Każdy, kto próbuje przedrzeć się przez gąszcz badań nad świadomością, prędzej czy później natknie się na sir Rogera Penrose’a, słynnego fizyka z Oksfordu, a także autora odważnej – choć możliwe, że zupełnie niedorzecznej – teorii, że świadomość zawdzięczamy efektom kwantowym.
Uważa on, że musimy sięgnąć poza neuronaukę do tajemniczego świata mechaniki kwantowej, aby znaleźć wytłumaczenie dla naszego bogatego życia umysłowego.
Nie bardzo wiadomo, jak potraktować ową teorię (opracowaną we współpracy z amerykańskim anestezjologiem Stuartem Hameroffem), zasadniczo jednak dominuje następujące podejście: teoria prawie na pewno jest błędna, ale ponieważ Penrose to taki wybitny umysł („Jeden z niewielu znanych mi ludzi, którego bez wahania gotów jestem nazwać geniuszem” – mówił fizyk Lee Smolin), głupotą byłoby tak po prostu ją odrzucić.
Penrose zajmuje się fizyką matematyczną. Sławę zdobył kilkadziesiąt lat temu przełomowymi pracami na temat ogólnej teorii względności. Później, wspólnie ze Stephenem Hawkingiem, przyczynił się do stworzenia koncepcji czarnych dziur i grawitacyjnych osobliwości, punktu o ogromnej gęstości materii, z którego Wszechświat się uformował. Stworzył teorię twistorów i w nowy sposób pożenił mechanikę kwantową ze strukturą czasoprzestrzeni. Odkrył też geometryczną formę zwaną „parkietażem Penrose’a”, zmyślny układ niepowtarzających się wzorów. To otworzyło nowe perspektywy w matematyce i krystalografii.
Zakres jego zainteresowań jest ogromny – dowodem choćby wydana przez niego książka Moda, wiara i fantazja w nowej fizyce Wszechświata, gruby, 500-stronicowy tom, w którym Penrose mierzy się z niedowiedzionymi jeszcze modnymi teoriami, począwszy od teorii strun aż po kosmologiczną inflację w pierwszych momentach Wielkiego Wybuchu. Wszystkie je uważa za zbyt wyszukane i nieprawdopodobne.
Penrose nie ma nic przeciwko temu, że ludzie nazywają go rozrabiaką, choć wyłącza z tego swoje prace w fizyce. Jednak teoria świadomości, którą stworzył, wykracza poza granice wiarygodności naukowej, toteż krytycy dziwią się, że podtrzymuje teorię opartą na tak skąpych dowodach.
Mało kto uważa mechanikę kwantową za narzędzie pomagające zrozumieć, jak działa mózg. Ale nietrudno pojąć, dlaczego teoria Penrose’a wzbudziła aż takie zainteresowanie. Naukowcy zajmujący się sztuczną inteligencją od dziesięcioleci przewidywali powstanie czegoś w rodzaju komputerowego mózgu, choć dotychczas niewiele osiągnęli.
I mimo najnowszych postępów w neurobiologii nie jesteśmy ani o krok bliżej do zrozumienia problemu umysł–ciało, niż byliśmy wiek temu. Nawet jeśli kompletnie zmapujemy nasze neurony, synapsy i neuroprzekaźniki (co byłoby jednym z największych osiągnięć w dziejach nauki), nie bardzo zbliży to nas do wyjaśnienia, w jaki sposób w półtorakilogramowym kawałku mokrej tkanki powstaje niematerialny świat myśli i uczuć.
Współczesnym teoriom świadomości ewidentnie brakuje jakiegoś elementu. Filozof David Chalmers stawiał tezę, że świadomość może być fundamentalną właściwością natury, funkcjonującą poza znanymi prawami fizyki. Inni – zwani czasem misterianami – twierdzą, że wytłumaczenie subiektywnego doświadczenia jest poza zasięgiem nauki.
Teoria Penrose’a oferuje wyjaśnienie na głębszym poziomie. Wychodzi od założenia, że świadomość nie opiera się na żadnego rodzaju algorytmach czy obliczeniach oraz jest poza wszystkim tym, co są w stanie wytłumaczyć neuronauki, biologia i fizyka.
„Musimy rewolucyjnie zmienić sposób, w jaki rozumiemy świat fizyczny, by móc wpisać w niego również świadomość – mówił mi Penrose w niedawnym wywiadzie. – Jeśli mamy się w ogóle trzymać fizyki, trzeba zmierzyć się z tą wielką niewiadomą, czyli lepiej zrozumieć mechanikę kwantową”.
