Co to je vědomí? Dokáže ho objasnit kvantová teorie?

Nezávislá skupina vědkyň a vědců z českých i zahraničních výzkumných institucí odpovídá na vaše dotazy. Některé odpovědi pak sdílí i na sociálních sítích Facebook, Instagram, Threads, Bluesky a zde na Médiu.

Stručná odpověď je, že není. Kvantová teorie je fyzikální teorie popisující chování hmoty ve vesmíru, ne teorie určená k popisu vědomí. Není ani jasné, jak otázky týkající se vědomí v rámci této teorie formulovat – ostatně stejně tak to není jasné ani v rámci žádné jiné známé teorie [1]. I kdyby kvantové jevy hrály v mozku roli, otázky na skutečnou podstatu či definici vědomí by zůstaly zcela mimo pole působnosti kvantové teorie.

Až do formulace kvantové mechaniky počátkem 20. století byly všechny naše teorie chování hmoty ve vesmíru deterministické – tedy pokud by člověk znal přesně počáteční podmínky, mohl by teoreticky přesně vypočítat vše, co se ve vesmíru kdy stane. Pro spoustu lidí tato myšlenka není příliš komfortní. Co naše svobodná vůle? V deterministickém světě na ni nezbývá místo.

Kvantová teorie je první popis vesmíru, který je z podstaty pravděpodobnostní, tedy nedeterministický. I kdybychom znali s naprostou přesností všechno, co o kvantovém systému znát můžeme, nemohli bychom s jistotou předpovědět výsledek měření, které bychom na něm provedli. Kvantová teorie nám dá pouze pravděpodobnosti možných výsledků.

Tato vlastnost kvantové mechaniky vzbudila v některých lidech naději, že by mohla být základem nepředvídatelnosti a svobody, které v našem vědomí zažíváme, nebo se nám to alespoň zdá.

Nejznámějším propagátorem takové hypotézy je fyzik Roger Penrose, který je odborníkem na kvantovou teorii a fyziku černých děr. Za práci na černých dírách dostal v roce 2020 Nobelovu cenu. Penrose svou teorii „kvantového vědomí“, známou jako Orchestrated objective reduction (Orch OR), popsal v roce 1989 ve své knize [2].

Podle této teorie by za kvantové efekty v mozku měly být zodpovědné tzv. mikrotubuly, součásti cytoskeletu (buněčná kostra, opěrný systém a kolejnice pro vnitrobuněčný transport látek) [3]. Penrose se v této teorii pokouší najít souvislost mezi skokovou změnou stavu kvantového systému, ke které dochází při jeho měření (tzv. kolaps vlnové funkce) a kterou zatím nedokážeme uspokojivě popsat, a vznikem vědomí, pro nějž uspokojivý popis rovněž dosud chybí.

Jenže od doby vzniku této teorie proběhla řada experimentů a výpočtů [4–6], které testovaly, zda v mozku skutečně existují procesy, které vyžadují kvantový popis. Ačkoliv se totiž všechna hmota ve vesmíru chová podle zákonů kvantové teorie (respektive nikdy jsme nepozorovali, že by tomu tak nebylo), pokud je kvantový systém dostatečně velký a teplý, nebo dostatečně silně interaguje se svým okolím, jeho kompletní kvantový popis není nutný. Nám tak stačí dobře známé zákony klasické fyziky (tedy Newtonovy zákony, elektromagnetismus daný Maxwellovými rovnicemi atd.).

V současnosti se většina vědců shoduje [6], že mozek je právě takový systém a jevy, na něž by klasická fyzika nestačila (jako jsou superpozice či kvantové provázání), nehrají v jeho klíčových procesech roli, i když tato otázka stále není zcela uzavřena.

I kdyby se však prokázala role exotických kvantových jevů v mozku, v žádném případě by to neznamenalo pochopení vědomí. Otázka vědomí je složitý filozofický a neurobiologický problém, který v současnosti neumí fyzika uchopit. Kvantové efekty by tak byly pouze dalším aspektem chování mozku, který by budoucí teorie vědomí musela vzít v potaz [6, 7].

