Orchestrated objective reduction

Kvanttitietoisuusteorioiden sinfoniaa – Orkestroitu objektiivinen reduktio

article, marko manninen

Johdanto

Tässä blogikirjoituksessani jatkan Taorminan tietoisuuskonferenssin 2023 innoittamaa artikkelisarjaani, keskittyen viimeiseen pääpuheenvuoroon ja siihen liittyviin teemoihin.

Brittiläinen nobelpalkittu fyysikko Sir Roger Penrose esitti puheenvuorossaan Orkestroidun Objektiivisen Reduktion (Orch-OR) teoriaan perustuen ajatuksen, että ihmiskehon nopeat lihastoiminnot saattavat olla tietoisten päätösten seurausta, vaikkemme kykenisikään tietoisesti ohjaamaan toimintoja lihassolujen tasolla. Tämä korostaa tietoisuuden aktiivista roolia, kun taas monissa muissa reduktionistisissa teorioissa tietoisuudella on korkeintaan jälkijättöinen tahdottoman sivustakatsojan rooli, jos sitäkään.

Penrosen esitystä ei ole toistaiseksi saatavilla julkisesti, joten tarkastelen kirjoituksessani pääasiassa kvanttitietoisuusteorioiden perusteita ja Orch-OR-teoriaa yleisesti. Selitän teorioita hyödyntäen Justin Riddlen informatiivista Quantum Consciousness YouTube-videosarjaa aiheesta. Penrosen keynote-puheenvuoro on helpompi ymmärtää oikeassa kontekstissa, kun hänen teoriansa taustat ovat tiedossa.

Viimeisimmissä kirjoituksissani olen käsitellyt tietoisuuden teorioita, dualismia sekä subjektiivisuuden ja objektiivisuuden ontologista teemaa. Nämä kirjoitukset tarjoavat myös hyvän johdatuksen tähän blogikirjoitukseen sekä Orch-OR-teoriaan, joka on monitieteinen, samalla monimutkainen, mutta mielestäni mielenkiintoinen tutustumisen arvoinen teoria.

Lopuksi teen yhteenvetopohdinnan artikkelisarjasta kertoen miltä tietoisuuden teorioiden tutkimuskenttä näyttäytyy minulle kaiken tämän jälkeen.

Kannattaako kvanttitietoisuusteorioita ottaa vakavasti?

Ihmisen aivojen ja mielen toiminnan selitykset ovat vuosituhansien ajan muuttuneet vastaamaan kulloisenkin ajan teknologista ja tieteellistä ymmärrystä.

Antiikin ajattelijat, kuten Platon ja Aristoteles, vertasivat mieltä kirjoitustauluun, johon kokemukset piirtyivät. Keskiajalla mieli nähtiin monimutkaisena kellokoneistona. Valistuksen aikakaudella, kun hydrauliset järjestelmät olivat vallitsevia, ihmisaivoja ja mieltä kuvailtiin usein virtaavien nesteiden avulla. Tunteet ja ajatukset liikkuivat aivoissa ikään kuin neste putkistossa. 1900-luvulla, tietokoneiden kehityksen myötä, aivot alettiin nähdä informaation käsittely-yksikkönä. Tässä mallissa informaatio siirtyy hermosolusta toiseen samalla tavalla kuin digitaaliset bitit liikkuvat tietokoneverkossa. Tämä heijastui myös tarpeeseen mallintaa tietoisuus ja kvalia matemaattisesti, jopa laskettavissa olevana formaalina järjestelmänä. Nykyään, kvanttiteknologian ja -tietokoneiden aikakaudella, jotkut tutkijat esittävät jo malleja, jotka kuvaavat mieltä ja tietoisuutta kvanttijärjestelmänä.

Tähän mennessä vallalla olleet mallit, jotka perustuivat kulloinkin kehittyneimpään teknologiaan, ovat olleet kuitenkin kaukana toimivista. Mikään malli ei ole kyennyt saamaan tietoisuutta ”purkkiin”. Mutta voisimmeko me nyt ensimmäistä kertaa nähdä poikkeuksen tässä kaavassa?

Haasteet

Kvanttitietoisuusteorioiden vastaanotto tietoisuuden selitysmallina on kohdannut haasteita monista syistä johtuen. Alkuperäiset kvanttitietoisuuden yhteydet juontavat juurensa 1900-luvulle, jolloin kvanttifysiikan toisen polven pioneerit, kuten matemaatikko ja teoreettinen fyysikko John von Neumann ja fyysikko Eugene Wigner, esittivät ajatuksiaan kvanttimekaniikan ja tietoisuuden suhteesta.

Von Neumann väitti, että havainnontekijä on välttämätön kvanttitilojen romahduttamiseksi. Vuonna 1932 kirjoittamassa kirjassaan ”Mathematical Foundations of Quantum Mechanics” von Neumann ei kuitenkaan puhunut tietoisuudesta sellaisenaan, vaan nimenomaan havaitsijan ja havaintokohteen välisestä mittausongelmasta. Siinä viitattiin niin kutsuttuun kvanttimekaniikan Kööpenhaminan teoriaan, jossa kvanttimekaaniset järjestelmät kehittyvät lineaarisesti ja deterministisesti aaltofunktion mukaan, kunnes mittaus tapahtuu, jolloin aaltofunktio romahtaa epädeterministisesti eli epälineaarisesti eli epäjatkuvasti.

Kvanttimekaniikan eri “tulkinnoissa” kvanttitilan ontologinen merkitys, tilan romahdus ja havaitsijan rooli tässä mittausprosessissa ovat edelleen akateemisen väittelyn ja tieteellisen tutkimuksen aktiivisia kohteita. Amerikkalainen filosofian professori ja fysiikan perusteiden MA-ohjelman johtaja David Albert haluaa kuitenkin välttää ”tulkinta”-sanan käyttöä tässä yhteydessä. Hänen mukaansa valitulla sanalla on tyypillisesti haluttu siirtää tietyt fundamentaalifysiikan kysymykset filosofiselle osastolle, koska niillä on ”pohjattoman filosofoinnin kaiku”.

Tilafunktioreduktio, toiselta nimeltään aaltofunktion romahtaminen viittaa prosessiin, jossa kvanttiobjekti, kuten alkeishiukkanen (esimerkiksi elektroni), siirtyy usean mahdollisen tilan superpositiosta yhteen tiettyyn tilaan. Tämä tapahtuu, kun suoritetaan fysikaalinen mittaus. Toisin sanoen, hiukkanen voi potentiaalisesti olla monessa paikassa samaan aikaan, mutta kun sen paikka mitataan, hiukkasta kuvaava aaltofunktio romahtaa aaltomaisesta muodosta piikiksi / pisteeksi, jolloin hiukkasen paikka aktualisoituu yhteen kohtaan avaruusajassa.

Wigner vei tämän ajatuksen pidemmälle esittämällä vuonna 1961 artikkelissaan ”Remarks on the Mind-Body Question” kuuluisan ajatuskokeen, jota kutsutaan ”Wignerin ystäväksi”. Tässä kokeessa Wigner seisoo laboratorion ulkopuolella, kun hänen ystävänsä suorittaa kvanttimekaanisen mittauksen laboratoriossa tutkimatta kuitenkaan mittauksen tulosta. Wignerin tulkinnan mukaan ystävän tekemä mittaus ei yksinään saa kvanttitilaa romahtamaan välittömästi. Romahdus tapahtuu vasta, kun Wignerille tietoisena olentona tulee tietoon mittauksen tulos. Tämä vastaa kaksoisrakokokeen tilannetta, jossa hiukkasen tarkkailu ennen rakoa vaikuttaa ratkaisevasti lopputulokseen ja estää aallolle tyypillisen interferenssikuvion varsinaisella havaintopinnalla, toisin kuin silloin, jos hiukkasta tarkkaillaan vasta raon jälkeen. Tarkkailu, tietoisuus ja fysikaaliset kokeet mittauksineen ja tuloksineen ovat siis erottamattomasti yhteydessä toisiinsa Wignerin tulkinnan mukaan.

Wignerin varhaiset teoriat on kuitenkin myöhemmin nähty liian lennokkaina, turhaa mystifiointia lietsovina sekä ihmisen roolia korostavina. Tieteellisen menetelmän objektiivisuus ja empiiristen kokeiden luonne pyrkivät poistamaan ihmisen ja tietoisen kokemuksen yhtälöstä. Joskus tämä periaate on viety niin pitkälle, että tärkeintä on saada oikeita tuloksia laskuissa mieluummin, kuin yrittää selittää, mitä kokeessa tapahtuu syvällisellä tasolla.

