Yksi kvanttimekaniikan hämmentävimmistä puolista on se, että pienet subatomiset hiukkaset eivät näytä "valitsevan" tilaa ennen kuin ulkopuolinen tarkkailija mittaa sen. Mittaaminen muuttaa kaikki epämääräiset mahdollisuudet siitä, mitä voisi tapahtua, varmaksi, konkreettiseksi lopputulokseksi. Vaikka kvanttimekaniikan matematiikka antaa säännöt sille, miten tämä prosessi toimii, matematiikka ei kuitenkaan selitä, mitä se tarkoittaa käytännössä.
Yksi ajatus on, että tietoisuus — tietoisuus omasta itsestämme ja vaikutuksestamme ympäristöömme — on avainasemassa mittaamisessa ja että kokemuksemme maailmankaikkeudesta muuttaa sen pelkistä kuvitelmista aidosti todelliseksi.
Mutta jos näin on, onko mahdollista, että ihmisen tietoisuus voisi selittää osan kvanttimekaniikan oudoista piirteistä?
Kvanttimittaus
Kvanttimekaniikka on sääntö, joka ohjaa maailmankaikkeuden muodostavien subatomisten hiukkasten eläintarhaa. Kvanttimekaniikka kertoo meille, että elämme perustavanlaatuisessa epädeterministisessä maailmassa. Toisin sanoen, ainakin mitä tulee pienhiukkasten maailmaan, on mahdotonta ennustaa varmuudella minkä tahansa kokeen lopputulosta, olivatpa tutkijat kuinka nokkelia tahansa koesuunnitelmissaan tai tunsivatpa he kuinka täydellisesti kyseisen kokeen alkuehdot. Tiedätkö protoniin vaikuttavan voiman? Ei ole olemassa mitään tiettyä paikkaa, jossa se on varmasti muutaman sekunnin kuluttua tästä hetkestä — on vain joukko todennäköisyyksiä siitä, missä se voisi olla.
Onneksi tämä indeterminismi tulee esiin vain subatomisessa maailmassa; makroskooppisessa maailmassa kaikki toimii determinististen fysiikan lakien mukaan (emmekä ole aivan varmoja, miksi tämä jako tapahtuu, mutta se on ongelma toista päivää varten).
Kun fyysikot tekevät kokeita kvanttisysteemeillä (esimerkiksi yrittävät mitata atomin elektronin energiatasoja), he eivät ole koskaan aivan varmoja, millaisen vastauksen he saavat. Sen sijaan kvanttimekaniikan yhtälöt ennustavat näiden energiatasojen todennäköisyydet. Kun tiedemiehet kuitenkin todella suorittavat kokeen, he saavat jonkin näistä tuloksista, ja yhtäkkiä maailmankaikkeudesta tulee jälleen deterministinen; kun tiedemiehet tietävät esimerkiksi elektronin energiatason, he tietävät tarkalleen, mitä se aikoo tehdä, koska sen "aaltofunktio" romahtaa ja hiukkanen valitsee tietyn energiatason.
Tämä hyppäys indeterminismistä determinismiin on suorastaan outo, eikä fysiikassa ole mitään muuta teoriaa, joka toimisi samalla tavalla. Mikä tekee mittauksesta niin erityisen? Maailmankaikkeudessa tapahtuu koko ajan lukemattomia kvanttivuorovaikutuksia. Tapahtuuko näissä vuorovaikutuksissa siis samanlainen kääntyminen, vaikka kukaan ei katso?
Tietoisuuden rooli
Kvanttimekaniikan vakiotulkinta, joka tunnetaan Kööpenhaminan tulkintana, sanoo, että kaikki tämä on jätettävä huomiotta ja keskityttävä vain tulosten saamiseen. Tämän näkemyksen mukaan subatominen maailma on pohjimmiltaan käsittämätön, eikä ihmisten pitäisi yrittää kehittää johdonmukaisia kuvia siitä, mitä siellä tapahtuu. Sen sijaan tiedemiesten pitäisi pitää itseään onnekkaina siitä, että he voivat ainakin tehdä ennusteita kvanttimekaniikan yhtälöiden avulla.
