Elokuussa Finnconiin saapuva brittikirjailija Stephen Baxter on alkujaan fyysikko. Sen huomaa Tähtivaeltajassa julkaistuista Satulapiste-novelleista (TV 4/96, 1/97, 1/00, 2/00): perinteisen hardcore-scifin tyyliin suhteellisuusteoria ja kvanttimekaniikka tekevät tarinoissa oikeastikin jotakin sen lisäksi, että saavat niitä lausuvat henkilöt kuulostamaan Siltavuorenpenkereeltä karanneilta.
Tällä kertaa lapsi ei ole mennyt pesuveden mukana: henkilöhahmot tuntuvat olevan enemmän kuin vain bohrilaisten atomiensa summa. Jälkimmäisen kolmen novellin triptyykin eräs sivujuoni käsitteleekin ihmisyyden ja inhimillisen kokemusmaailman kvanttimekaanisia perusteita… Tässä kohdin voi mennä aamukahvi väärään kurkkuun. Aivan suotta, sanoisin. Baxter on tarttunut fyysikkokollegansa Roger Penrosen yhdessä Stuart Hameroffin kanssa kehittelemään viehättävään teoriaan, jossa tietoisten kokemusten synty selitetään kvanttifysiikalla. Penrosen ja Hameroffin spekulaatiot eivät ole saaneet järin innostunutta vastaanottoa tiedemaailmassa, mutta ne ovat erinomaista ainesta tieteistarinointiin (joidenkin mielestä ne ovat jo itsessään pelkkää scifiä – “pelkkää”?).
Madeleine Meacher on jälkimmäisten satulapistetarinoiden (TV 1/00, 2/00) päähenkilö, joka on kulkenut Linnunrataa ristiin rastiin salaperäisten Rakentajien luomien teleporttien avulla. Telesiirto tapahtuu siten, että matkalainen skannataan ja tiedot lähetetään “vastapäiselle” portille kaukovaikutuksena tunnettua kvanttitason ilmiötä hyödyntäen. Määränpäässä lähetettyjen piirustusten pohjalta kasataan uusi matkalainen, minkä jälkeen alkuperäiskappale tuhotaan. Meacher on havainnut muuttuneensa: hän ei enää tunne kipua. Telesiirrot ovat vaurioittaneet hänen hermosolujensa mikroputkissa piileviä kvanttikenttiä, joista kvaliat kumpuavat.
Kvaliat ovat mielenfilosofiassa aistimusten, tunteiden ja muiden mielenliikkeiden laadullisia, kokemuksellisia piirteitä. Esimerkiksi paloauton näkemisen sanotaan herättävän verkkokalvon tappisolujen lisäksi muiden muassa punaisuuden kvalian. Samaten tyttöystävän näkeminen naapurin isännän käsivarsilla aiheuttaa aktivaatiota tietyillä limbisen järjestelmän alueilla aivoissa, mutta havainto laukaisee myös tunteen, jota on vaikea kuvailla biokemiallisin termein. Kvalioiden kannattajien mukaan mielenliikkeet eivät siis ole vain aktiopotentiaalien etenemistä hermoradoilla, vaan niihin liittyy aina henkilökohtainen elämyksellinen ulottuvuus. Näin siis kvalofiilien mukaan, eliminativistiset materialistit ovat toista mieltä – he katsovat kvalioiden ja tietoisuuden olevan enemmän tai vähemmän harhaa ja nojaavat puhtaan fysikalistisiin mielenselityksiin. Roger Penrose ja Stuart Hameroff ovat sekä fysikalisteja että kvalofiileja.
Klassinen mekaniikka on suoraviivaisen determinististä: jos systeemin alkutila tunnetaan, sen kaikki myöhemmät tilat voidaan laskea. Kvanttimekaniikkaan sen sijaan sisältyy epämääräisyyttä, joka useimpien fyysikoiden mukaan on aitoa epädeterministisyyttä. Konservatiivit puolestaan ajattelevat, että kyse on todennäköisesti mittalaitteidemme primitiivisyydestä. Penrose ja Hameroff kuuluvat ensin mainittuun joukkoon.