Yllä mainitut seikat ovat nähtävästi johteet ennakkoasetelmaan, jonka mukaan kvanttifysiikka ei voi tarjota realistista lähestymistapaa tietoisuuden niin kutsuttuun “vaikeaan ongelmaan”. Tietoisuus nähdään lähtökohtaisesti subjektiivisena kokemuksena. Kvanttimittaustapahtuma sen sijaan voi olla mikä tahansa systeemi, joka häiritsee kvanttikoherenttia tilaa eli aktualisoi aaltofunktion ja antaa tutkittavalle objektille sijainnin, momentin, spinin tai jonkun muun fysikaalisen suureen. Esimerkiksi kaksoisrakokokeessa havainnointi ja tarkkailija tarkoittavat mitä tahansa mittalaitetta tai objektia, joka kykenee havaitsemaan hiukkasen eli olemaan hiukkasen kanssa vuorovaikutuksessa. Mittauksia tapahtuu kaikkialla joka hetki todennäköisyyksiin perustuen, riippumatta siitä, otammeko mittausten tuloksia talteen ja tulkitsemmeko niitä vai emme.

Tietoisuuden ”vaikea ongelma” ja kvanttimekaniikan tulkintaongelma ovat molemmat syvällisiä filosofisia ja tieteellisiä avoimia kysymyksiä. Haasteiden ja epäselvyyksien olemassaolo ei kuitenkaan yksin riitä perustelemaan sitä, että tietoisuudella ja kvanttimekaniikalla olisi jokin merkittävä yhteys keskenään. Pikemminkin, jos meillä on kaksi vaikeasti ratkaistavaa ongelmaa, voiko niistä yhdessä muodostua muuta kuin vielä suurempi ongelma?

Monet kvanttitietoisuuden teoriat ovat perinteisesti olleet enemmän filosofisia pohdintoja ja ajatuskokeita kuin empiirisesti testattavia hypoteeseja. Kvantti-ilmiöt, kuten koherenssi eli kvanttitilan säilyminen samana, tapahtuvat pääasiassa mikroskooppisessa skaalassa. Niiden yhdistäminen meso- ja makroskooppiseen ympäristöön, kuten aivoihin, on haastavaa. Biologisissa ympäristöissä dekoherenssi, eli kvanttitilojen kasvava herkkyys ulkoisille häiriöille, on vääjäämätöntä. Aivot ovat ”meluisa, likainen ja vetinen” ympäristö, joka on täynnä molekyylien liikkeitä ja kemiallisia reaktioita. Tämä tekee kvanttitilojen säilymisen, jota tarvitaan tietoisuuden selittämiseksi kvanttimekaniikan avulla, epätodennäköiseksi, tehden nämä teoriat vähemmän houkutteleviksi.

Toinen haaste on kvantti-ilmiöiden ja neurotieteen välisen yhteyden rakentaminen. Menetelmät ja matemaattiset mallit, joita nämä kaksi tieteenhaaraa käyttävät, eroavat toisistaan, mikä tekee yhteyden luomisesta haastavaa. Neurobiologian avulla on pystytty selittämään suuri määrä aivoihin ja kognitioon liittyviä toimintoja, joten kvanttiteorioiden on löydettävä tie neuroneihin, jotta ne linkittyisivät suotuisalla tavalla valtavirran teorioihin. Tämä on välttämätöntä, ellei tietoisuutta voida lopulta selittää niin, että siinä yhteydet neurobiologiaan menettävät kokonaan merkityksensä.

Perusteet

Viimeisen 30 vuoden aikana kehittyneet uudet kvanttitietoisuuden teoriat ovat kuitenkin kasvattaneet suosiotaan. Esimerkiksi Taorminan konferenssissa Penrosen ja Hameroffin Orch-OR-teoria oli mielestäni eniten viitatuin teoria käytäväkeskusteluissa ja myös yksi äänestyksen suosikeista. Kasvaneelle suosiolle löytyy muitakin perusteita kuin Penrosen arvovalta.

Closer to Truth – Roger Penrose – Quantum Physics of Consciousness

Seuraavat perusteet sopivat lähinnä teorioille, joissa tietoisuus selitetään kvanttimekaniikkaan jollain tavalla redusoituvana, siitä emergoituvana tai muuten siihen liittyvänä ilmiönä. Prototietoisuusteoriat ja panpsykistiset mallit lähestyvät tietoisuutta toisella tavalla, jota en tässä kirjoituksessa käsittele.

a) Teknologiset saavutukset, kuten kvanttiteknologian, laajojen kielimallien ja simulaatiohypoteesien kehitys, ovat tuoneet paljon uutta pohdittavaa tietoisuuden teorioille. Tämä on mahdollista myös siksi, että muut teoriat eivät ole tuottaneet odotettuja tuloksia. Areena on avoin uusille ehdotuksille niin kauan kuin vastausta ei ole.

b) Puhtaasti deterministiset, fysikaalisen reduktionismiin perustuvat teoriat ovat epäonnistuneet selittämään subjektiivisen kokemuksen keskeisiä piirteitä. Ne eivät kykene selittämään tietoisuuden ilmiöitä, kuten minuuden tunnetta, vapaata tahtoa ja merkityksen rakentumista. Donald Hoffman väittää eräässä haastattelussa, että ne eivät pysty selittämään edes yhtä spesifiä tietoisen kokemuksen laatua.

David Chalmersin mukaan tarvitsemme uusia radikaaleja ehdotuksia, joissa kvanttifysiikan ilmiöt saattavat johtaa uusien vastausten luokse. Ylitiukka rajanveto hardcore-kvanttimekaniikan ja kvanttimystiikan välillä on voinut estää toivottujen uusien ideoiden synnyn viimeisinä vuosikymmeninä.

c) Kvanttitietokoneet ovat jo täällä ja ne ovat todellisia, vaikkakaan eivät vielä kuluttajatuotteina. Kvanttitietokoneilla on huomattavasti suurempi laskentakyky kuin digitaalisilla klassisilla tietokoneilla. Tällä tavalla epäsuorasti toteennäytettynä valtava laskentakyky saattaisi auttaa luomaan tarpeeksi nopeutta ja monimutkaisuutta, jolloin tarvittava emergentti tietoisuus voisi selittyä. Neuronien toiminta on kvanttilaskentaan verrattuna hidasta ja se voi aiheuttaa laskennallisen ylitsepääsemättömän rajan, jotta se sopisi tietoisuuden selittämiseen. Kvanttijärjestelmällä ei olisi samanlaista ongelmaa.

d) Monet biologiset prosessit liittyvät energian muuntamiseen kemiallisesti käytettävissä oleviksi muodoiksi ja ovat luonteeltaan kvanttimekaanisia. Tällaisia prosesseja ovat esimerkiksi kemialliset reaktiot, valon absorptio, virittyneiden elektronitilojen muodostuminen, viritysenergian siirto sekä elektronien ja protonien (vetysuolojen) siirto kemiallisissa prosesseissa, kuten fotosynteesissä, hajuaistissa ja soluhengityksessä.

Miten vedämme rajan sen välille, mihin kvanttimekaaniset ilmiöt voivat ja eivät voi ulottua biologisissa systeemeissä? Mikseivät ne voisi ulottua myös tietoisuuteen vaadittavien prosessien tasolle? Evoluutio on voinut kehittää pitkien kehitysaikakausien aikana meille vielä tuntemattomia kvanttijärjestelmiä, jotka voivat ylläpitää tietoisuuteen vaadittavaa kvanttikoherenttia tilaa. Vastikään on saatu jopa 1016 atomin painoinen kokonaisuus kvanttitilaan, joka vastaa mikrogrammaa ainetta.

e) Kvanttimekaniikan ja tietoisuuden yhteys ei ole uusi keksintö. Keskustelu kvanttimekaniikan yhteydestä tietoiseen havaitsijaan on jatkunut jo 100 vuotta. Edellä mainittujen lisäksi monet muut kvanttimekaniikan pioneerit, kuten Niels Bohr, Erwin Schrödinger, Wolfgang Pauli, Werner Heisenberg, David Bohm ja John Bell, ovat pohtineet, voisiko kvanttimekaniikalla olla yhteys mieleemme. Kvanttimekaniikan syvällinen tuntemus ei siis ole millään tavalla ristiriidassa tietoisuuden tutkimuksen kanssa.