Mutta se ei tyydytä monia ihmisiä. Vaikuttaa siltä, että mittausprosessissa on jotakin uskomattoman erikoista, joka ilmenee vain kvanttiteoriassa. Tämä erikoisuus tulee vielä silmiinpistävämmäksi, kun mittausta verrataan vaikkapa kirjaimellisesti mihin tahansa muuhun vuorovaikutukseen.
Esimerkiksi kaukaisessa kaasupilvessä, syvällä tähtienvälisen avaruuden äärettömyydessä, kukaan ei ole paikalla, kukaan ei katsele. Jos tuossa kaasupilvessä kaksi atomia törmää toisiinsa, kyseessä on kvanttivuorovaikutus, joten kvanttimekaniikan sääntöjä pitäisi soveltaa. Mutta mitään "mittausta" ei tapahdu eikä mitään tulosta ole — se on vain yksi triljoonista satunnaisista vuorovaikutuksista, joita tapahtuu joka päivä ja joita ihmiset eivät havaitse. Niinpä kvanttimekaniikan säännöt kertovat meille, että vuorovaikutus pysyy epämääräisenä.
Mutta jos nämä kaksi atomia törmäävät toisiinsa laboratoriossa, tutkijat voivat mitata ja kirjata, mitä tapahtui. Koska mittaus tapahtui, samat kvanttimekaniikan säännöt kertovat meille, että indeterminismi kääntyi deterministiseksi — se on se, mikä antoi minulle mahdollisuuden kirjoittaa konkreettisen tuloksen.
Mikä näissä kahdessa tapauksessa on niin erilaista? Molemmissa on kyse subatomisista hiukkasista, jotka ovat vuorovaikutuksessa toisten subatomisten hiukkasten kanssa. Mittausprosessin jokaiseen vaiheeseen osallistuu subatomisia hiukkasia jollakin tasolla, joten ei pitäisi olla mitään keinoa välttää tavanomaisia kvanttisääntöjä, joiden mukaan lopputuloksen pitäisi olla epämääräinen.
Jotkut teoreetikot, kuten uraauurtava kvanttifyysikko Eugene Wigner (avautuu uudessa välilehdessä) , huomauttavat, että ainoa ero näiden kahden skenaarion välillä on se, että toiseen liittyy tietoinen, ajatteleva tarkkailija ja toiseen ei. Näin ollen se, mitä kvanttimekaniikassa kutsutaan "romahdukseksi" (siirtyminen epämääräisistä todennäköisyyksistä konkreettiseen tulokseen), perustuu tietoisuuteen.
Maailmankaikkeuden unelmat
Koska tietoisuus on ihmisille niin tärkeää, meillä on taipumus ajatella, että siinä on jotain erityistä. Loppujen lopuksi eläimet ovat ainoat tunnetut tietoiset olennot, jotka asuvat maailmankaikkeudessa. Ja yksi tapa tulkita kvanttimekaniikan sääntöjä on seurata edellä mainittua logiikkaa äärimmilleen: Se, mitä me kutsumme mittaukseksi, on todellisuudessa tietoisen toimijan puuttuminen muuten arkipäiväisten subatomisten vuorovaikutusten ketjuun.
Tämä ajattelutapa edellyttää, että tietoisuus on erilainen kuin kaikki muu universumin fysiikka. Muuten tutkijat voisivat väittää (ja väittävätkin), että tietoisuus on itsessään vain erilaisten subatomisten vuorovaikutusten summa. Jos näin on, mittausketjussa ei ole päätepistettä. Ja jos näin on, silloin se, mitä tiedemiehet tekevät laboratoriossa, ei oikeastaan eroa mitenkään siitä, mitä tapahtuu satunnaisissa kaasupilvissä.
Vaikka tietoisuus ei ole varsinaisesti fysikaalinen teoria, sillä, että se on erilainen ja erillinen aineellisesta maailmankaikkeudesta, on pitkät perinteet filosofiassa ja teologiassa.
Kuitenkin ennen kuin joku keksii keinon testata tätä tietoisuuden käsitettä muista fysikaalisista laeista erillisenä tieteellisessä kokeessa, sen on jäätävä filosofian ja spekulaation alueelle.
Tämä on osa jatkuvaa sarjaa, jossa kuvataan kvanttimekaniikan mahdollisia tulkintoja.