Hiukkasjärjestelmä, kuten esimerkiksi elektroniparven ympäröimä atomiydin, voi olla useassa tilassa samanaikaisesti, jolloin rinnakkaiset tilat ovat toisiinsa nähden superpositiossa. Kun järjestelmää häiritään ulkoapäin, kun informaatiota siirtyy järjestelmään tai siitä ulos, tapahtuu niin kutsuttu aaltofunktion romahtaminen – joku sanoo “there can be only one”, ja sitten yksi superpositiossa olevista tiloista realisoituu ja muut katoavat. Penrosen–Hameroffin teoria sanoo lisäksi, että aaltofunktio romahtaa itsestäänkin, ja mitä isompi järjestelmä, sitä nopeammin näin tapahtuu. Kilon painoinen kissa pakotettaisiin valitsemaan tilansa 10-37 sekunnissa, mutta eristyksissä killuva atomi saisi pitää epämääräisen statuksensa 106 vuotta. Kävi miten kävi, Penrosen ja Hameroffin mukaan aivoissa tapahtuvat epädeterministiset aaltofunktion romahdukset mahdollistavat tietoisuuden.
Proteiinit soveltuvat hyvin makromaailman kvantti-ilmiöiden tyyssijoiksi, sillä ne ovat mutkikkaita aminohappojen kokonaisuuksia, joilla voi olla useita konformaatioita eli “asentoja”. Proteiinien konformaatiot vaikuttavat neuronien toimintaan: esimerkiksi hermosolun aktivoitumista säätelevät ionipumput ovat konformaatiotaan muuttavia proteiineja. Kvanttimekaanisesti ajatellen proteiini voi olla useammassa tilassa yhtä aikaa, ja niiden kokoisten systeemien aaltofunktion itseisromahtaminen vie noin 10-500 millisekuntia, mikä sopii yhteen monien neurofysiologisten havaintojen kanssa.
Mikroputket ovat proteiineista koostuvia solurakenteita, joiden seinämät koostuvat kidemäisistä tubuliineista. Niissä syntyvät Penrosen–Hameroffin teoriassa makrotason kvantti-ilmiöt, joista tietoisuus kumpuaa. Mikroputkia on alunperin pidetty pelkkinä tukirakenteina, mutta nyttemmin on löydetty viitteitä siitä, että niillä olisi viestiliikennettä solun muiden osien kanssa. On mahdollista, että putket osallistuvat synapsien ylläpitoon ja säätelyyn.
Penrose kirjoitti teoksessa Emperor’s New Mind (1989) siitä, kuinka monet ihmisaivoille ymmärrettävät matemaattiset ongelmat ovat algoritmisesti ratkeamattomia ja siksi tietokoneen laskentakyvyn ulkopuolella. Ihmisen mieli/aivot onkin hänen mukaansa kvanttitietokone, jonka hämmästyttävä laskentakyky perustuu siihen, että – karkeaa tietokonemetaforaa käyttääkseni – jokaisen loogisen portin arvo on samanaikaisesti sekä ykkönen että nolla. Ihmisen kallossa raksuttavan kvanttitietokoneen “loogiset portit” ovat proteiineja, jotka voivat olla samanaikaisesti useammassa tilassa. Laskennan tulos muuttuu tietoiseksi kokemukseksi, kun aaltofunktio romahtaa. Miksi? Penrose ja Hameroff tarjoavat selitykseksi panpsykismiä, jonka mukaan koko maailmankaikkeus on esitietoinen tai kaikessa olevaisessa on tietoisuuden alkioita.
Penrosen–Hameroffin teoriaa on monilta osin käytännössä mahdoton todentaa nykyteknologialla, minkä vuoksi se on toistaiseksi puhdasta spekulaatiota. Se tarjoaa joka tapauksessa loistavaa materiaalia tieteiskirjoittajille, jotka haluavat tarkastella ihmisyyttä modernin fysiikan ankarassa käsittelyssä.
Lähteet:
Dennett, D. C. (1991): Consciousness Explained. Boston, Little, Brown.
Hameroff, S. R. ja Penrose, R. (1996): Orchestrated reduction of quantum coherence in brain microtubules: A model for consciousness. Teoksessa Hameroff, S. R., Kaszniak, A.ja Scott, A. C. (toim.): Toward a Science of Consciousness – The First Tucson Discussions and Debates. MIT Press, Cambridge.
Penrose, R. (1989): The Emperor’s New Mind. Oxford Press, Oxford.