Voidaan ajatella, että kvanttimekaniikkaan on alun perin liittynyt huomattavissa määrin filosofista pohdintaa, mutta tiettyjen historiallisten syiden takia se siirtyi joksikin aikaa syrjään. Nykyään kvanttimekaniikan filosofiaan ja fysiikan peruskysymyksiin liittyvä tutkimus on saamassa uudelleen sijaa vakavammissa keskusteluissa. Aihe on vaativa, koska se vaatii vahvan suuntautumisen tieteen filosofiaan ja luonnontieteelliseen tutkimukseen, jotta keskustelu olisi hedelmällistä ja voisi tuottaa uutta kontribuutiota kentälle.

f) Kvanttimekaniikan epädeterministisyys eli ajasta ja paikasta riippumattomuus, globaalin aaltofunktion eli jonkinlaisen lähdekentän olemassaolo, havainnoijan ja kohteen tunnusomainen dualistinen kaksoisaspektiyhteys ja kvanttikietoutumisen ilmiöt saattavat tarjota tyydyttävämpiä selityksiä tietoisuudelle jopa solubiologian tasolla. Klassinen fysiikka ja siihen kytkeytyvä neuronien tilastollinen malli eivät sellaisenaan anna tarvittavia korkeamman tason rakenteita, joita tietoisuuteen yleensä liitetään.

g) Kvanttitietoisuusteoriat eivät enää liiku pelkän analogian tasolla, jossa kvantti-ilmiöillä olisi vain hämärästi jotain yhteistä tietoisuuden ja subjektiivisten relativististen ilmiöiden kanssa. On kyetty tuottamaan kokeita ja matemaattista formalismia, joka mahdollistaa ennusteiden luomisen teorioiden pohjalta, falsifioinnin ja sitä kautta tieteellisemmän teorian käsittelyn. Yksi hyvä esimerkki sellaisista on juuri Orch-OR, joka on luonut tiettyjä ennusteita, joita on falsifioitu kokeissa, jonka jälkeen teoriaa on jouduttu kehittämään lisää.

Kvanttitietoisuusteorioita

Fysiikan perustuksiin perehtynyt John Bell-instituutin perustaja amerikkalainen tieteenfilosofi Tim Maudlin on samaa mieltä David Albertin kanssa, että kvanttimekaniikan kolme tunnetuinta esitystä ovat teorioita eivätkä tulkintoja. 1. David Bohmin pilottiaalto, 2. Kööpenhaminalainen aaltofunktion romahdus ja 3. Hugh Everettin monimaailma kuuluvat Albertin ja Maudlinin mukaan nimenomaan fysiikan peruskysymyksiin, ei vain analyyttisen filosofian piiriin.

Kolme mainittua kvanttimekaniikan teoriaa ottavat omanlaisen kannan siihen, tarvitaanko aaltofunktion romahtamista vai voiko lokalisoitunut hiukkanen, Bellin sanoin beable, ilmetä ilman romahtamiseen vaadittavaa postulaattia. Tämä kannanotto jakaa myös kvanttimekaniikkaan tukeutuvat tietoisuuden teoriat omiin ryhmiinsä, nimittäin pilottiaaltoihin, aaltofunktion romahdukseen ja monimaailmaan tukeutuvat tai niiden ulkopuolelle jäävät teoriat.

Laajemman käsityksen saamiseksi, ennen kuin käsittelen Orch-OR-teoriaa, olen listannut seuraavaan taulukkoon muutamia tunnettuja kvanttitietoisuuden teorioita.

Pilottiaaltoihin liittyvät teoriat

TeoriaKuvausPuolestapuhujat
KvanttipanprotopsykismiTämä teoria ehdottaa, että tietoisuuden potentiaaliset elementit ovat läsnä kaikissa fysikaalisissa järjestelmissä, viitaten kvanttimekaniikan epädeterministisiin ja holistisiin luonteisiin. Pan(proto)psykismin mukaan tietoisuus ei ole vain korkeamman tason olioissa, kuten ihmisissä, vaan myös kaikissa fysikaalisissa systeemeissä. Tätä tukevat David Bohmin epälokaalisen informaation ja kvanttikontekstualismin ideat sekä Paavo Pylkkäsen ehdotukset kvanttitason aktiivisen informaation protofenomenaalisista yhteyksistä mieleen ja tietoisuuteen. (1992-)Paavo Pylkkänen, Basel J. Hiley, Robert E. Callaghan, Glen Dennis, Maurice A de Gosson 1 2

Aaltofunktion romahtamiseen liittyvät teoriat

TeoriaKuvausPuolestapuhujat
Von Neumann/Wigner -tulkintaTämä tulkinta esittää tietoisuuden ehdottomana ainoana mekanismina, joka voi selittää kvanttisysteemin mittaustilan, siirtämällä systeemin kvanttisuperposition tilasta tiettyyn lopulliseen tilaan. Tämä tulkinta perustuu von Neumannin matemaattiseen formalismiin ja se loi historiallisen perustan tietoisuuden ja kvanttimekaniikan yhteydelle. (1932/1961)John von Neumann, Eugene Wigner 3
Stappin teoriaTietoisuuden ja kvanttimekaniikan yhteyttä tutkiva teoria, jossa painotetaan tietoisen valinnan ja tarkkailun roolia kvanttisysteemin kehityksessä. Tässä teoriassa tietoisuus ei ole passiivinen havainnoija, vaan aktiivinen toimija, joka vaikuttaa kvanttisysteemiin ja sen evoluutioon. Kvanttiaaltofunktio romahtaa, kun tietoinen mieli valitsee yhden vaihtoehtoisten kvanttien mahdollisuuksien joukosta. (1993-)Henry Stapp 4
Kvantti-Zeno -vaikutusteoriaTämä Henry Stappin toinen teoria perustuu Kvantti-Zeno-ilmiöön, jossa jatkuva systeemin tarkkailu estää tilan muutokset. Teorian mukaan tietoisuuden jatkuva tarkkailu johtaa kvanttitilan jäädyttämiseen, mikä olisi perusta tietoisuuden jatkuvuudelle ja subjektiivisen ajan kululle. (1993)Henry Stapp 5
Diósi-Penrose -ehdotusTämä ehdotus esittää, että aaltofunktion romahtaminen voisi olla seurausta gravitaatiosta. Täten tietoisuuden ilmiöt, kuten valintojen tekeminen tai havaintojen tekeminen, saattaisivat liittyä suoraan näihin gravitaation aiheuttamiin aaltofunktion romahtamisiin. (1989/1996)Lajos Diósi, Roger Penrose 6
Orch-OR-teoriaTässä teoriassa tietoisuuden lähteenä nähdään kvanttikoherenttisuus aivojen mikrotubulien sisällä, johtuen niiden itsensä tai niistä koostuvien topologisten rakenteiden aiheuttamasta aaltofunktion romahtamisesta. Tämä kvanttikoherentti tila mahdollistaa tietoisuuden ilmiöt, kuten vapaan tahdon. (1996-)Roger Penrose, Stuart Hameroff 7
Topologinen geometrodynamiikka (TGD)Yhtenäisteoria, joka käsittää kvanttifysiikan ja gravitaation geometrisoinnin, lukuteorian ja kognition. TGD on yritys selittää maailmankaikkeuden fyysistä ja kokemuksellista rakennetta sekä dynamiikkaa yhden yhtenäisen matemaattisen mallin puitteissa. Tietoisuus tai tajunta tulkitaan TGD:ssä elävän organismin magneettisen kehon intentiosta johtuvana biologisen aineksen kvanttihyppyjen muodostamana jatkumona. Itsen kuvaus saadaan negentropian maksimointiprinsiipistä. Nämä seuraavat kvanttimittausteorian yleistyksestä. (1988-)Matti Pitkänen 8

