Bilinç Neden Hesaplanamaz? Kuantum Fiziği Bilinci Açıklayabilir mi?

85 yaşındaki Sir Roger Penrose, adını onlarca yıl önce genel görelilik üzerine yaptığı çığır açıcı çalışmalarla duyurmuş bir matematiksel fizikçidir. Daha sonra Stephen Hawking ile birlikte kara delikler ve evrenin oluşmuş olabileceği sonsuz yoğunlukta bir nokta olan kütleçekimsel tekillikleri kavramsallaştırmaya yardımcı olmuştur. Aynı zamanda, kuantum mekaniği ile uzay-zamanın yapısını bağlayan yeni bir yaklaşım olan "Twistor teorisini" de öne sürmüştür. "Penrose karoları" olarak bilinen bazı geometrik şekilleri keşfetmesi ise matematik ve kristalografi alanlarında yeni araştırma yönlerine yol açmıştır.

Penrose, fizik alanındaki çalışmalarına atfedilen "aykırı" etiketine itiraz etse de bu şekilde anılmaktan rahatsız görünmüyor. Ancak, bilinç üzerine geliştirdiği teorisi kabul gören bilimsel sınırları zorladığından dolayı, eleştirmenler bu kadar az kanıta dayanan bir teoriyi neden benimsediğini sorguluyorlar.

Çoğu bilim insanı, kuantum mekaniğini beynin nasıl çalıştığını anlamamızla alakasız olarak değerlendiriyor. Yine de Penrose'un teorisinin neden dikkat çektiğini anlamak zor değil. Yapay zekâ uzmanları, onlarca yıldır bir tür "bilgisayar beyni" öngörüyorlar, ancak bugüne kadar kayda değer bir ilerleme gösterilemedi. Ve son yıllardaki nörobiyoloji alanındaki tüm gelişmelere rağmen, zihin-beyin problemini çözmeye bir asır öncesine kıyasla daha yakın görünmüyoruz.

İnsan beyninin nöronları, sinapsları ve nörotransmitterleri tamamen haritalanabilse bile (ki bu bilim tarihindeki en büyük zaferlerden biri olacaktır) bunun 3 kiloluk beyin kütlemizin düşüncelerimiz ve hislerimiz gibi maddi olmayan bir dünyayı nasıl oluşturduğunu açıklamaya katkısı olup olmayacağı belirsiz. Mevcut bilinç teorilerinde bir şeylerin eksik olduğunu hissedebiliyoruz. Filozof David Chalmers, bilincin bilinen fizik yasalarının dışında var olan temel bir doğa özelliği olabileceğini öne sürüyor. Genellikle "misteryanlar" (veya "gizemciler") olarak adlandırılan diğerleri ise öznel deneyimin bilimin açıklama kapasitesinin ötesinde olduğunu iddia ediyorlar.

Penrose'un teorisi, daha derin bir açıklama düzeyi vaat ediyor. O, bilincin hesaplamalı olmadığını ve şu anda nörobilim, biyoloji ya da fiziğin bunu açıklayamayacağını öne sürerek yola çıkıyor. Penrose, bir röportajda şunları söylüyor:

Bilinci anlamlandırabilmek için fiziksel dünyaya dair anlayışımızda büyük bir devrime ihtiyacımız var. Fiziğin tamamen dışına çıkmayacaksak yapabileceğimiz en iyi şey bu büyük bilinmeyeni, yani kuantum mekaniğini anlamlandırmak olacaktır.

Penrose, teorisini kuantum bilgisayarların temel özelliklerinden yola çıkarak geliştiriyor. Kuantum bilgisayarlarda bilgi bitleri (qubitler) aynı anda birden fazla durumda olabilir—örneğin, hem "açık" hem "kapalı" pozisyonda olabilirler. Bu kuantum durumları, tek ve neredeyse anlık bir hesaplama için kullanılmadan önce aynı anda var olur; bu duruma "süperpozisyon" denir. Kuantum uyumu ise, büyük bir sistem tek bir kuantum durumu içinde birlikte hareket ettiğinde meydana gelir.

Hameroff, kuantum uyumunun beynin nöronlarındaki protein yapıları olan mikrotübüllerde gerçekleştiğini öne sürmüştür. Mikrotübüller nedir diye soracak olursanız, ökaryotik hücrelerin içinde bulunan (hücre iskeletinin bir parçası olan) tüp şeklindeki yapılar olup hücrenin şeklinin belirlenmesinde ve hareketlerinde, yani mitoz sırasında kromozomların ayrılması dahil hücre bölünmesinde rol oynarlar.

