memproses proses kognitif yang masih jauh lebih unggul daripada komputer digital dari segi kemampuan. Kita mungkin dapat melakukan tugas-tugas komputasi yang tidak dapat dilakukan pada komputer biasa dengan menggunakan logik digital klasik.
Penrose pertama kali mencadangkan bahawa kesan kuantum terdapat dalam minda manusia dalam bukunya 1989 The Emperor's New Mind. Idea utamanya adalah "pengurangan objektif yang diatur". Pengurangan objektif, menurut Penrose, bermaksud bahawa keruntuhan gangguan kuantum dan superposisi adalah proses fizikal yang nyata, seperti gelembung yang meletup.
Pengurangan Objektif yang Diatur bergantung pada anggapan Penrose bahawa graviti yang mempengaruhi objek, kerusi, atau planet sehari-hari tidak menunjukkan kesan kuantum. Penrose percaya bahawa superposisi kuantum menjadi mustahil untuk objek yang lebih besar daripada atom, kerana pengaruh graviti mereka kemudian akan membawa kepada adanya dua versi ruang masa yang tidak sesuai.
Kemudian Penrose mengembangkan idea ini dengan doktor Amerika Stuart Hameroff. Dalam bukunya Shadows of the Mind (1994), ia menyarankan agar struktur yang terlibat dalam kognisi kuantum ini dapat berupa filamen protein - mikrotubulus. Mereka dijumpai di kebanyakan sel kita, termasuk neuron otak. Penrose dan Hameroff berpendapat bahawa semasa proses ayunan, mikrotubulus dapat menganggap keadaan superposisi kuantum.
Tetapi tidak ada yang menunjukkan bahawa ini mungkin sama sekali.
Diasumsikan bahawa idea superposisi kuantum dalam mikrotubulus akan disokong oleh eksperimen yang dicadangkan pada tahun 2013, tetapi sebenarnya, kajian ini tidak menyebutkan kesan kuantum. Di samping itu, kebanyakan penyelidik percaya bahawa idea pengurangan objektif yang diatur ditolak oleh kajian yang diterbitkan pada tahun 2000. Ahli fizik Max Tegmark mengira bahawa superposisi molekul kuantum yang terlibat dalam isyarat saraf tidak akan dapat wujud walaupun pada masa yang diperlukan untuk penghantaran isyarat.
Kesan kuantum, termasuk superposisi, sangat rapuh dan musnah dalam proses yang disebut decoherence. Proses ini disebabkan oleh interaksi objek kuantum dengan persekitarannya, kerana "kuantum" bocor.
Decoherence dipercayai sangat cepat di persekitaran yang panas dan lembap seperti sel hidup.
Isyarat saraf adalah impuls elektrik yang disebabkan oleh laluan atom bermuatan elektrik melalui dinding sel saraf. Sekiranya salah satu atom ini berada dalam superposisi dan kemudian bertabrakan dengan neuron, Tegmark menunjukkan bahawa superposisi tersebut akan merosot dalam waktu kurang dari satu bilion sepersejuta saat. Diperlukan sepuluh ribu trilion kali lebih lama untuk neuron mengeluarkan isyarat.
Inilah sebabnya mengapa idea mengenai kesan kuantum di otak tidak diuji oleh skeptis.
Tetapi Penrose tanpa henti menegaskan hipotesis OER. Dan walaupun terdapat ramalan mengenai decoherence ultrafast Tegmark dalam sel, saintis lain telah menemui manifestasi kesan kuantum pada makhluk hidup. Ada yang berpendapat bahawa mekanik kuantum digunakan oleh burung bermigrasi, yang menggunakan navigasi magnetik, dan tumbuhan hijau, ketika mereka menggunakan sinar matahari untuk membuat gula melalui fotosintesis.
Yang mengatakan, idea bahawa otak dapat menggunakan trik kuantum enggan hilang. Kerana mereka menemui hujah lain yang memihak kepadanya.
Bolehkah fosforus mengekalkan keadaan kuantum?
Dalam kajian pada tahun 2015, ahli fizik Matthew Fisher dari University of California, Santa Barbara berpendapat bahawa otak mungkin mengandungi molekul yang dapat menahan superposisi kuantum yang lebih kuat. Secara khusus, dia percaya bahawa inti atom fosforus mungkin mempunyai kemampuan ini. Atom fosforus terdapat di mana-mana di sel hidup. Mereka sering berbentuk ion fosfat, di mana satu atom fosforus bergabung dengan empat atom oksigen.
Ion semacam itu adalah unit tenaga utama dalam sel. Sebilangan besar tenaga sel disimpan dalam molekul ATP, yang mengandungi urutan tiga kumpulan fosfat yang melekat pada molekul organik. Apabila salah satu fosfat terputus, tenaga dibebaskan yang digunakan oleh sel.
Sel mempunyai mesin molekul untuk memasang ion fosfat ke dalam kelompok dan memecahnya. Fisher mencadangkan skema di mana dua ion fosfat dapat ditempatkan dalam superposisi jenis tertentu: dalam keadaan terjerat.
Inti fosfor mempunyai sifat kuantum - putaran - yang menjadikannya kelihatan seperti magnet kecil dengan tiang yang menunjuk ke arah tertentu. Dalam keadaan terjerat, putaran satu inti fosforus bergantung pada yang lain. Dengan kata lain, keadaan terjerat adalah keadaan superposisi yang melibatkan lebih daripada satu zarah kuantum.
Fisher mengatakan bahawa tingkah laku mekanik kuantum putaran nuklear ini dapat mengatasi penyahtinjaan. Dia setuju dengan Tegmark bahawa getaran kuantum yang dibincangkan oleh Penrose dan Hameroff akan sangat bergantung pada persekitarannya dan "segera menyekat". Tetapi putaran inti tidak berinteraksi dengan kuat dengan persekitarannya.
Namun, tingkah laku kuantum putaran inti fosforus mesti "dilindungi" dari penyahtinjaan.
Zarah kuantum boleh mempunyai putaran yang berbeza
Ini mungkin berlaku, kata Fischer, jika atom fosfor dimasukkan ke dalam objek yang lebih besar yang disebut "Molekul Posner." Mereka adalah kumpulan enam ion fosfat yang digabungkan dengan sembilan ion kalsium. Terdapat beberapa petunjuk bahawa molekul seperti itu terdapat dalam sel hidup, tetapi sejauh ini tidak begitu meyakinkan.
Dalam molekul Posner, Fischer berpendapat, putaran fosfor dapat menahan decoherence selama sehari atau lebih, walaupun pada sel hidup. Oleh itu, mereka juga boleh mempengaruhi fungsi otak.
Ideanya adalah bahawa molekul Posner dapat diambil oleh neuron. Setelah masuk, molekul akan mengaktifkan isyarat kepada neuron lain, membusuk dan melepaskan ion kalsium. Kerana keterikatan molekul Posner, dua isyarat ini dapat terjerat secara bergantian: dalam beberapa cara, ia akan menjadi superposisi kuantum "pemikiran." "Sekiranya pemrosesan kuantum dengan putaran nuklear benar-benar ada di otak, itu sangat biasa terjadi sepanjang masa," kata Fisher.
Idea ini pertama kali muncul ketika dia memikirkan penyakit mental.
Kapsul Lithium Carbonate
"Pengenalan saya kepada biokimia otak bermula ketika saya memutuskan tiga hingga empat tahun yang lalu untuk menyiasat bagaimana dan mengapa ion litium mempunyai kesan radikal dalam merawat masalah kesihatan mental," kata Fischer.
Ubat Lithium banyak digunakan untuk merawat gangguan bipolar. Mereka bekerja, tetapi tidak ada yang benar-benar tahu mengapa.
"Saya tidak mencari penjelasan kuantum," kata Fisher. Tetapi kemudian dia menemui sebuah makalah yang menggambarkan bagaimana persiapan litium mempunyai kesan yang berbeza terhadap tingkah laku tikus bergantung pada bentuk - atau "isotop" - litium yang digunakan.
Ini saintis yang bingung pada mulanya. Secara kimia, isotop yang berbeza berperilaku dengan cara yang sama, jadi jika litium berfungsi seperti ubat biasa, isotop pasti mempunyai kesan yang sama.
Sel saraf disambungkan ke sinapsis
Tetapi Fischer menyedari bahawa inti atom dari isotop litium yang berlainan boleh mempunyai putaran yang berbeza. Properti kuantum ini dapat mempengaruhi bagaimana ubat-ubatan berasaskan litium berfungsi. Sebagai contoh, jika litium menggantikan kalsium dalam molekul Posner, putaran litium boleh memberi kesan pada atom fosforus dan menghalangnya daripada terjerat.
Sekiranya ini benar, ini juga dapat menjelaskan mengapa litium dapat merawat gangguan bipolar.
Pada ketika ini, tekaan Fischer tidak lebih dari idea menarik. Tetapi ada beberapa cara untuk memeriksanya. Sebagai contoh, bahawa putaran fosforus dalam molekul Posner dapat mengekalkan koheren kuantum untuk jangka masa yang panjang. Ini adalah Fisher dan merancang untuk memeriksa lebih lanjut.
Namun ia waspada terkait dengan konsep-konsep "kesadaran kuantum" sebelumnya, yang menurutnya paling spekulatif.
Kesedaran adalah misteri yang mendalam
Ahli fizik tidak begitu gemar berada di dalam teori mereka sendiri. Ramai di antara mereka berharap bahawa kesedaran dan otak dapat diambil dari teori kuantum, dan mungkin sebaliknya. Tetapi kita tidak tahu apa itu kesedaran, apalagi kenyataan bahawa kita tidak mempunyai teori yang menggambarkannya.
Lebih-lebih lagi, kadang-kadang terdapat seruan kuat bahawa mekanik kuantum akan membolehkan kita menguasai telepati dan telekinesis (dan walaupun di suatu tempat pada kedalaman konsep ini mungkin berlaku, orang mengambil semuanya secara harfiah). Oleh itu, ahli fizik secara amnya takut menyebut perkataan "kuantum" dan "kesedaran" dalam satu ayat.
Pada tahun 2016, Adrian Kent dari University of Cambridge di UK, salah satu "ahli falsafah kuantum" yang paling dihormati, mengemukakan bahawa kesedaran dapat mengubah tingkah laku sistem kuantum dengan cara yang halus tetapi dapat dikesan. Kent sangat berhati-hati dalam kenyataannya. "Tidak ada alasan yang kuat untuk mempercayai bahawa teori kuantum adalah teori yang sesuai untuk menarik teori kesedaran, atau bahawa masalah teori kuantum entah bagaimana harus bertindih dengan masalah kesedaran," dia mengakui.
Tetapi dia menambah bahawa benar-benar tidak dapat difahami bagaimana anda dapat menyimpulkan gambaran kesedaran, hanya berdasarkan fisika pra-kuantum, bagaimana menggambarkan semua sifat dan ciri-cirinya.
Kami tidak faham bagaimana pemikiran berfungsi
Satu persoalan yang sangat membimbangkan adalah bagaimana minda sedar kita dapat merasakan sensasi unik seperti merah atau bau daging panggang. Terlepas dari orang-orang dengan masalah penglihatan, kita semua tahu seperti apa warna merah, tetapi kita tidak dapat menyampaikan perasaan ini, dan dalam fizik tidak ada yang dapat memberitahu kita seperti apa rupa.
Perasaan seperti ini disebut qualia. Kami menganggapnya sebagai sifat seragam dari dunia luar, tetapi pada hakikatnya ia adalah produk kesedaran kita - dan ini sukar dijelaskan. Pada tahun 1995, ahli falsafah David Chalmers menyebutnya "masalah keras" kesedaran.
"Segala rantaian pemikiran mengenai hubungan antara kesedaran dan fizik membawa kepada masalah serius," kata Kent.
Ini mendorongnya untuk menyarankan agar "kita dapat membuat kemajuan dalam memahami masalah evolusi kesadaran, jika kita mengakui (setidaknya hanya mengakui) kesadaran itu mengubah kebarangkalian kuantum."
Dengan kata lain, otak sebenarnya dapat mempengaruhi hasil pengukuran.
Dari sudut pandangan ini, ia tidak menentukan "apa yang nyata." Tetapi ia boleh mempengaruhi kemungkinan setiap kenyataan yang mungkin dikenakan oleh mekanik kuantum akan diperhatikan. Bahkan teori kuantum sendiri tidak dapat meramalkannya. Dan Kent berpendapat bahawa kita dapat mencari manifestasi seperti itu secara eksperimen. Bahkan dengan berani menilai kemungkinan mencarinya.
Saya akan menganggap dengan kepastian 15 peratus bahawa kesedaran menyebabkan penyimpangan dari teori kuantum; dan 3 peratus lagi bahawa kami akan mengesahkannya secara eksperimental dalam 50 tahun akan datang,”katanya.
Sekiranya ini berlaku, dunia tidak akan sama. Perlu diterokai untuk itu.
ILYA KHEL