Monimaailmateoriaan ja antrooppiseen prinsiippiin liittyvät implikaatiot

TeoriaKuvausPuolestapuhujat
Osallistuva antrooppinen periaate (PAP)John Wheelerin esittämä teoria, joka perustuu ajatukseen, että havainnoitsijat ovat välttämättömiä universumin fysikaalisten lakien määrittelyssä. PAP olettaa, että havainnoitsija osallistuu aktiivisesti todellisuuden luomiseen eikä ole vain passiivinen tarkkailija. Tämä ajatus yhdistää tietoisuuden ja universumin syvällisellä tavalla, jossa maailmankaikkeus on täydellinen vain havainnoitsijan läsnä ollessa. PAP ei ole tietoisuuden teoria sanan varsinaisessa merkityksessä, mutta korostaa tietoisuuden merkittävää roolia kosmoksen evoluutiossa. (1983)John Wheeler, Brandon Carter ja John Barrow 9
Monien maailmojen tulkinnan (MWI) vaikutukset tietoisuuteenTeoria juontaa juurensa Hugh Everettin monimaailmakvanttiteoriaan. Tässä teoriassa kaikki mahdolliset universumit toteutuvat kvanttitasolla tapahtuvan superposition seurauksena. Tietoisuuden näkökulmasta tämä tarkoittaa, että meidän tietoisuutemme jakautuu näiden universumien kesken, luoden kopioita itsestämme kaikkiin näihin mahdollisiin todellisuuksiin. MWI ei ole tietoisuuden teoria, mutta se johtaa moniin mielenkiintoisiin filosofisiin pohdintoihin tietoisuuden luonteesta ja identiteetistä. (1957-)Hugh Everett III, Bryce DeWitt, David Deutsch, Sean Carroll ja Max Tegmark 10

Muut teoriat

TeoriaKuvausPuolestapuhujat
Kvanttisähködynamiikan teoria tietoisuudestaTeoria, joka yhdistää kvanttikenttäteorian ja tietoisuuden mallit. Aivokudoksen kollektiiviset kvanttitilat muodostavat vuorovaikutuksessa tietoisuuden. (1967-)Hiroomi Umezawa, Mari Jibu, Kunio Yasue, Giuseppe Vitiello 11
Vitiellon kvanttihäviön malliMalli, joka käyttää kvanttikenttäteoriaa kuvaamaan aivojen dynamiikkaa. Aivot toimivat dissipatiivisena kvanttijärjestelmänä, jolla on kyky tallentaa ja hakea tietoa muistista kvanttikenttätilojen superposition avulla. (1995-)Giuseppe Vitiello 12
Kvantti-integroitu informaatioteoria tietoisuudesta (QIIT)Teoria, joka yhdistää kvanttifysiikan ja informaatioteorian kuvatakseen tietoisuutta. Tietoisuus syntyy informaation integraation ja erottelun prosessissa. (2018)Paolo Zanardi, Michael Tomka, Lorenzo Campos Venuti 13
Havaintoteoria, Markovin dynamiikka ja tietoisten agenttien teoriaTeoria ehdottaa, että tietoiset agentit ovat perustavanlaatuisia ja vuorovaikuttavat Markovin dynamiikan kautta. Jotkut agentit luovat aika-avaruuden rajapinnaksi, jonka kautta ne vuorovaikuttavat. Hiukkasfysiikka kvanttimekaniikka mukaan lukien on agenttien dynamiikan projisointi tälle rajapinnalle. Havaintoteorian mukaan aistimme eivät suoranaisesti heijasta todellisuutta, vaan toimivat symbolisina käyttöliittymiä (headset), jotka evoluutio on muokannut edistämään selviytymistä. (2014/2023-)Donald D. Hoffman, Chetan Prakash, Robert Prentner, Swapan Chattopadhyay 14 15 16
Kvanttiholografiateoria tietoisuudestaTämä teoria, jonka Walter Schempp kehitti holonomisen aivoteorian17 pohjalta, väittää, että aivot toimivat kvanttihologrammina. Teorian mukaan aivojen neuroverkostot voivat tuottaa kvanttiholografisia malleja maailmasta, jotka tallentavat ja prosessoivat informaatiota samanaikaisesti eri tasoilla. Tämä prosessi muistuttaa holografista prosessia, jossa kokonaiskuva voidaan palauttaa pienestä osasta hologrammia, mikä viittaa siihen, että tietoisuus saattaa toimia samanlaisella periaatteella. (1993-)Walter Schempp 18

Orch-OR-teoria

Justin Riddle – Orchestrated Objective Reduction – Presenting the Hameroff-Penrose model

Orkestroidun objektiivisen reduktion (Orchestrated Objective Reduction, Orch-OR) teoria on nobelfyysikko Sir Roger Penrosen ja anestesiologi Stuart Hameroffin yhteistyönä syntynyt teoria. Heidän mukaansa tietoisuus syntyy kvanttitason prosesseissa aivojen neuronien solun rakennusaineiden, niin kutsuttujen mikrotubulusten muodostamien topologioita vastaavien rakenteiden sisällä.

Penrosen työ kvanttimekaniikan parissa ja hänen ajatuksensa tietoisuuden luonteesta ovat olleet keskeisiä teorian kehittämisessä. Hän esitti teoksessaan ”The Emperor’s New Mind” (1989), että tietoisuus vaatii jotain, joka ei ole laskettavissa eli on ei-algoritmista. Tällä Penrose viittasi Gödelin epätäydellisyysteoreemaan, jonka mukaan tietyt matemaattiset lukuteoriaan pohjautuvat aksiomaattisen järjestelmän totuudet ovat ihmistodistettavissa, vaikka ne eivät olekaan todistettavissa järjestelmän sisäisillä menetelmillä. Penrosen mukaan tämä viittaa siihen, että ihmismatemaatikot eivät ole pelkkiä formaaleja todistusjärjestelmiä, vaan tietoisina älykkäinä olentoina he käyttävät ei-laskennallista algoritmia päätelläkseen totuuden.

Penrose ehdotti, että tämä ei-laskettava elementti voisi olla peräisin kvanttiprosesseista, erityisesti kvanttisuperpositiosta ja sen ratkeamisesta yhteen tilaan, jota kutsutaan siis aaltofunktion romahdukseksi. Kvanttiprosessit ovat ei-laskettavia, koska ne ovat kvanttimekaniikan periaatteiden mukaisesti epädeterministisiä. Tämä tarkoittaa, että niiden lopputulosta ei voida ennustaa tarkasti, vaan ainoastaan todennäköisyyksien avulla. Penrosen mukaan tämä ei-laskettava elementti kvanttimekaniikassa voisi olla avain ymmärtää tietoisuuden luonnetta ja sen ei-laskettavia piirteitä, kuten vapaata tahtoa ja luovaa ajattelua.

Hameroff oli puolestaan tutkinut mikrotubuluksia, jotka ovat proteiinirakenteita solun sytoskeletonissa. Kun hän luki Penrosen kirjan vuonna 1996, hän otti yhteyttä Penroseen ja ehdotti, että mikrotubulukset saattaisivat olla se paikka, jossa kvanttiprosessit tapahtuvat. Tämän seurauksena he kehittivät yhdessä Orch-OR-teorian, jonka mukaan tietoisuus syntyy kvanttikäsittelyn tuloksena aivojen neuronien mikrotubuluksissa. Alun perin he ajattelivat, että yksi mikrotubulus voisi muodostaa yhden laskennallisen yksikön, kvanttibitin eli kubitin. Myöhemmin he kuitenkin kehittivät ajatusta edelleen ja päätyivät siihen, että tietty topologinen kokoelma mikrotubuluksia muodostaisi yhtenäisen kvanttibittiyksikön, joita jokaisessa neuronissa on karkeasti miljardi.

Teoria siis esittää, että aivot ovat pohjimmiltaan kvanttitietokone, jossa kvanttisuperpositio mahdollistaa suuren määrän laskutoimituksia samanaikaisesti.

Objektiivinen Reduktio

Objektiivinen reduktio (OR) on Roger Penrosen esittämä käsite, joka tarjoaa ratkaisun kvanttimekaniikan mittausongelmaan. Tämä ongelma liittyy kysymykseen siitä, miten ja miksi kvanttitilojen epämääräinen superpositio muuttuu havaitsemaksemme määrättyyn, klassiseen tilaan.

Kuten aiemmin mainitsin, Kööpenhaminalaisen teorian mukaan kvanttimekaniikassa aaltofunktio, joka kuvaa kvanttijärjestelmän tilaa, ”romahtaa” mittauksen yhteydessä johtaen määrättyyn tilaan. Tätä kutsutaan joskus ”subjektiiviseksi reduktioksi”, koska se näyttää riippuvan havainnoijasta tai mittauksesta.

“Objektiivisessa reduktiossa” aaltofunktion romahtaminen tapahtuu spontaanisti ilman havainnoijan tai mittauksen tarvetta. Penrosen mukaan spontaani romahdus on fysikaalinen prosessi, joka tapahtuu, kun kvanttijärjestelmä saavuttaa tietyn kvanttigravitaatioepästabiilisuuden tason eli OR-kynnyksen.