Hameroff, mikrotübüllerin Penrose'un teorisinde aradığı kuantum cihazı olduğunu öne sürmektedir. Nöronlarda mikrotübüller, sinaptik bağlantıların gücünü kontrol etmeye yardımcı olur ve tüp benzeri şekilleri, çevrelerindeki daha büyük nöronun gürültüsünden korunmalarını sağlayabilir. Penrose, mikrotübüllerin simetrisi ve kafes yapısının özellikle ilgisini çektiğini belirtir ve bu durumu "kuantum mekaniksel bir şeyler varmış gibi duruyor" şeklinde ifade eder.

Yine de bilince etki edebilmek için sürekli ve rastgele anlardan oluşan bir kuantum uyumu yeterli olmayacaktır. Sürecin bir şekilde yapılandırılması ya da "organize edilmesi" gerekir ki bilinçli seçimler yapabilelim. Penrose ve Hameroff'un "Organize Objektif İndirgenme" (Orchestrated Objective Reduction, Orch-OR) teorisinde, bu bilinçli farkındalık anları beynimizdeki mikrotübüller tarafından organize edilir. Teoriye göre mikrotübüller, bilgi ve hafızayı depolama ve işleme kapasitesine sahiptir.

"Objektif İndirgenme" ise Penrose'un kuantum kütleçekimi ile ilgili fikirlerine atıfta bulunur ki Penrose bunu fizikte henüz keşfedilmemiş bir teori olarak görmektedir. Bu, Penrose’un kuantum mekaniğinden göreliliğe kadar evrenin derin yapısı hakkında düşüncelerine dayanan son derece iddialı bir teoridir. Smolin, bu konuda şöyle söylüyor:

Roger’ın tüm düşünceleri birbiriyle bağlantılı: Twistor teorisi, felsefi düşünceleri, kuantum mekaniği hakkındaki fikirleri, beyin ve zihin hakkındaki düşünceleri...

Bu teori oldukça karmaşık ve yoğun olsa da eleştirmenler tarafından ikna edici bulunmuyor. Çoğu bilim insanı, beynin kuantum durumlarının nöral aktivite üzerinde herhangi bir etkisi olamayacak kadar sıcak ve nemli olduğuna inanıyor; çünkü kuantum uyumu genellikle yalnızca son derece korunaklı ve soğuk ortamlarda mümkün görünüyor.

En güçlü eleştiriyi ise Massachusetts Teknoloji Enstitüsü'nde fizik profesörü olan Max Tegmark yapıyor. Tegmark, mikrotübüllerdeki herhangi bir kuantum etkisinin 100 katrilyon saniyenin sonunda çökeceğini hesapladı. Tegmark, 2014 yılında yayımlanan Our Mathematical Universe: My Quest for the Ultimate Nature of Reality adlı kitabında şu ifadeleri kullanıyor:

Düşüncelerimin bir kuantum hesaplamasına karşılık gelmesi için, kuantum çözülmesi başlamadan önce tamamlanmaları gerekirdi, bu durumda da saniyede 10.000.000.000.000 düşünce üretmem gerekirdi. Belki Roger Penrose bu kadar hızlı düşünebiliyordur, ama ben kesinlikle bu hızda düşünemiyorum.

Penrose'un eski ortağı Stephen Hawking bile bu konuda şüpheci. Hawking, "İnsanlar, özellikle teorik fizikçiler, bilinçten bahsettiğinde huzursuz oluyorum." diyerek Penrose'un argümanının şu temele dayandığını ileri sürmüştü: "Bilinç bir gizem, kuantum kütleçekimi de bir gizem, o halde bunlar ilişkili olmalı." Penrose ise bu eleştiriyi reddediyor ve bu ikilinin asıl anlaşmazlığının kuantum mekaniğinin doğası hakkında olduğunu söylüyor.

Geçen yıl İsviçre'nin Lucerne kentinde bir günlük bir bilinç konferansında Penrose da bulunuyormuş. Konuşmacılar arasında nörobilimci Christof Koch, Budist keşiş Matthieu Ricard, Fiziğin Tao'su kitabının yazarı Fritjof Capra ve hatta bir ayahuasca (bir tür halisünojen) uzmanı bile varmış. Sahneye hafif dağınık görünümlü, şakacı bir tavra sahip olan Penrose çıkmış ve tam anlamıyla dünyadan kopuk bir Oxford akademisyeni gibi görünüyormuş. Sahneye iki adet tepegöz yerleştirilmiş ve sahnede bu makineler arasında koştururken nöronlar ve mikrotübüller, Pisa Kulesi, uzayda süzülen bir astronot ve kendi el yazısıyla yazdığı notlar ve çizimlerle dolu bir dizi slayt göstermiş. Bunların hepsi, Orch-OR bilinç teorisini açıklamak için gösterilmiş.

Modern bilim teknolojik açıdan gelişmiş bir oyundur, ama bu Penrose'un sunduğu tam bir sanatsal gösteriymiş ve salonu doldurup taşıran seyirci kitlesi buna bayılmış!

Hameroff da konferanstaymış. Bazılarına göre, Hameroff sadece Sir Roger'ın dehasını övmekle kalmayıp aynı zamanda seyahat düzenlemeleri ve konferans alanına ulaşma gibi konularda da Penrose'a destek olan bir yardımcı rolü üstleniyormuş. Ayrıca Hameroff, teorilerini savunurken (panel tartışmasında Koch'u beyin aktivitesinin çeşitli ayrıntıları hakkında eleştirerek yaptığı gibi) kavgacı bir savunucu rol de üstlenmekteymiş.

Penrose, bilinçle olan ilgisinin Cambridge'de yüksek lisans öğrencisiyken Gödel'in tamamlanamazlık teoremini keşfetmesine dayandığını açıkladı. Gödel'in teoremi, bazı matematiksel ifadelerin doğru olduğunu ancak kanıtlanamayacağını gösterir. Penrose, durumu şöyle açıklıyor:

Bu benim için son derece çarpıcı bir keşifti. Bu, anladığımız bazı şeylerin hesaplanamayacağını bana gösterdi.

Ayrıca, ünlü fizikçi Paul Dirac'ın kuantum mekaniği üzerine verdiği bir dizi konferanstan da etkilenmişti. Diğer birçok kişi gibi, Penrose da kuantum teorisinin gariplikleriyle mücadele etti. Bu konuda şöyle söylüyordu:

Schrödinger, aynı anda hem ölü hem de canlı olan zavallı kedisiyle açıkça belirttiği gibi, bu durumu kendi denkleminin tüm gerçeği yansıtamayacağını göstermek için kasıtlı olarak yaptı. Aslında "Bu durum tam bir saçmalık!" demeye getiriyordu.

Penrose için asıl önemli olan, kuantum teorisinde bir şeylerin mantığa oturmamasıydı. Bu konuda şunları söylüyor:

Schrödinger bu durumdan çok rahatsız oldu, Dirac ve Einstein da öyle. Kuantum mekaniğindeki önemli figürlerin çoğu muhtemelen benden daha da fazla rahatsızdı. Kitabı gerçekten ne yaptığımı bilmeden bitirdim. Bunun üstüne Stuart, bana eski usul bir mektup yazdı ve ‘Mikrotübülleri hiç duymadın herhalde.’ dedi.

Oxford'da buluştuklarında Penrose, mikrotübüllerin beynin içinde büyük ölçekli kuantum uyumunu sağlama konusunda gördüğü en iyi fırsat olduğunu fark etti. O zamandan beri Penrose ve Hameroff, teorilerini savunmaya devam ediyor. 2013 yılında ise Japonya'daki bilim insanları, mikrotübüllerde titreşimler tespit ettiklerini açıkladı. Bu, Penrose ve Hameroff'a göre beynin hassas kuantum aktivitesi için fazla sıcak ve gürültülü olmadığını gösteriyordu ve Orch-OR teorisi üzerine yeni bir tartışma başlattı.

Bir açıdan bakıldığında, Penrose ve Hameroff bilimin tuhaf ikilisi gibi. Hameroff, ruhun ölümden sonra var olma olasılığı hakkında açıkça konuşarak ruhsal görüşlerini doğrudan ifade ediyor. Penrose ise kendini "materyalist ve fizikselci bir insan" olarak tanımlayan bir ateist ve New Age akımlarının kuantum teorilerini, yerel olmayanlık ve dolanıklık konularında paranormal inançlarını desteklemek için benimsemesinden rahatsız. Hameroff'un bedensiz bilinç hakkındaki uçuk fikirleri sorulduğunda ise şunları söylüyor:

Elbette düşünce özgürlüğüne saygı duyuyorum, ancak fikirleri beni biraz endişelendiriyor. Yani, benim hazırlıklı olabileceğimden çok daha ileri gidiyor. Açıkçası, materyalistik olanın ne anlama geldiğinden bile emin değilim. Kuantum mekaniği, önceden sahip olduğumuz görüşlerle kesinlikle çelişen şekillerde davranıyor.

Penrose'un bilinç teorisinin daha derin anlamlarını konuştuğumuzda ise düşüncelerinin bilimsel ve felsefi boyutları arasındaki sınırlar pek net değildi. Örneğin, kuantum teorisindeki süperpozisyonu ele alalım. Schrödinger'in kedisi kutuyu açmadan önce nasıl hem ölü hem de canlı olabilir? Bu soruya Penrose şöyle cevap veriyor:

Evrende herhangi bir karar verildiğinde bir proto-bilinç unsuru devreye girer. Bu beyinle ilgili bir bilinç değil, iki yerde süperpozisyonda bulunan bir nesneden bahsediyorum.

Diyelim ki, iki konuma yerleştirdiğiniz bir toz tanemiz var. Bu halde, saniyeden de küçük bir zaman dilimi içinde toz ya ilk pozisyonda ya da ikinci pozisyonda olacaktır. Peki bunlardan hangisi olacak? İşte bu bir seçim. Bu seçim evren tarafından mı yapılıyor? Toz tanesi mi bu seçimi yapıyor? Belki de bu özgür iradeyle yapılan bir seçim. Durumun hangisi olduğu konusunda hiçbir fikrim yok.

Penrose'un teorisinin özgür irade ile determinizm arasındaki uzun süredir devam eden felsefi tartışmayla bir ilgisi olup olmadığını merak edebilirsiniz. Birçok nörobilimci, kararların bilinçli düşünceyle yönetilmeyen sinirsel süreçler tarafından oluşturulduğuna inanıyor; bu da özgür irade kavramını geçersiz kılıyor. Ancak kuantum teorisine özgü belirsizlik, bilinçli beyinde neden-sonuç ilişkilerinin bozulduğunu öne sürebilir. O halde Penrose özgür irade lehinde bir argüman mı geliştiriyor? Bu soruya cevabı şu şekilde:

Tam olarak öyle değil, ama bu aşamada öyle görünüyor. Bu seçimlerin rastgele olabileceği izlenimi veriyor. Peki ama özgür irade bir rastgelelik midir? Ben evrenin deterministik olduğunu düşünerek büyüdüm. Sonra 'Belki belirlenimci ama hesaplanamazdır.' demeye başladım. Ama belki de durum daha karmaşıktır. Daha derin katmanlar mı var? Eğer bilinç düzeyinde bunları kavrayabileceksek kullanacağımız aracın basit, hesaplanamaz deterministik fizikten çok daha derin olması gerekir. Neticede tamamen deterministik davranış ile tamamen özgür olan bir şey arasında hassas bir sınır var.

Bu ifadeleri nasıl değerlendireceğini bilmek zor. Ama Penrose'un bilinç hakkındaki argümanlarına şüpheyle yaklaşsanız bile, ilgi çekici olmadıklarını söylemek çok zor. Bugün bilimin bilinçle ilgili kavrayışı duraksıyor gibi görünüyor ve burada, her ne kadar spekülatif olsa da olası bir ilerleme yolu öneren bir teori var.

Penrose'un teorisinin sadece mikrotübüllerdeki kuantum uyumunu değil, aynı zamanda bilincin yalnızca hâlâ keşfedilmemiş fizik yasalarıyla açıklanabileceği iddiasını da kabul etmemizi gerektirmesi, yeni bir bilimsel teoriyi temellendirmek için belki de fazla talepkâr. Ayrıca başka bir sorun daha var: Farz edelim ki 20 veya 200 yıl içinde Orch-OR teorisinin genel hatları doğrulandı. Bu halde bilinci açıkladık mı, yoksa zihin-beyin problemini daha derin bir gizeme, kuantum zihin-beden problemine mi itmiş olduk? Fiziksel ve maddi olmayan dünyalar arasındaki boşluğu bir gün kapatabilir miyiz?

Penrose'un yıllardır bilinç teorisi üzerine kafa yormaya devam etmesinin nedenini merak ederken, evrende içkin bir anlam olduğuna inanıp inanmadığını da sormak gerekir. Kendisi bu soruya şaşırtıcı bir cevap veriyor:

Bir şekilde, bilincimiz evrenin varlığının sebebi. Evrende başka bir yerde akıllı yaşam ya da bilinç olduğunu düşünüyorum, ama evrende yaşam son derece nadir olmalı.

Ancak eğer bu tüm düzenin amacı bilinçse, neden Dünya dışında da bunun bir kanıtını bulmayı beklemiyoruz? Bu konuda ise şöyle söylüyor:

Eh, kendi evrenimizin bilincin oluşmasına bu kadar uygun olduğunu pek sanmıyorum. Çok daha fazla bilincin her yere dağılmış olduğu bir evren hayal edebilirsiniz. Peki ya biz neden böylesine bilincin sıradan olduğu bir evrende değil de burada, daha da nadir olacak şekilde bilinç kazandık?

Penrose, son olarak gülümseyerek şunları ekliyor:

İşte bunun amacını bulmak istiyoruz. Bilmiyorum. Belki de yanlış bir kelime kullanıyoruz. "Amaç" ne demektir ki?..