Kuantum Fiziği Bilinci Açıklayabilir mi?
Bilimdeki en önemli sorulardan biri, bilincimizin nasıl oluştuğudur.
Fizikçi Roger Penrose, kara deliklere ilişkin öngörüsüyle 2020 Nobel Fizik Ödülü’nü kazanmadan çok önce, 1990’larda anestezist Stuart Hameroff ile birlikte bu soruya iddialı bir yanıt önerdi.
Beynin nöronal sisteminin karmaşık bir ağ oluşturduğunu ve bunun ürettiği bilincin, elektronlar gibi küçük parçacıkların nasıl hareket ettiğini belirleyen teori olan kuantum mekaniği kurallarına uyması gerektiğini iddia ettiler. Onlara göre bu durum, insan bilincinin gizemli karmaşıklığını açıklayabilir.
Penrose ve Hameroff kuşkuyla karşılandı. Kuantum mekanik yasalarının genellikle yalnızca çok düşük sıcaklıklarda geçerli olduğu görülmüştür. Örneğin kuantum bilgisayarlar şu anda yaklaşık -272°C’de çalışmaktadır. Daha yüksek sıcaklıklarda klasik mekanik devreye girer. Vücudumuz oda sıcaklığında çalıştığı için, klasik fizik yasaları tarafından yönetilmesini beklersiniz. Bu nedenle kuantum bilinç teorisi pek çok bilim insanı tarafından tamamen reddedilmiş olsa da ikna olmuş destekçileri de vardır.
Yeni makalemizde, kuantum parçacıklarının beyin gibi karmaşık bir yapıda nasıl hareket edebildiğini laboratuvar ortamında araştırdık. Bulgularımız bir gün beyinde ölçülen faaliyetlerle karşılaştırılabilirse, Penrose ve Hameroff’un tartışmalı teorisini doğrulamaya ya da reddetmeye bir adım daha yaklaşabiliriz.
Beyinler ve fraktallar
Beynimiz nöron adı verilen hücrelerden oluşur ve bunların birleşik faaliyetlerinin bilinci oluşturduğuna inanılır. Her nöron, maddeleri hücrenin farklı bölümlerine taşıyan mikrotübüller içerir. Penrose-Hameroff kuantum bilinç teorisi, mikrotübüllerin kuantum süreçlerinin gerçekleşmesini sağlayacak fraktal bir düzende yapılandırıldığını savunmaktadır.
Fraktallar ne iki boyutlu ne de üç boyutlu olan, bunun yerine ikisinin arasında kesirli bir değere sahip olan yapılardır. Matematikte fraktallar, kendilerini sonsuza kadar tekrar eden güzel desenler olarak ortaya çıkar ve görünüşte imkansız olanı üretir: sonlu bir alana sahip, ancak sonsuz bir çevreye sahip bir yapı.
Bunu görselleştirmek imkansız gibi gelebilir, ancak fraktallar aslında doğada sıklıkla görülür. Bir karnabaharın çiçeklerine veya bir eğrelti otunun dallarına yakından bakarsanız, her ikisinin de aynı temel şeklin tekrar tekrar, ancak daha küçük ölçeklerde tekrarlanmasından oluştuğunu görürsünüz. Bu fraktalların temel bir özelliğidir.
Kendi vücudunuzun içine baktığınızda da aynı şey söz konusudur: örneğin akciğerlerinizin yapısı, dolaşım sisteminizdeki kan damarları gibi fraktaldır. Fraktallar aynı zamanda MC Escher ve Jackson Pollock’un büyüleyici tekrar eden sanat eserlerinde de yer alır ve anten tasarımı gibi teknolojide onlarca yıldır kullanılmaktadır. Bunların hepsi klasik fraktal örnekleridir. Kuantum fiziğinden ziyade klasik fizik yasalarına uyan fraktallardır.
Escher’in Circle Limit III’ünün bu uzantısı, onun fraktal, tekrar eden doğasını göstermektedir. (Vladimir-Bulatov/Deviantart, CC BY-NC-SA)
Kuantum bilinci
Kuantum fraktallarının beyindeki davranışlarını henüz ölçemiyoruz. Ancak ileri teknoloji artık kuantum fraktallarını laboratuvarda ölçebileceğimiz anlamına geliyor. Taramalı tünelleme mikroskobunu (STM) içeren son araştırmada, Utrecht’teki meslektaşlarım ve ben elektronları fraktal bir desende dikkatlice düzenleyerek bir kuantum fraktal oluşturduk.
Daha sonra elektronların kuantum durumlarını tanımlayan dalga fonksiyonunu ölçtüğümüzde, onların da oluşturduğumuz fiziksel desen tarafından belirlenen fraktal boyutta yaşadıklarını gördük. Bu durumda, kuantum ölçeğinde kullandığımız desen, 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 inceleyemez – bu da bize beyinde kuantum süreçlerinin nasıl gerçekleşebileceği hakkında daha fazla bilgi verebilir. Bu yüzden son araştırmamızda, Şangay Jiaotong Üniversitesi’ndeki meslektaşlarımla birlikte bir adım daha ileri gittik. Son teknoloji fotonik deneyleri kullanarak, fraktallar içinde gerçekleşen kuantum hareketini benzeri görülmemiş ayrıntılarla ortaya çıkarmayı başardık.
Bunu, küçük bir Sierpiński üçgeni şeklinde özenle tasarlanmış yapay bir çipe fotonlar (ışık parçacıkları) enjekte ederek başardık. Fotonları üçgenin ucuna enjekte ettik ve kuantum taşınması adı verilen bir süreçte fraktal yapı 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 gerçekleştirdik.
Ayrıca Sierpiński halısı adı verilen kare şeklindeki bir fraktal üzerinde de deneyler yaptık. (Johannes Rössel/wikimedia)
Bu deneylerden elde ettiğimiz gözlemler, kuantum fraktalların aslında klasik fraktallardan farklı bir şekilde davrandığını ortaya koymaktadır. Özellikle, ışığın bir fraktal boyunca yayılmasının kuantum durumunda klasik duruma kıyasla farklı yasalar tarafından yönetildiğini bulduk.
Kuantum fraktallar hakkındaki bu yeni bilgi, bilim insanlarının kuantum bilinç teorisini deneysel olarak test etmeleri için temel oluşturabilir. Eğer bir gün insan beyninden kuantum ölçümleri alınırsa, bunlar bizim sonuçlarımızla karşılaştırılarak bilincin klasik mi yoksa kuantum bir olgu mu olduğuna kesin olarak karar verilebilir.
Çalışmamızın bilimsel alanlarda da derin etkileri olabilir. Yapay olarak tasarlanmış fraktal yapılarımızda kuantum taşınımını araştırarak, fizik, matematik ve biyolojinin birleşmesine yönelik ilk küçük adımları atmış olabiliriz; bu da etrafımızdaki dünyayı ve kafamızın içinde var olan dünyayı anlamamızı büyük ölçüde zenginleştirebilir.
Cristiane de Morais Smith, Profesör, Teorik Fizik, Utrecht Üniversitesi
Kaynak: https://bigthink.com
Derleyen: Figen Berber
Beyin Deneyi, Bilincin Kuantum Dolanıklığına Dayandığını Gösteriyor