Penrose powołuje się na podstawowe zasady obliczeń kwantowych, w których jednostki informacji qubity (w wersji spolszczonej – kubity) mogą być w tym samym czasie w wielu stanach, np. w pozycji „włączone” i „wyłączone”. Stany kwantowe istnieją równocześnie – w tzw. superpozycji – zanim prawie momentalnie łączą się w jeden wynik obliczeń. Kiedy wielka liczba obiektów, np. cały system elektronów, działa w jednym stanie kwantowym, możemy mówić o koherencji.
Hameroff postawił tezę, że kwantowa koherencja zachodzi w mikrotubulach, strukturach białkowych w neuronach mózgu. Znajdujemy je w komórkach eukariotycznych będących częścią cytoszkieletu.
Współodpowiadają za kształt komórki, jej poruszanie się i podział komórkowy – oddzielenie chromosomów podczas mitozy. Hameroff uważa, że to mikrotubule są tym kwantowym urządzeniem, którego szukał Penrose. W neuronach pomagają kontrolować siłę połączeń synaptycznych. Ich tulejkowy kształt chroni je być może przed „hałasem” dobiegającym z większych neuronów.
Penrose’a szczególnie zainteresował fakt, że są symetryczne i mają siatkową budowę. „Pachnie mi to mechaniką kwantową” – mówi naukowiec.
Trzeba jednak czegoś więcej niż tylko ciągu przypadkowych momentów kwantowej koherencji, by miało to wpływ na świadomość. Cały proces musiałby mieć określoną strukturę, jakieś uporządkowanie, byśmy mogli podejmować świadome wybory.
Teoria Penrose’a i Hameroffa, zwana teorią Orch-OR (ang. orchestrated objective reduction, czyli skoordynowana obiektywna redukcja), głosi, że to mikrotubule w naszych mózgach dyrygują owymi momentami świadomości dzięki temu, że potrafią gromadzić i przetwarzać informacje oraz pamięć.
„Obiektywna redukcja” odnosi się do tez Penrose’a dotyczących grawitacji kwantowej, a ściślej tego, jak superpozycja stosuje się w przypadku różnych geometrii czasoprzestrzennych.
Penrose uważa to za nieodkrytą jeszcze teorię fizyki. Mamy więc do czynienia z nieprawdopodobnie ambitną koncepcją, opartą na poglądach Penrose’a na głębszą strukturę Wszechświata, od mechaniki kwantowej do teorii względności.
Jak mówił Smolin: „Wszystkie pomysły Rogera są ze sobą powiązane… teoria twistorów, jego rozważania filozoficzne, poglądy na mechanikę kwantową czy mózg i umysł”.
Ten koktajl uderza do głowy, ale krytyków nie brakuje. Zdaniem wielu naukowców mózg jest zbyt ciepły i wilgotny, by stany kwantowe miały jakikolwiek wpływ na aktywność neuronów. Kwantowa koherencja wydaje się możliwa tylko w izolowanych, zimnych środowiskach.
Najcięższe działa wytoczył Max Tegmark, profesor fizyki z Massachusetts Institute of Technology, który obliczył, że każdy efekt kwantowy w mikrotubulach przestałby zachodzić po stu biliardowych sekundy.
„Aby moje myśli wynikały z kwantowych obliczeń, musiałyby być gotowe, nim nastąpi dekoherencja. Skoro tak, musiałbym myśleć bardzo szybko – z prędkością 10 000 000 000 000 myśli na sekundę” – pisał Tegmark w wydanej w 2014 r. książce Our Mathematical Universe: My Quest for the Ultimate Nature of Reality.
„Może Roger Penrose potrafi myśleć tak szybko – ja na pewno nie”. Nawet Stephen Hawking, dawny współpracownik Penrose’a, ma wątpliwości. „Kiedy ktoś, a zwłaszcza fizyk teoretyk mówi o świadomości, ogarnia mnie niepokój – napisał. – Teza [Penrose’a] głosi, że skoro świadomość jest zagadką i grawitacja kwantowa jest zagadką, to muszą być ze sobą powiązane”.
Penrose zbywa jednak krytykę Hawkinga. „Cała rozbieżność między nimi – mówi – dotyczy tak naprawdę natury mechaniki kwantowej”.