Když se ale oprostíme od vědomí, existuje několik jiných efektů v biologii, které má klasická fyzika problém vysvětlit, a je třeba sáhnout do té kvantové – například detaily fungování čichu nebo orientace ptáků při migraci [8, 9].

Co se role umělé inteligence týče, většina vývoje v této oblasti se na vědomí nesoustředí. Místo toho je cílem vyvinout užitečné nástroje pro naši společnost. Je naprostá shoda, že současná „umělá inteligence“, například velké jazykové modely (chatGPT, Bard či LLaMA), vědomí nemá [10, 11], a není jasné, jak by se musela změnit, aby ho získala. Dokud nebudeme mít dobrou definici vědomí, AI s vědomím je prázdný koncept.

Zajímavá nová oblast intenzivního výzkumu je potenciální využití kvantových počítačů ve strojovém učení – quantum machine learning (QML) [12]. Ačkoliv to nemá naprosto nic společného s vědomím, existují dobré důvody, proč se domnívat, že by se kvantové počítače mohly v některých případech učit lépe či rychleji než ty klasické [13]. Konkrétní případ použití však nemáme. Chybí navíc také dostatečně velký kvantový počítač odolný proti výpočetním chybám, který by tuto potenciální výhodu mohl skutečně v praxi využít [14].

Pro Zeptej se vědce odpovídali Vojta a Jonáš

Mgr. Vojtěch Dolejš, Ústav molekulární biologie (ZMBH), Univerzita v Heidelbergu, Zoologický ústav, Technologický institut v Karlsruhe (KIT)

MMath Jonáš Fuksa, Freie Universität Berlin

Odbornou revizi poskytl Ing. David Hlaváček, Ph.D., Fyzikální ústav Akademie věd ČR

Odpověď editovala Mgr. Hien Rozsívalová, Ph.D.

[1] https://www.nature.com/articles/s41583-022-00587-4

[2] The emperor’s new mind; Penrose; Oxford University Press; 1989

[3] https://web.archive.org/web/20120616045402/http://www.quantumconsciousness.org/Cosmology160.html

[4] https://arxiv.org/abs/quant-ph/9907009

[5] Koch, C., Hepp, K.: Quantum mechanics in the brain. Nature 440, 616 (2006), https://www.nature.com/articles/440611a

[6] Jedlička, P.: Revisiting the Quantum Brain Hypothesis: Toward Quantum (Neuro)biology? Front. Integr. Neurosci. (2017). https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fnmol.2017.00366/full

[7] Hamerhoff, S.: How quantum brain biology can rescue conscious free will. Front. Integr. Neurosci. (2012) https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fnint.2012.00093/full.

[8] Life on the edge: The coming of age of quantum biology; McFadden, Al-Khalili; Crown; 2015

[9] Lambert, N., Chen, YN., Cheng, YC. et al. Quantum biology. Nature Phys 9, 10–18 (2013). https://doi.org/10.1038/nphys2474

[10] Goldman, D. S.. A Stateful Multi-Context Aware Design Using OpenAI's GPT (Towards Digital Sentience). https://doi.org/10.31234/osf.io/bx29f (2023)

[11] Floridi, L. AI as Agency Without Intelligence: on ChatGPT, Large Language Models, and Other Generative Models. Philos. Technol. 36, 15 (2023). https://doi.org/10.1007/s13347-023-00621-y

[12] Biamonte, J., et al.: Quantum machine learning. Nature 549, 195–202 (2017). https://www.nature.com/articles/nature23474

[13] Sweke, R. et al.: On the Quantum versus Classical Learnability of Discrete Distributions. Quantum 5, 417 (2021). https://quantum-journal.org/papers/q-2021-03-23-417/

[14] https://arxiv.org/abs/2306.08585

Projekt Zeptej se vědce propojuje vědeckou a nevědeckou veřejnost. Máte-li na vědce nějaký dotaz, zeptejte se nás na webu nebo sociálních sítích Facebook, Twitter, Instagram či Bluesky. Líbí se vám naše příspěvky? Budeme rádi, když podpoříte naši činnost: darujme.cz/projekt/1209422