Mitä suurempi kohdekappaleen massaenergia on, sitä nopeammin se saavuttaa OR-kynnyksen ja päinvastoin. Atomitasoiset superpositiot vaatisivat 10 miljoonaa vuotta saavuttaakseen OR-kynnyksen, kun taas eristetty 1 kilogramman esine saavuttaisi OR-kynnyksen 10^-37 sekunnissa. Esineet, jotka sijoittuvat näiden kahden mittakaavan väliin, voisivat romahtaa aikaskaalassa, joka on merkityksellinen hermoston prosessoinnille.

Tietoisuuden Orch-OR-teorian yhteydessä Penrose ja Hameroff ehdottavat, että näitä objektiivisia reduktioita tapahtuu aivojen mikrotubuluksissa ja että jokainen tällainen tapahtuma on erillinen tietoisuuden hetki. Teorian nimen ”orkestroitu” osa viittaa ajatukseen, että nämä kvanttitason prosessit, kuten toimintapotentiaalien laukeaminen ja synaptisten signaalien siirto neuronien välillä, koordinoidaan eli orkestroidaan aivojen neuronien kesken tuottaen yhtenäisen tietoisen kokemuksen. On ehdotettu, että tähän prosessiin vaikuttavat ympäristön ja kehon tuottamat syötteet.

Juuri tätä Penrose tutki ja esitti Taorminan puheenvuorossaan nopeiden lihassolujen ohjaamisesta intentiosta käsin. Tietoinen, vapaan tahdon ilmentämä toiminto delekoituisi autonomisten toimintojen tasolle, vaikka jossain kohtaa tietoisuus yksityiskohdista katoaakin. Teorian mukaan tämä prosessi ei ole pelkästään passiivinen havainto, vaan aktiivinen tietoinen toiminta.

Kritiikki

Yksi Orch-OR-teorian kritiikin kohde on se, että mikrotubulien kvanttisuperpositiot, jos niitä ensinkään pääsee syntymään, ne todennäköisesti romahtaisivat erittäin nopeasti kaoottisessa aivojen ympäristössä. Miten Orch-OR vastaa aivojen dekoherenssi-ongelmaan?

Penrose ja Hameroff ovat esittäneet vastauksia tähän dekoherenssiongelmaan. Vastaukset sisältävät teorian eräitä yksityiskohtaisimpia osia. Tässä vaiheessa täytyy ottaa rohkeasti pohjakosketus Orch-OR-teoriaan, josta on hyvä taas nousta arkisemman tason esityksiin.

Biologiassa mikroympäristön oletetaan yleensä koostuvan polaarisesta vesipitoisesta väliaineesta. Polaarisuus mahdollistaa vaadittavan kvanttijärjestelmän positiivisen, negatiivisen ja niiden välisen superpositiotilan olemassaolon. Penrosen ja Hameroffin mukaan epäjärjestynyt aineenvaihdunnallinen energia, joka toimitetaan mikrotubulien ympärillä olevan veden kollektiiviseen dynamiikkaan dekoherenssin ylittävällä nopeudella, voi vastustaa dekoherenssin vaikutuksia – samoin kuin laserit välttävät dekoherenssin huoneenlämmössä. Lisäksi aktiinin geelaation vaiheet voivat parantaa mikrotubulikimppujen ympärillä olevan veden järjestystä, mikä lisää dekoherenssivapaata aluetta vielä yhdellä suuruusluokalla ja pidentää dekoherenssiaikaa. Nämä muutokset tuovat mikrotubulien dekoherenssin sellaiseen alueeseen, jossa kvanttigravitaatio voi vuorovaikuttaa neurofysiologian kanssa.

Penrosen ja Hameroffin esittämät Orch-OR-kubitit ovat erityislaatuisia. Mikrotubuluksissa muodostuvat spiraalimaiset kvanttisähködipolit muodostavat koherentteja tiloja yhdestä tai toisesta suunnasta Fröhlichin “jättiläisdipoli” -oskillaatioiden avulla. Nämä oskillaatiot ulottuvat vierekkäisten tubulusten välillä spiraalireitillä A-ristikkomikrotubuluksessa. Tämä mahdollistaa kvanttisignaalien siirtymisen mikrotubulusten sisällä ja niiden käytön kvanttikomputaatioissa.

Vasemmalla Orch-OR-kubitin dipolit. Oikealla superpositio dipoleista (Hameroff 06/2022).
Vasemmalla Orch-OR-kubitin dipolit. Oikealla superpositio dipoleista (Hameroff 06/2022).

Kierteispolkukubitit muistuttavat topologisia kubitteja, jotka ovat virheensietokykyisiä ja itsensä korjaavia, joka edelleen vahvistaisi mikrotubulusten toimivuutta kvanttijärjestelmänä jopa aivojen kaoottisissa olosuhteissa. Tietoisuus muutenkin yleensä liitetään järjestäytyneeseen tietoon, joten jollain tavalla aivojen täytyy pystyä rakentamaan ja pitämään yllä järjestystä. Kvanttimekaaninen tila olisi ideaalein tähän, koska siinä integroituu kaikki tarvittava saatavilla oleva tieto yhdessä tilassa ja samaan aikaan, joka ei ole mahdollista neuronimalleissa. Signaalin siirtyminen jopa solun sisäisesti puolelta toiselle on massiivinen operaatio klassisessa mekaniikassa. Kvanttitilassa se ei ole ongelma eikä mikään.

Viimeaikaisissa laboratoriotutkimuksissa on mikrotubuluksissa löydetty kvanttivärähtelyn todisteita. Siitä toki on vielä valtavan pitkä matka siihen, että näin tapahtuisi systemaattisesti ja laajamittaisesti aivoissa ja että sillä olisi jotain tekemistä tietoisuuden kanssa. Tällaisten teorioiden matka “todistetuiksi” on tunnetusti pitkä ja vaivalloinen. Mutta Orch-OR-teoria on toisaalta yksi niistä harvoista kvanttitietoisuusteorioista, joille on kyetty rakentamaan kokeita ja joka on falsifioitavissa. Useimmat vastaavat teoriat eivät ole päässeet tälle tieteellisen tutkimuksen tavoittelemalle asteelle.

Artikkelisarjan loppupohdinta

Tietoisuusaiheen opiskelu

Olen käsitellyt tässä ja neljässä edellisessä artikkelissani Taorminan tietoisuustieteiden konferenssin pohjalta nousseita aiheita. Paljon ajatuksen langanpäitä on jäänyt käsittelemättä, koska yleensä jotain aihetta tutkiessa vastaan nousee valtava kysymysten seinämä, joista vain osan ehtii seuloa kohtuullisessa ajassa. Samoin uusia lähdekirjoja ja artikkeleita löytyy niin paljon, että niitä ehtii vain nopeasti selailla ja tutkia läpi. Toisaalta se kuvastaa myös tällaiseen tutkimukseen liittyvää vaikeutta, johon joka hetki yritetään löytää ratkaisuja.

Modernit tekoälyä hyödyntävät luentojen ja haastattelujen litterointi sekä tekstien referointi, tarkastus ja käännöspalvelut ovat varmasti yhä suuremmassa roolissa tulevaisuuden tutkimuksessa. Erityisen hyviä laajat kielimallit vaikuttavat olevan tekstin selkokieliseen asuun saattamisessa. Usein tutkimusartikkelien tiukkaan formaattiin saatettu teksti on vaikeasti lähestyttävä, johon ongelmaan tekoäly tekstin sanoman avaajana vaikuttaa yllättävän toimivalta ratkaisulta. Kovin monimutkaisten formaalien teorioiden johtamisessa nykyisten tekoälymallien kyvyttömyys tulee kuitenkin nopeasti esiin. Tämän olen huomannut jo monta kertaa läpikäydessäni esimerkiksi tajunnan teoriankin tarjoavaa Topologista Geometrodynamiikkaa ChatGPT:n avulla. Uusien teorioiden ja näkemysten rakentajana ihmisellä tietoisena olentona on vielä pitkään merkittävä rooli maailmassa, näin uskaltaisin väittää.

Tietoisuuden tutkimus on monimutkainen ja moniulotteinen ala, jossa yhdistyvät useat eri tieteenalat ja filosofiset suuntaukset. Tämä tekee tutkimusalueesta erityisen rikkaan, mutta samalla haastavan, sillä on olemassa lukemattomia mahdollisia näkökulmia ja teorioita, jotka pyrkivät selittämään tietoisuuden olemusta. Tietoisuuden selitysten määrä on räjähtänyt niin sanotusti käsiin. Aihetta on vaikea käsitellä perinteisillä lyhyillä puolen tunnin luennoilla ja 10 minuutin kysymyssessioilla. Vaaditaan paljon rikkaampi tapa käydä dialogia tutkijoiden ja yleisön kanssa. Taorminan konferenssi tarjosi työpajoja, avainpuheenvuoroja, esityksiä pienryhmissä ja juliste-esityksiä. Kaikkein tärkein oppimisen muoto mielestäni on kuitenkin säännöllinen pitkäjänteinen keskustelu aiheista tietävien ja kiinnostuneiden kanssa. Sitä ei voita kirjat, luennot eikä tekoäly.