Kilka lat temu widziałem Penrose’a w akcji podczas jednodniowej konferencji na temat świadomości w Lucernie w Szwajcarii. Zebrano tam niezwykłą grupę mówców. Przyjechali neurolog Christof Koch, buddyjski mnich Matthieu Ricard, Fritjof Capra, autor książki Tao fizyki, a nawet specjalista od szamańskiej ayahuaski z Ameryki Południowej.
Penrose grał rolę nieco nieporadnego profesora z Oksfordu, niedbale ubranego, z dość psotnym poczuciem humoru. Podczas wystąpienia korzystał na scenie z dwóch projektorów: umieszczał na nich kolejne folie z odręcznymi notatkami i rysunkami przedstawiającymi neurony i mikrotubule, ale też krzywą wieżę w Pizie, astronautę unoszącego się w przestrzeni kosmicznej i – jeśli mnie pamięć nie myli – Małą Syrenkę. Wszystko po to, by przybliżyć słuchaczom teorię świadomości Orch-OR. W nowoczesnej nauce rządzą nowoczesne technologie. Penrose postawił jednak na sztukę performatywną i zachwycił tłumnie przybyłych słuchaczy.
Hameroff też był na konferencji. Jak się okazało, obaj naukowcy zajmowali pokoje hotelowe obok mojego. Odniosłem wrażenie, że Hameroff chętnie gra rolę gorliwego wspólnika w zmowie – nie tylko głosi światu geniusz sir Rogera, lecz także organizuje mu podróż i nawet doprowadza go do sali konferencyjnej. Bywa ponadto zadziornym buldogiem broniącym ich wspólnej teorii (podczas dyskusji panelowej atakował Kocha szczegółami aktywności mózgu).
W marcu, kiedy zadzwoniłem do Penrose’a do Oksfordu, opowiadał mi, że pierwszy raz zainteresował się problemem świadomości jeszcze podczas studiów podyplomowych w Cambridge, gdyż właśnie wtedy poznał twierdzenie Gödla o niezupełności.
Dla przypomnienia, Gödel dowodził, że pewne twierdzenia w matematyce są prawdziwe, lecz nie da się ich udowodnić. „Była to dla mnie absolutna rewelacja – mówił Penrose. – Dowiedziałem się, że nasze procesy rozumienia nie mają charakteru obliczeniowego”.
Innym ważnym bodźcem były wykłady wielkiego fizyka Paula Diraca o mechanice kwantowej. Penrose, jak wielu innych, miał problem ze zrozumieniem rozmaitych osobliwości teorii kwantowej.
„Pokazał to Schrödinger swoimnieszczęsnym kotem, który był równocześnie żywy i martwy. Zrobił to rozmyślnie, by wykazać, że jego własne równanie nie może być całą prawdą. Zasadniczo w ten sposób wskazał: »To nonsens«”.
Dla Penrose’a oznaczało to, że teoria kwantowa ma ukryte niespójności. „Schrödinger bardzo się tym niepokoił, podobnie jak Dirac i Einstein. W zasadzie rozmaite sławy mechaniki kwantowej niepokoiły się tym bardziej ode mnie”.
Ale – pytałem – jak to się ma do świadomości? „No cóż, moja myśl idzie raczej okrężną drogą. Chyba właśnie dlatego ludzie z reguły nie chcą jej towarzyszyć. Przyjmują ją lub odrzucają na jakimś etapie, nie śledzą jednak całej argumentacji”.
Penrose zaczął tłumaczyć, dlaczego komputery, mimo swej potężnej mocy obliczeniowej, nie rozumieją, co robią. „Moja teza – i tu właśnie mamy do czynienia ze skokiem wyobraźni, którego ludzie nie chcą dokonać – głosi, że procesy zachodzące w mózgu nie tylko wykorzystują obecnie znaną mechanikę kwantową, ale też poza nią wykraczają. Mechanikę kwantową trzeba więc zastąpić czymś innym”. Czy to znaczy, że potrzebujemy nowej, jeszcze nieodkrytej teorii naukowej? „Zgadza się, dokładnie tak”.
Po mniej więcej 20 minutach rozmowy zwracam mu uwagę, że ani słowem nie wspomniał o biologii ani o powszechnie przyjmowanej tezie, że świadomość jest emergentną cechą mózgu. „Wiem, wiem” – śmieje się i tłumaczy, czemu poczuł się zmuszony do napisania swojej pierwszej książki o świadomości Nowy umysł cesarza wydanej w 1989 r.
Impulsem był wywiad w BBC z Marvinem Minskym, ojcem badań nad sztuczną inteligencją, który ogłosił, że ludzki mózg to jedynie „komputer zrobiony z mięsa”.
