Credit: Dirk K.F. Meijer.
Er vind stilletjes een revolutie plaats in de natuurkunde. Normaal gesproken zijn natuurkundigen bijzonder terughoudend als het gaat om het bespreken van bewustzijn. Fysici vinden dat een onderwerp voor mafketels en kwakzalvers. Sterker nog: het noemen van het “b-woord” kan het einde betekenen voor je carriére.Dat begint echter te veranderen, dankzij een geheel nieuwe kijk op het probleem. Hoewel het raadsel van bewustzijn verre van opgelost is, beginnen natuurkundigen het probleem voor het eerst te formuleren in een set van wiskundige problemen, die wetenschappers kunnen begrijpen en verkennen (en over discussiëren zonder weggezet te worden als zweefkees). Eerder dit jaar heeft Max Tegmark, een theoretisch natuurkundige die verbonden is aan het Massachusetts Institute of Technology, de fundamentele problemen uiteengezet die het gevolg zijn van deze nieuwe manier van denken. Tegmark heeft aangetoond dat deze problemen gevat kunnen worden in termen van kwantummechanica en informatietheorie. Door bewustzijn op deze manier te benaderen, zou dit kunnen leiden tot een geheel nieuwe kijk op de realiteit zelf.Volgens Tegmark moet je bewustzijn zien als een staat van materie, ongeveer zoals een vaste stof, een vloeistof of een gas. “Ik speculeer dat je bewustzijn moet zien als een nieuwe staat van materie. Net als er meerdere soorten vloeistoffen zijn, zijn er ook meerdere vormen van bewustzijn”, zegt hij. Maar Tegmark stopt daar niet. Hij heeft ook aangetoond dat de speciale eigenschappen van bewustzijn het gevolg zijn van de fundamentele natuurwetten. Volgens hem kunnen deze eigenschappen de wetenschap in staat stellen om te achterhalen onder welke omstandigheden bewustzijn tevoorschijn komt. Dat kan ons weer helpen om te verklaren waarom we de wereld zien zoals we zien. Opvallend genoeg is deze nieuwe manier van kijken naar bewustzijn niet afkomstig van natuurkundigen, maar van neurowetenschappers zoals Giulio Tononi van de Universiteit van Wisconsin. In 2008 stelde Tononi dat een systeem dat een bewustzijn bevat aan twee specifieke eisen moet voldoen. Ten eerste moet het systeem in staat zijn om grote hoeveelheden informatie te bewaren en te verwerken. Met andere woorden: bewustzijn is in essentie een informatie-fenomeen.Ten tweede moet deze informatie geïntegreerd zijn in een uniform geheel, m.a.w. het is onmogelijk om dit geheel op te splitsen in afzonderlijke onderdelen. Dat reflecteert de ervaring dat ieder moment van bewustzijn een uniform geheel vormt, dat niet afgebroken kan worden in afzonderlijke onderdelen.Beide eisen kunnen gevat worden in wiskundige vergelijkingen, waardoor natuurkundigen zoals Tegmark voor het eerst in staat worden gesteld om iets zinnigs te zeggen over het onderwerp. Tegmark heeft op een rijtje gezet aan welke eigenschappen een bewust systeem moet voldoen.
Credit: John Atkinson.
Aangezien het om een informatie-fenomeen gaat, moet een bewust systeem deze informatie kunnen opslaan en weer efficiënt kunnen uitlezen. Daarnaast moet het systeem deze informatie ook kunnen verwerken, ongeveer zoals een computer, maar dan veel flexibeler en krachtiger dan de computers die we vandaag de dag gebruiken.Tegmark heeft de naam computronium bedacht voor iedere vorm van materie die dit kan. Het blijkt dat onze computers in de verste verte niet in de buurt komen van het theoretische maximum van computertechnologie. Sterker nog, ze doen hier zo’n 38 orders van grootte voor onder. Er is duidelijk dus veel ruimte voor verbetering, waardoor het bestaan van bewuste systemen mogelijk wordt gemaakt.Daarnaast heeft Tegmark de term perceptronium voorgesteld, m.a.w. het kleinste bestanddeel dat nog zelfbewust kan zijn. Deze substantie moet niet alleen informatie kunnen opslaan en verwerken, maar dit ook op zo’n manier doen dat het geheel een verenigd en ondeelbaar geheel vormt. Dit vereist een bepaalde mate van zelfstandigheid waarmee de informatiedynamiek van binnenuit wordt vastgesteld, in plaats van van buitenaf.Ten slotte gebruikt Tegmark deze nieuwe manier om bewustzijn te benaderen als een soort “lens” waardoor hij een fundamenteel probleem van de kwantummechanica probeert te bestuderen, namelijk het kwantum factorisatie probleem.Dit probleem is het gevolg van de manier waarop kwantummechinica het universum beschrijft. Hiertoe zijn slechts drie wiskundige entiteiten noodzakelijk. Ten eerste een object dat een Hamiltonian wordt genoemd, waarmee de totale energie van een systeem beschreven wordt. Ten tweede een dichtheidsmatrijs, waarmee de relatie tussen alle kwantumstaten in een systeem beschreven wordt. Ten derde de vergelijking van Schrödinger, waarmee wordt beschreven hoe deze dingen veranderen in relatie tot tijd.Het probleem is als volgt. Als we het hele universum werkelijk omschrijven met deze drie termen, dan ontstaan er een oneindig aantal mogelijke (wiskundige) oplossingen, inclusief alle mogelijke kwantummechanische uitkomsten, waarvan sommige nog vreemder en exotischer zijn dan je kan voorstellen. Waarom zien we de wereld dan als een semi-klassiek, driedimensionaal geheel? Als we kijken naar een glas water met ijsklontjes, dan zien we de vloeistof en de vaste ijsklontjes als afzonderlijke dingen, hoewel ze innig met elkaar verbonden zijn als onderdelen van hetzelfde systeem. Hoe kan dit? Waarom is dit de realiteit de we ervaren binnen het oneindige aantal mogelijkheden? Tegmark heeft hier geen antwoord op. Maar het fascinerende van deze nieuwe aanpak is dat we gebruik kunnen maken van de taal van kwantummechanica om het probleem van bewustzijn te benaderen. Dat betekent dat we het probleem echt op een wetenschappelijke manier kunnen bekijken. Dit resulteert dan natuurlijk direct in allerlei natuurkundige problemen.Neem bijvoorbeeld het idee dat alle informatie in een bewust systeem een ondeelbaar geheel moet vormen. Dat betekent dat het systeem een fout-herstel “programma” moet bevatten, waarbij het geheel kan worden gereconstrueerd vanuit een enkele subset van de informatie. Nu zal een speciaal informatienetwerk (het zogenaamde Hopfield-net) helemaal automatisch zo’n programma bevatten, dus dit probleem lijkt opgelost. Ware het niet dat een Hopfield-net ter grootte van het menselijke brein (met 10^11 neuronen) slechts 37 bits aan geïntegreerde informatie kan opslaan! We zitten dus opgescheept met een paradox: waarom lijkt de hoeveelheid informatie waarvan we ons bewust zijn vele malen groter te zijn dan 37 bits? Dat is een vraagstuk die voorlopig niet is opgelost. Schijnbaar ontbreekt er een belangrijk ingrediënt in de wiskundige formulering van bewustzijn. Maar dat deert niet: het werk van Tegmark laat zien dat het begrijpen van bewustzijn niet buiten ons bereik ligt. Er is geen “magische saus” noodzakelijk om het probleem te temmen. Aan het begin van de 20ste eeuw zijn een aantal jonge natuurkundige begonnen met het oplossen van een aantal vreemde (en schijnbaar onbelangrijke) merkwaardigheden in ons begrip van het universum. Dit resulteerde in de opkomst van kwantummechanica en de relativiteitstheorie en zorgde voor een revolutie in onze kijk op de kosmos. Zou het kunnen dat het begin van de 21ste eeuw een vergelijkbare revolutie zal inluiden?Het volledige onderzoek kun je hier teruglezen. Bron: The Physics arXiv Blog
(57265, 265, ‘2014-08-11 18:11:55’, ‘2014-08-11 16:11:55’, ‘, ‘consciousness arising’