Tietoisuuden selitysten kombinatorinen räjähdys

Tietoisuuden ja materian välinen suhde on ollut mielenfilosofian keskiössä jo antiikin ajoista lähtien. Dualismi ja monismi ovat molemmat tarjonneet omia ratkaisujaan tähän ongelmaan, mutta kumpikaan ei ole johtanut tiedeyhteisöä tyydyttävään vastaukseen. Tämä on saanut joitakin tutkijoita, kuten Penrosen pohtimaan, tarvitaanko tietoisuuden selittämiseen kokonaan uusi ontologinen kategoria – tai oikeastaan vanhan eli Platonia-ideamaailman uudelleen herättäminen. Penrosen Orch-OR-teoriassa on kolme ontologista kategoriaa, aine kvanttitiloineen, subjektiivinen kokemus sekä fysiikan lakeja kuvaava matemaattinen ideoiden maailma. Jotkut tutkijat olisivat valmiit jakamaan myös kvantti- ja klassisen fysiikan omiin ontologisiin kategorioihin.

Jotkut teoriat pitävät tietoisuutta kaiken perustana, vaikkapa tietoisten agenttien muodossa, ja pyrkivät johtamaan tästä käsityksestä perusfysiikan, josta sitten muu todellisuus on johdettavissa. Tässä kirjoituksessani olen maininnut teorioita, jotka linkittävät tietoisuuden todellisuuteen kvanttitason ilmiöiden kautta. Nämä teoriat voivat myös vastapalveluksena tarjota uudenlaisia ratkaisuja kvanttimekaniikkaa piinaavaan mittausongelmaan tai tarjota uusia selityksiä kvantti-ilmiöille, kukaties myös Kaiken Teorialle. Valaisemattoman aineen merkitystä tietoisuudelle ei sitäkään ole juuri tutkittu.

Tämänkaltaiset teoriat ovat toki kiehtovia, mutta ne edellyttävät valtavan monialaista ymmärrystä sekä kykyä ajatella monimutkaisia ongelmia uusilla tavoilla laatikon ulkopuolelta. Kriittisesti tarkasteltuna voidaan taas kysyä, että ovatko nämä teoriat muuta kuin monialaisten polymaattien eli yleisnerojen ajanvietettä vai voivatko ne todellakin johtaa johonkin varteenotettaviin esityksiin tietoisuudesta? Kriittisimpien tutkijoiden mielestä ei ole edes selvää, voidaanko linkkiä aineen, kvanttimaailman ja tietoisen kokemuksen välille luoda tyydyttävästi, vai joudummeko ikuisesti tyytymään johonkin idealistiseen, dualistiseen tai pluralistiseen näkemykseen.

Perinteinen, ehkä edelleen suurinta suosiota nauttiva lähestymistapa tietoisuuteen on neurotieteellinen, jossa tietoisuus nähdään aivojen tuottamana emergentti-ilmiönä. Tämä lähestymistapa ei välttämättä vaadi syvällistä perehtymistä fysiikan saloihin, sillä se keskittyy enemmän aivojen toiminnan tutkimiseen. Sillä on kuitenkin ollut ylitsepääsemättömiä haasteita toimittaa täysin toimivaa teoriaa viimeisten 25 vuoden aikana.

Tietyt yksisoluiset organismit vaikuttavat olevan tavoitteellisia kokonaisuuksia ja siinä mielessä tietoisia sekä sisäisestä toiminnallisuudestaan että ulkoisesta maailmasta. Tämä sotii räikeästi sitä vastaan, että tietoisuus rakentuisi valtavasta määrästä neuronisoluja, jos kerran yksisoluinen eliö jo toimii monimutkaista käyttäytymistä vastaavalla tavalla.

Korkeamman tason teoriat kuten sosiaalinen lähestymistapa tietoisuuteen on saanut myös uutta jalansijaa tutkimuksissa. Taorminan äänestyksessä se itseasiassa voitti leikkimielisen kisan.

Neljäs lähestymiskulma on kieltää tai kiertää reduktio ja binding-ongelma ja väittää, ettei tietoisuutta varsinaisesti ole, vaan meillä on ainoastaan subjektiivisia kokemuksia ja kielellisiä merkityksiä, jotka synnyttävät illuusion tietoisuudesta. Sen mukaan meillä on toki toimiva kognitio, mutta ei mitään salaperäistä taustalla puuhaavaa tietoisuutta. Tämä lähestymistapa korostaa kielen merkitystä tietoisuuden muodostumisessa ja pyrkii purkamaan tietoisuuden mysteeriä kielellisten merkitysten, psykologian ja neurotieteen avulla.

Se, että emme ole henkilökohtaisesti tietoisia siitä, mikä aiheuttaa tietoisuuden, tunnetaan myös introspektiivisena näkymättömyytenä. Tämä aiheuttaisi mahdollisesti ylitsepääsemättömän esteen palauttaa tietoisuutta aineeseen kokemuksellisesta näkökulmasta katsoen. Mielenkiintoista on tällaisessa skenaariossa yrittää löytää se raja-arvo, miten pienestä aistimukseen liittyvistä molekyylien ja hermoimpulssien määrästä voimme saada tietoisen kokemuksen. Ja onko kuitenkaan aistittavan kohteen näkyvyys tai näkymättömyys havainnoijalle sama asia kuin tietoisuus itse?

Toinen vastaava näkökulma olisi se, että itse ja tietoisuus ovat lähimuistiin perustuva muistikokemus edellisestä havaitsemisen hetkestä. Vaikka voimme ajatella ajattelijan ajattelijaa jne., on se vain kielen rekursiivisesta luonteesta ja kyvystä johtuva ilmaisu, jolla ei ole fysiologista vastinetta. Tai sen lähin vastine olisi muisto edellisestä hetkestä, jolloin ajattelimme. Luonnolla täytyy olla mekanismi, joka välttää ikuisen rekursiivisen kierteen, vaikka formaali kieli kykenee luomaan sellaisen ikään kuin mielikuvituksessaan.

Mitä fysikaalisuus todella on ja miten se liittyy tietoisuuteen, jossa jokin kokemus tuntuu siltä kokemukselta? Ihminen voi kokea hyvin eriskummallisia muuntuneita tietoisuuden tiloja. Esimerkiksi unesta herätessä saatamme olla jo fyysisen kehon osalta hereillä ja silmät auki, mutta näemme edelleen kuvavirtaa unimaisemasta. Mentaalinen kuva peittää täydellisesti silmien kautta tulevan signaalin. Tietoisuudessa ilmeneviä kohteita voidaan säädellä aivojen sähkökemiaa muuntamalla ja neuroneita aktivoimalla. Mentalistit kykenevät tekemään silmänkääntötemppuja ja hypnotisoimaan ihmisiä pelkän psykologian avulla.

Arkisen mielen toimintojen tutkiminen vaikuttaa sisältävän paljon eri ilmiöitä ja niistä yksistään voi olla vaikea saada kiinni, mikä tietoisuuden ydin on. Muun muassa anestesia, hallusinogeenit, synestesia, unet ja meditaatio voivat kertovat jotain erityistä tietoisuudesta. Niiden avulla lähestymme vastausta kysymykseen, mitä kaikkea voimme riisua mielen toiminnoista tietoisuuden silti katkeamatta. Syvässä meditaatiossa esimerkiksi henkilö voi olla tietoinen, vaikka hänen kehonsa on jo unta vastaavassa tilassa eikä hänen tajunnassaan liiku ajatuksia tai mitään muitakaan tunnelmia.

Onko tämän kaiken tuloksena muodostunut kuva totaalisen irrallinen, hallusinoitu kuva todellisuudesta, vai onko maailman mallimme kautta sittenkin kyenneet tavoittamaan jotain todellisuudesta, subjektiivisen näkökulman rajallisuudesta huolimatta? Kuljemmeko me maailmassa vai maailma meidän läpi?