W odpowiedzi Penrose postanowił wykazać, dlaczego maszyny nigdy nie zdołają naśladować ludzkiego myślenia. Książkę czytało się jak zapis długiego eksperymentu myślowego poświęconego niealgorytmicznej naturze świadomości i temu, dlaczego może być pojęta tylko przez odniesienie do twierdzenia Gödla i mechaniki kwantowej.
Zmarły w zeszłym roku Minsky był zupełnym przeciwieństwem Penrose’a, jeśli chodzi o poszukiwanie źródeł świadomości. „Doskonale rozumiem, jak działa komputer, nie jestem natomiast pewny, jak działają tranzystory” – wyznawał mi podczas wywiadu kilka lat temu. Świadomość określał mianem „słowa walizki”, któremu brak rygoru pojęcia naukowego. „Lepiej mówić o »refleksji«, »decyzjach« i dziesiątkach tego typu rzeczy. Dajmy sobie spokój z tajemnicą świadomości i rozmawiajmy o 20, 30 naprawdę ważnych procesach mentalnych. A jeśli na koniec ktoś spyta: »No, a czym jest świadomość?«, odpowiesz: »A, to po prostu coś, na co ludzie marnowali czas w XX w.«”.
Badania nad świadomością nie potoczyły się jednak po myśli Minsky’ego. Zamiast tego mamy chałupnictwo w laboratoriach neurologicznych na całym świecie i całą paletę ważnych konferencji.
Jednym z animatorów tego rozbudzonego entuzjazmu jest Hameroff. Od dawna wraz z Chalmersem organizował co dwa lata konferencję W stronę nauki o świadomości. Zjeżdżały na nią dziesiątki mówców – od prawdziwych naukowców przez new-age’owego guru Deepaka Choprę aż po Stephena LaBerge’a, specjalistę od świadomych snów.
Związki Hameroffa z Penrose’em trwają od dziesięcioleci. Po raz pierwszy skontaktował się z nim po przeczytaniu Nowego umysłu cesarza i oznajmił, że być może znalazł brakujący biologiczny element stanowiący uzupełnienie pomysłów Penrose’a w kwestii fizyki świadomości.
„Skończyłem pisać książkę, ale tak naprawdę nie do końca wiedziałem, co robię – wspomina Penrose. – I wtedy Stuart przysłał mi porządny staroświecki list, w którym oświadczył: »Wygląda na to, że nie wiesz, czym są mikrotubule«”. Naukowcy spotkali się w Oksfordzie i wkrótce Penrose zrozumiał, że mikrotubule mają największe szanse pośredniczyć w mózgu w kwantowej koherencji na dużą skalę. Od tamtego czasu zaczęli głosić swoją teorię wszem wobec. A potem w 2013 r. japońscy naukowcy powiadomili o odkryciu wibracji w mikrotubulach. Penrose i Hameroff uznali więc, że mózg wcale nie jest zbyt wilgotny i hałaśliwy, by mogła w nim zachodzić subtelna aktywność kwantowa. Zaczęła się nowa runda dyskusji wokół teorii Orch-OR.
Pod wieloma względami Penrose i Hameroff są nie do pary. Hameroff chętnie mówi o swoich przekonaniach duchowych i o tym, że dusza może istnieć po śmierci. Penrose to ateista. Sam siebie określa mianem „osoby myślącej w kategoriach materialistycznych i fizycznych”. Irytują go newage’owcy, którzy uczepili się kwantowej nielokalności i stanów splątanych, by nimi podpierać wiarę w zjawiska paranormalne.
Spytałem, co sądzi o szalonych ideach Hameroffa dotyczących bezcielesnej świadomości. „No cóż, pozwalam mu na swobodę. Ale trochę mnie to niepokoi. [Hameroff] posuwa się znacznie dalej, niż ja byłbym gotów”. Mimo to Penrose podkreśla, że świadomość pozostaje wielką tajemnicą. „Po prawdzie nie jestem do końca pewny, co znaczy »materialistyczny«. Funkcjonowanie mechaniki kwantowej pod wieloma względami kłóci się z powszechnymi dotąd sposobami myślenia”.
Kiedy omawiałem z Penrose’em głębsze implikacje jego teorii świadomości, nie zawsze byłem pewien, gdzie kończy się w jego myśleniu nauka i zaczyna filozofia. Weźmy choćby superpozycję w teorii kwantowej. Jak to możliwe, że kot Schrödingera jest zarazem żywy i martwy, zanim otworzymy pudełko?
