Bilinç Kuantum Fiziği İle Açıklanabilir mi?

Bilinç ve kuantum fiziği.

Cristiane de Morais Smith
Teorik Fizik Profesörü, Utrecht Üniversitesi

Bilimdeki en önemli açık sorulardan biri bilincimizin nasıl oluştuğudur. 1990’larda, fizikçi Roger Penrose kara deliklerle ilgili öngörüsü nedeniyle iddialı bir cevap önermek için anestezi uzmanı Stuart Hameroff ile bir araya geldi.

Beynin nöron sisteminin karmaşık bir ağ oluşturduğunu ve bunun ürettiği bilincin kuantum mekaniğinin kurallarına – elektronlar gibi küçük parçacıkların nasıl hareket ettiğini belirleyen teoriye – uyması gerektiğini iddia ettiler. Bunun, insan bilincinin gizemli karmaşıklığını açıklayabileceğini savunuyorlar.

Penrose ve Hameroff kuşkuyla karşılandılar. Kuantum mekanik yasalarının genellikle yalnızca çok düşük sıcaklıklarda geçerli olduğu bulunur. Örneğin kuantum bilgisayarlar şu anda -272°C civarında çalışmaktadır. Daha yüksek sıcaklıklarda, klasik mekanik devreye girer. Vücudumuz oda sıcaklığında çalıştığı için klasik fizik yasalarına tabi olmasını beklersiniz. Bu nedenle, kuantum bilinci teorisi birçok bilim insanı tarafından tamamen reddedildi – diğerleri ikna edici destekçiler olsa da.

Bu tartışmaya girmek yerine, Şanghay Jiaotong Üniversitesi’nden Profesör Xian-Min Jin liderliğindeki Çin’den meslektaşlarımla, kuantum bilinç teorisini destekleyen bazı ilkeleri test etmek için güçlerimizi birleştirmeye karar verdim.

Yeni makalemizde, kuantum parçacıklarının beyin gibi karmaşık bir yapı içinde, ancak laboratuvar ortamında nasıl hareket edebildiğini araştırdık. Bulgularımız bir gün beyinde ölçülen aktivite ile karşılaştırılabilirse, Penrose ve Hameroff’un tartışmalı teorisini doğrulamaya veya reddetmeye bir adım daha yaklaşabiliriz.

Beyin ve Fraktal

Beynimiz, nöron adı verilen hücrelerden oluşur ve bunların birleşik aktivitelerinin bilinç oluşturduğuna inanılır. Her nöron, maddeleri hücrenin farklı bölümlerine taşıyan mikrotübüller içerir. Penrose-Hameroff kuantum bilinci teorisi, mikrotübüllerin kuantum süreçlerinin gerçekleşmesini sağlayacak fraktal bir modelde yapılandırıldığını savunuyor.

Fraktallar, ne iki boyutlu ne de üç boyutlu olan yapılardır, bunun yerine arada bir miktar kesir değeri vardır. Matematikte, fraktallar, kendilerini sonsuzca tekrar eden, görünüşte imkansız olanı üreten güzel desenler olarak ortaya çıkar: Sonlu bir alana sahip, ancak sonsuz bir çevreye sahip bir yapı.

Bunu görselleştirmek imkansız gelebilir, ancak fraktallar aslında doğada sıklıkla bulunur. Bir karnabaharın çiçeklerine veya bir eğrelti otunun dallarına yakından bakarsanız, her ikisinin de aynı temel şekilden tekrar tekrar, ama giderek küçülen ölçeklerde oluştuklarını görürsünüz. Bu, fraktalların temel bir özelliğidir.

Aynı şey, kendi bedeninizin içine bakarsanız da olur: Örneğin akciğerlerinizin yapısı, dolaşım sisteminizdeki kan damarları gibi fraktaldır. Fraktallar ayrıca MC Escher ve Jackson Pollock’un büyüleyici tekrar eden sanat eserlerinde de yer alır ve anten tasarımı gibi teknolojide onlarca yıldır kullanılmaktadırlar. Bunların hepsi klasik fraktal örnekleridir – kuantum fiziği yerine klasik fizik yasalarına uyan fraktallar.

İnsan bilincinin karmaşıklığını açıklamak için fraktalların neden kullanıldığını görmek kolaydır. Sonsuz derecede karmaşık oldukları ve basit tekrarlanan kalıplardan karmaşıklığın ortaya çıkmasına izin verdikleri için, zihnimizin gizemli derinliklerini destekleyen yapılar olabilirler.

Ama eğer durum buysa, beynin nöronları içinde fraktal desenlerde hareket eden küçük parçacıklar ile sadece kuantum seviyesinde gerçekleşebilir. Bu nedenle Penrose ve Hameroff’un önerisine “kuantum bilinci” teorisi denir.

Kuantum Bilinci

Beyindeki kuantum fraktalların davranışını henüz ölçemiyoruz – eğer varsalar. Ancak ileri teknoloji, artık laboratuvarda kuantum fraktallarını ölçebileceğimiz anlamına geliyor. Bir taramalı tünelleme mikroskobu (STM) içeren son araştırmalarda, Utrecht’teki meslektaşlarım ve ben elektronları fraktal bir düzende dikkatlice düzenleyerek bir kuantum fraktal yarattık.

Daha sonra elektronların kuantum durumlarını tanımlayan dalga fonksiyonunu ölçtüğümüzde, onların da yaptığımız fiziksel model tarafından dikte edilen fraktal boyutta yaşadıklarını gördük. Bu durumda, kuantum ölçeğinde kullandığımız model, bir boyutlu ile iki boyutlu arasında bir yerde olan bir şekil olan Sierpiński üçgeniydi.

Bu heyecan verici bir bulguydu, ancak STM teknikleri kuantum parçacıklarının nasıl hareket ettiğini araştıramaz – bu bize beyinde kuantum süreçlerinin nasıl meydana gelebileceği hakkında daha fazla bilgi verebilir. Son araştırmamızda, Şanghay Jiaotong Üniversitesi’ndeki meslektaşlarım ve ben bir adım daha ileri gittik. Son teknoloji fotonik deneylerini kullanarak, fraktallar içinde yer alan kuantum hareketini benzeri görülmemiş ayrıntılarla ortaya çıkarmayı başardık.

Bunu, küçük bir Sierpiński üçgeninde özenle tasarlanmış yapay bir çipe fotonları (ışık parçacıkları) enjekte ederek başardık. Üçgenin ucuna fotonlar enjekte ettik ve kuantum taşıma adı verilen bir süreçte fotonların fraktal yapısı boyunca nasıl yayıldıklarını izledik. Daha sonra bu deneyi, her ikisi de üçgen yerine kare şeklinde olan iki farklı fraktal yapı üzerinde tekrarladık. Ve bu yapıların her birinde yüzlerce deney yaptık.

Bu deneylerden elde ettiğimiz gözlemlerimiz, kuantum fraktallarının aslında klasik olanlardan farklı bir şekilde davrandığını ortaya koymaktadır. Spesifik olarak, ışığın bir fraktal boyunca yayılmasının, klasik duruma kıyasla kuantum durumunda farklı yasalar tarafından yönetildiğini bulduk.

Bu yeni kuantum fraktal bilgisi, bilim adamlarının kuantum bilinci teorisini deneysel olarak test etmelerinin temellerini sağlayabilir. Bir gün insan beyninden kuantum ölçümleri alınırsa, bilincin klasik mi yoksa kuantum fenomeni mi olduğuna kesin olarak karar vermek için sonuçlarımızla karşılaştırılabilir.

Çalışmamızın bilimsel alanlarda da derin etkileri olabilir. Yapay olarak tasarlanmış fraktal yapılarımızda kuantum taşınımını araştırarak, fizik, matematik ve biyolojinin birleştirilmesine yönelik ilk küçük adımları atmış olabiliriz; bu, çevremizdeki dünya ve kafamızda var olan dünya hakkındaki anlayışımızı büyük ölçüde zenginleştirebilir.

Kaynak: https://theconversation.com/can-consciousness-be-explained-by-quantum-physics-my-research-takes-us-a-step-closer-to-finding-out