Sitten on tosiaan vielä radikaali substanssidualismi, jossa tietoisuus nähdään täysin erillisenä ja irrallisena fysikaalisesta maailmasta. Tämä näkemys voidaan viedä äärimmilleen ja väittää, että fyysinenkin maailma on pelkkä mielen luoma illuusio ja tietoisuus on ainoa todellinen olemassaolo. Tällainen ajattelun viimeinen päätepiste on solipsismi, joka johtaa filosofiseen erakoitumiseen, jossa katsotaan, että vain oman mielen kokemukset ovat todellisia. Konkreettiselta tuntuva maailma ja muiden kokemukset ovat illuusioita.

Tietoisuuden tutkimuksessa on siis lukemattomia erilaisia teorioita ja lähestymistapoja. Vaikka jotkut näistä teorioista saattavat vaikuttaa äärimmäisiltä tai jopa absurdeilta, ne ovat osa laajempaa keskustelua tietoisuuden olemuksesta. Teorioita voidaan yhdistellä, varioida, lisäillä ja muokkailla henkilökohtaisten oivallusten mukaan. Tämän kombinatorisen räjähdyksen myötä meillä on käytännössä rajaton määrä vaihtoehtoja tietoisuuden tai elämän teorialle. Tämä tuo merkittävän lisähaasteen tietoisuuden ilmiön tutkimiseen.

Tietoisuuden filosofia on vapauden filosofiaa

Toisaalta meillä voi jo olla hyvät toimivat mallit olemassa, mutta niitä ei ole onnistuttu kommunikoimaan ja selittämään oikein yleisölle tai edes tutkijoille itselleen. Ne vaatisivat vain holistisesti aihetta katsovalta ymmärrettävän yhteen vetävän johdonmukaisen esityksen. Tietoisuudessa ja subjektiivisuudessa on myös jotain sellaista, jota emme haluaisi ratkaista ainakaan tavanomaisin keinoin ikään kuin sen myötä elämä menettäisi mystisen merkityksensä.

Joka tapauksessa, vasta kulttuurievoluution kautta meille on vapautunut aikaa filosofoida näitä asioita. Voi olla, että ajatteluamme ohjaa samat ennakoimiseen, puolustautumiseen ja pelastautumiseen liittyvät periaatteet, kuin voimme nähdä yksinkertaisimpien solujen toiminnoissa. Tietoisuuden tieteet ja filosofia on ennen kaikkea tietämättömyydestä vapautumisen filosofiaa. Se voi tuntua tuskaiselta taipaleelta tiedon paljouden ja minuuteen tunkeutuvan kriittisen tarkastelun takia, mutta toisaalta, ei voi olla vapautuksen tunnetta, jollei ole ensin syvää eksistentiaalista kilvoittelua.

Lähteitä

[1] Paavo Pylkkänen (Google Scholar)
[2] Can Quantum Mechanics Solve the Hard Problem of Consciousness? (Basil J. Hiley)
[3] Von Neumann–Wigner Interpretation (Wikipedia)
[4] Henry Stapp (Wikipedia)
[5] Quantum Zeno Effect (Wikipedia)
[6] Diósi–Penrose Model (Wikipedia)
[7] Orchestrated Objective Reduction (Wikipedia)
[8] TGD-Inspired Theory of Consciousness (Matti Pitkänen)
[9] Anthropic principle – Cosmological, Weak, Strong (Britannica)
[10] Many-Worlds Interpretation (Wikipedia)
[11] Electromagnetic Theories of Consciousness (Wikipedia)
[12] Dissipation and Memory Capacity in the Quantum Brain Model (Giuseppe Vitiello)
[13] Towards Quantum Integrated Information Theory (Paolo Zanardi, Michael Tomka, Lorenzo Campos Venuti)
[14] Objects of Consciousness (Donald D. Hoffman, Chetan Prakash)
[15] Fusions of Consciousness (Donald D. Hoffman, Chetan Prakash, Robert Prentner)
[16] Conscious Agents and the Subatomic World (Donald Hoffman, Chetan Prakash, Swapan Chattopadhyay)
[17] Holonomic Brain Theory (Scholarpedia)
[18] The Quantum Hologram and the Nature of Consciousness (Edgar D. Mitchell)

Yksi kommentti artikkeliin ”Kvanttitietoisuusteorioiden sinfoniaa – Orkestroitu objektiivinen reduktio

  1. Ärrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrr's avatar

    Justin Riddle #14 hetkellä 4:19 ei esitä oikein romahdusteorioita eikä niitä pidä verrata toisiinsa kuten hän tekee. Objektiivisen romahduksen vastakohta ei ole subjektiivinen romahdus. Sen vastakohta on Köpenhaminan-tulkinta tai jopa Schrödingerin yhtälön QM-fysiikka. Objektiivisessa romahduksessa kun on tarkoitus ensin sanoa, että on olemassa romahdus, ja romahdus on todellinen, ja sitä kuvaillaan fyysisesti. Köpenhaminan tulkinnasta ei välttämättä saa irti väitettä, että romahdus on olemassa, ja QM-fysiikassa ei ole fysiikkaa romahdukselle.

    Kun Riddle näyttää kuvan objektiivisen romahduksen vastakohdasta, hän ei näytä Köpenhaminaa tai QM:ää vaan jotain muuta. Kuvan ainoa selvä merkitys olisi sanoa, että A ei ole eristetty B:stä. Objektiiviset romahdukset ovat myös nimeltään monien mielestä sama kuin spontaanit romahtamiset. Nämä spontaanisuudet eivät viittaa siihen, etteikö romahtaminen olisi käytännössä poissa ja mahdotonta systeemissä A, joka on eristetty kaikesta muusta. (Eli spontaaniuden vastakohta on Köpenhamina ja/tai se, että romahtaminen tapahtuu etenkin havaitsijan tekemässä mittauksessa.) Uudessa teoriassa eristetyn kvanttiobjektin evoluution kuvauksessa on kyseinen romahduttamistekijä, mutta se voi olla myös vaikutukseltaan pienempi kuin leviäminen useampiin ja tasaisempiin superpositioihin. (Ja tässä mielessä spontaaniuden vastakohta eristetyssä A:ssa, on se QM, missä ei ole näitä mitään tekemättömiä uusia termejä.). Jos objektiivinen romahdus esitetään esim. spin-tiloille GRW ja CSL:ssä, äskeistä ei näe, koska spin ei muutu tavallisessa teoriassa superpositioon itsestään, ja siksi tuloksena on näissä teorioissa, että kaikki eristetyn hiukkasen spin-superpositiot ovat epästabiileja. Vertaa tätä seuraavaan malliin.

    Diosi-Penrosen mallissa tämä A:n ja B:n läsnäolon vaatiminen voi olla todella epäselvää tai erittäin selvää, koska siinä sanotaan, että gravitaatio on osa sitä, miten romahdus tapahtuu. Ihmiset jotka ajattelevat gravitaation olevan B, ja että jonain päivänä B on kvanttiobjekti, olisivat heti sitä mieltä, että gravitaatio-romahdus voi kuulua kaikenlaisiin tulkinta-luokkiin. Objektiivisissa romahduksissa on ominaista, että niiden romahdustermi on sitä, että kvanttiobjekti A on aina vuorovaikutuksessa jonkin ylimääräisen kentän kanssa, jota GRW:ssä ja CSL:ssä sanottiin vain kohinaksi. Penrosekin pyrki siihen aluksi, että tämän toisen kentän luonne on näistä teorioista tuttua kohinaa eikä ikäänkuin kvanttiobjekteina olevien objektien jatke. Diosi-Penrosen superpositio on paikan superpositio ja sen romahduksen ei voi nähdä missään esityksissä kehittyvän lainkaan vaan sen annetaan olla olemassa vain kerran ns. kynnyksellä, joka on pitkän tavallisen superposition kasvatuksen jälkeen.

    Joskus objektiivisia romahduksia nimitetään kolmannella tavalla ’fysikaalisen romahduksen tulkinnoiksi’. Tällä ei ainakaan ole mitään vastakohtaa, ja se korostaa vain eroa Schrödingerin yhtälöön.

    Objektiivista romahdusta tulisi ehkä verrata Wignerin ym. ’tietoisuus aiheuttaa romahduksen’ -teoriaan sillä tavalla, että mainitsee jälkimmäisessä idean olevan se, että tietoisuus on siinä asia, joka ei kuulu kvanttiuniversumiin. Monissa objektiivisten tulkintojen ulkopuolelle jäävissä QM-tulkinnoissa ilmenee sellainen asia, kuin että universumin aaltofunktiot eivät voi kaikki yhtäaikaa romahtua tai näyttää romahtaneilta toistensa avulla. Eli kaikkien aaltofunktioiden yhteinen aaltofunktio on vääränlainen objekti olemaan näin romahtanut. Wignerin tietoisuus oli siten jotain tämän ulkopuolella. Tämäkin teoria kuuluu romahdusteorioihin, jotka eivät ole objektiivisia romahduksia, mutta Riddle ei viittaa siihen kuvallaan ja puheellaan kovin hyvin. On nimittäin hyvin epätodennäköistä, että B voi olla tietoisuus, eli että sen kuva olisi kuin A. Tärkeintä äskeisessä on kuitenkin se, että A ja tietoisuus ei muosta yhtä kvanttitilaa yhdistetyllä Hilbert-avaruudella ym.

    Riddlen 4:19 kuva ei kerro, onko siinä ollut mitään romahdusta, joten kuvaa voisi käyttää myös QM-tulkinnoille, joiden mukaan romahdusta ei edes ole.

    Seuraavaksi Riddle puhuu subjektiivisesta romahtamisesta siten, että se on pikemminkin post-modernia Köpenhamina-tulkintaa. Köpenhaminassa oli oleellista sanoa, että suuret mittalaitteet tekevät mittauksia. Roddlen mukaan on aivan sama sanoa, että atomi mittaa elektronin (todennäköisesti vain osittain, jotta ollaan kaikkien tulkintojen kanssa samassa käsityksessä, että edellinen B on suurempi kuin A). Tämä, että hiukkaset romahtavat (ja nimenomaan romahtavat) vähän jokaisen atomin toimesta on jotain päivähaaveilua, mihin suuret mittalaitteet johdattavat meitä, mutta jolle ei ole olemassa mitään matematiikkaa toisin kuin monissa muissa QM-tulkinnoissa.

    Hän ei minusta voi tarkoittaa esim. ’relational quantum mechanics’ -tulkintaa, koska tässä tulkinnassa ei pitäisi sanoa olevan yhtä A:ta, joka on esitys fyysisestä objektista. Siinä on oltava erikseen A ja A sellaisena kun se on verrattuna B:hen, ja A sellaisena kuin se on viitattuna kaikkeen muuhun.

    Kun Riddle mainitsee kaaoksen ja termodynamiikan, hän on saanut tietää kaiken näistä vain sellaisista tulkinnoista, joissa ei ole romahdusta, mutta joissa on matemaattisesti olemassa dekoherenssia ja esim. monimaailmatulkinnasta, missä useat kvanttiobjektit, eikä vain A, voisivat kietoutua ja näyttää mittaajan kannalta romahtaneilta yhteen tilaan. Ja esim. sen, että ’romahdus’ edustaa entropian kasvua. Dekoherenssi ja monimaailmatulkinta on kaoottinen, koska siinä on valittu alussa kaoottinen ja usein termodynaaminen systeemi, mitä ilman tulkinta sanoisi, ettei mikään eristetty A esiintyisi ns. romahtaneena. Kietoutuminen on tulkitsematonta QM:ää (niiltä osilta, mitä siitä tässä tulkitaan, vaikka joku voisi nimenomaan haluta tulkita kietoutumista siten, että se ei ole QM-kietoutumista enää).Minä tahansta kietoutuneena tilana annettu tila ja siten tavallaan dekoherenssikin voi olla mahdollista kaikissa tulkinnoissa, ja on tämän hetken selitys suurille määrille hiukkasia, jotka alkavat muodostaa klassista ainetta.

    Köpenhaminassa, jossa on lisättynä von Neuman -mittaus, ja jonka muka atomi tekisi elektronille, QM-tilan QM-entropia ei muutu, kun se vaihtuu yhdestä puhtaasta tilasta toiseen. Tämä ei ole termodynaaminen systeemi, eikä systeemi jossa voisi nähdä oikeasti eli ei-statistisesti kaoottisia ratoja (sen lisäksi, mitä unitaarisessa mittauksesta riippumattomassa QM-kaaoksessa on), koska mittauksen jälkeinen tila ei riipuu alkuarvosta.

    Dekoherenssia ei tulisi pitää subjektiivisena reduktiona, vaikka lähdettäisiin tähän nimeämiseen joltain puhtaalta pöydältä. Dekoherenssin subjektiivisuudessa Alice olisi subjektiivinen Alice verrattuna kaikkiin muihin Aliceihin, jotka olisivat omia subjektejaan. Mutta hän ei olisi eri subjekti kuin yksi Bob.

    Kun on sekä kietoutumista, että romahtamista yhtäaikaa (jokin muokattu Schrödingerin yhtälö ja useita objekteja), objektiiviset romahtamiset voivat mahdollisesti olla sellaisia, että niissä on osatilan kehittyminen kohti romahtaneempaa tilaa nopeammin tai ennen kuin syntyy paljon kietoutumisen muutoksia. Tällöin systeemi saa olla mitattu ennen kuin sillä on edessä se, että se on täysin samassa kvanttikorreloidussa kehityksessä kuin ympäristönsä. Tällaista ei missään Penrosen aivojen mallissa vaadita, koska se mihin kiedoudutaan ja se mihin vuorovaikutus muokkasi yhtälön, ovat eri asioita.

    Orch-OR:issa OR ei vaikuta siihen, miten alkutila syntyy eikä siihen, kehittyykö alkutila ilman dekoherenssia superpositioksi, eli pysyykö dekoherenssi välillä poissa. Se antaa vain tämän tilan romahdushetken ja -tapahtuman omalla tavallaan, joka on dekoherentiton.

    Paikalle missä aivoissa on sama superpositio, voitaisiin silloin suorittaa minkä tahansa muun tulkinnan romahdus, mutta Penrosen mielestä pääasia on se, että fysiikan romahduksessa on oltava sellaista, että se on ei-satunnaista ja tila lopussa ns. perustuu edelliseen informaatioon, vaikka ei ole komputoitavissa matemaattisella koneella. Näitä satunnaisuuksia ja komputoitumista esiintyy eri tavalla muissa tulkinnoissa, mutta myös GRW:n ja CSL:n pitäisi olla kelpaava. Dekoherenssia voitasiin ainakin harkita (erillinen dekoherenssi sen valtavan ikuisen dekoherenssin aikana, jota ihmiset pitävät jonain ongelmana, jos eivät koskaan ratkaise kysymyksiä dekoherenssilla) mutta Penroselle se ei kelpaa siksi, että se ei valitsisi ns. mitattua lopputilaa perustuen mihinkään pieneen määrään informaatiota, joka olisi lähes ainoastaan siinä kohteessa, mikä on superpositiossa. Silti dekoherenssia ei pitäisi nimittää satunnaiseksi, mitä Penrosekin yleensä päätyy tekemään.

    Diosi-Penrosen superposition kasvatus ei ole niinkuin kuvassa 7:59 näytetään, esitettävissä yhdellä reaaliluvulla. Kuva on peräisin jostain, missä puhutaan soluista eikä yhdestä kvanttiobjektista. Penrose piirsi (ei laskenut vaan piirsi) sille itse oudot toisistaan erilliset aika-avaruuden pullistumat, jotka loittonevat ja pysyvät samanmuotoisena, mikä ei ole tämän QM-superposition evoluutiota. Kuten yllä sanottiin tämä kasvu ja yksittäinen romahdus ei kuvaile yleisesti objektiivisen romahtamisen kappaleita. Riddle sanoo, että kynnyksen adjektiivi on olla objektiivinen 8:13, mikä sekoittaa soppaa lisää.

    Kun 28:30 vertaillaan asioita, kyseessä on kahden erilaisen monihiukkasmallin tai sellaisen periaatteiden ja käsitteiden vertaaminen. MItään monihiukkasmallia ei kannata odottaa löytävänsä katsomalla universumissa olevia asioita tarkemmin ja tarkemmin. Jos väittää proteiinissa olevan elektronien vyöryjä, eikä muuta, niin joku löytää jossain vaiheessa turbulentteja häiriöitä tästä virtauksesta ja proteiini on taas toisella tavalla kaoottinen (joita ei vätetty olevan olematta, mutta joista myös vaiettiin).

    Objektiiviset romahdukset, jotka muuttavat QM-yhtälöitä, muodostavat yleensä uusia ennustettuja ilmiöitä. Näiden etsimisen peruseella ne ovat jo enimmäkseen väärässä.
    https://www.quantamagazine.org/physics-experiments-spell-doom-for-quantum-collapse-theory-20221020/

    Tykkää

Jätä kommentti

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.