„Ilekroć we Wszechświecie podejmowana jest decyzja, zachodzi element protoświadomości – mówił Penrose. – Nie chodzi mi tu o mózg, lecz o obiekt umieszczony w superpozycji. Załóżmy, że to drobina pyłu znajdująca się w dwóch miejscach naraz. Za niewielki ułamek sekundy stanie się albo jednym, albo drugim. Którym? Na tym właśnie polega wybór. Czy dokonuje go Wszechświat, czy może drobina pyłu? Może to wolny wybór? Nie mam pojęcia”.
Zastanawiałem się głośno, jak teoria Penrose’a ma się do starego sporu filozoficznego o wolną wolę i determinizm. Wielu neurologów uważa, że decyzje to kwestia procesów zachodzących w neuronach i że procesami tymi nie rządzi świadoma myśl, przez co idea wolnej woli traci sens. Jednak nieokreśloność – zasadniczy postulat teorii kwantowej – sugerowałaby, że w świadomym mózgu nie zachodzą relacje przyczynowo-skutkowe. Czy zatem Penrose opowiada się po stronie wolnej woli?
„Nie do końca, choć na tym etapie wydaje się, że tak – mówił naukowiec. – Wygląda na to, że wybory mają charakter losowy. Tylko czy wolna wola jest losowa?”. Jak to często bywa w przypadku Penrose’a, odpowiedź brzmi: „Tak, ale…”.
Jego tezy są prowokacyjne i nierzadko bardzo prowizoryczne. Podobnie z jego przemyśleniami na temat wolnej woli.
„Dawniej myślałem, że Wszechświat ma charakter deterministyczny. Potem przyjąłem stanowisko: »Może deterministyczny, ale niemożliwy do przeliczenia i zalgorytmizowania«. Może jest czymś subtelniejszym? Może jest kilka poziomów głębszy? W kwestii naszego świadomego poznawania odpowiedź będzie znacznie bardziej skomplikowana niż odpowiedź na gruncie deterministycznej fizyki i należy jej szukać gdzieś na cienkiej granicy między zupełnym determinizmem a zupełną swobodą”.
Trudno orzec, jak traktować takie rozważania. Nawet jeśli sceptycznie podchodzi się do tez Penrose’a na temat świadomości, łatwo ulec pokusie kibicowania mu. Nauka utknęła w martwym punkcie; teoria Orch-OR jest bardzo spekulatywna, ale może pomóc pchnąć sprawy naprzód. Penrose wiele wymaga jednak od swych potencjalnych zwolenników: muszą przyjąć, że w mikrotubulach zachodzi koherencja kwantowa i że świadomość da się wyjaśnić jedynie na gruncie nieodkrytych dotąd praw fizyki.
To chyba zbyt wiele, by nowa teoria naukowa zyskała poparcie. Jest też inny problem. Załóżmy, że pewnego dnia, za 20 lub 200 lat uda się potwierdzić ogólne przesłanki teorii Orch-OR. Czy dzięki temu rozwiążemy wreszcie zagadkę świadomości, czy też tylko popchniemy problem umysł–ciało w stronę jeszcze większej tajemnicy? Być może nigdy nie uda się przerzucić pomostu między światem fizycznym a niematerialnym.
Zastanawiając się, dlaczego Penrose tak uparcie obstaje przy swojej teorii świadomości, spytałem, czy jego zdaniem we Wszechświecie jest jakiś samoistny sens. Jego odpowiedź mnie zaskoczyła. „W jakiś sposób nasza świadomość jest powodem, że Wszechświat jest”. Skoro tak, czy Penrose sądzi, że gdzieś w kosmosie istnieje inteligentne życie bądź świadomość? „Owszem, choć zapewne występuje ono niezwykle rzadko”.
Ale przecież jeżeli w całym tym zamieszaniu chodzi głównie o świadomość, należałoby się spodziewać dowodów jej istnienia poza Ziemią? „Nie jestem pewien, czy nasz Wszechświat ma przychylne nastawienie do świadomości. Można wyobrazić sobie inny wszechświat, taki, w którym świadomość jest znacznie częściej spotykana. Dlaczego nie jesteśmy w takim wszechświecie, dlaczego trafił nam się ten, gdzie jest taka rzadka?”
„Więc tak, chcemy poznać cel tego wszystkiego. Sam nie wiem. Być może używamy niewłaściwego słowa. Cel – co to w ogóle znaczy?” – chichocze Penrose.
Czytaj również:
