A tudat létjogosultsága a természettudományokban

Nemrégiben olvastam Wigner Jenő válogatott írásait. Ami az írások közül leginkább megragadott, az az utolsó fejezetek egyike, ahol Wigner az anyagól független tudat lehetőségét boncolgatja a kvantummechanika nézetei alapján. Több ilyen írást olvastam már, de egy Nobel-díjas fizikustól mindez azért másképp hangzik.

A tudat - mint különállóan létező dolog - érdekes ívet futott be a természettudományokban. A kezdetekben magától értetődően feltételezték, hogy létezik. Később a fizikai, kémiai, biológiai törvények feltárásának köszönhetően a tudat szerepét egyre inkább átvette az agy, majd a fizika mélyebb összefüggéseinek feltárásával és a kvantumelmélet megjelenésével a fogalom érdekes módon megint csak kezdett visszaszivárogni a fizikába. A következőkben megpróbálom röviden megmutatni azt az ívet amelynek mentén a tudat előbb eltűnt, majd végül újra megjelent a fizikában, majd kicsit elmélkedünk arról, hogy mindez hogyan férhet bele a természettudományos világképbe.

A tudat eltűnése a fizikából (a materializmus és determinizmus)

A tudományos fellendülés, és a világ folyamatos jobb megértése folytán egyre inkább úgy láttuk, hogy az élőlények anyagtól független tudatának létezésére semmi szükség a természettudományokban. Az emberi gondolkodásért teljes egészében az emberi agy felelős, és az öntudat, vagy általános értelemben vett tudat mint olyan csak ennek a megnyilvánulása. Ennek a kijelentésnek pedig igen nagy súlya van. A tét nem kevesebb, mint a szabad akarat. Ha ugyanis az ember tudata nem több mint agyának működése, úgy elveszíti a szabad választások lehetőségét. Az agy működését ugyanis biológiai törvények írják le, a biológiai törvények alapját kémiai folyamatok képezik, amiket végül fizikai folyamatokkal írhatunk le. Ennek alapján tehát az agy, és ezen keresztül a tudat tisztán fizikai működés. A fizikai történések egyértelműen kiszámíthatóak. Tulajdonképpen pontosan ez a fizika célja, hogy a jelenlegi állapot ismeretében a fizikai törvények alapján kiszámolja a jövőbeni állapotot. Ha mindez igaz, akkor ha egy adott időpillanatban ismerem a világ összes részecskéjének állapotát, a fizika törvényei szerint kiszámíthatom azok jövőbeni helyzetét, így betekintést nyerhetek a jövőbe. Ha ezt a gondolatot kicsit tovább visszük, azt mondhatjuk, hogy ha ismerem az összes részecske állapotát az ősrobbanás utáni első pillanatban, onnan az ismert fizikai törvényszerűségeknek hála kiszámolhatom az egész rendszer állapotát a jövő bármely pillanatában. Ez pedig röviden azt jelenti, hogy az ősrobbanás pillanatában már minden eldőlt. Az hogy megszületek, hogy most megírom ezt a blog bejegyzést, hogy hátralévő életemben még mit csinálok, és hogy mikor, és miképpen fogok meghalni. Ha mindez igaz, akkor nincs túl sok esélyem, hogy "döntéseket" hozzak, hiszen már minden előre eldőlt a világ végéig. Ez sok erkölcsi és filozófiai kérdést felvet, amivel most itt nem foglalkoznék, mert könyveket lehetne megtölteni a témával. Ehelyett megmutatom hogyan szivárgott vissza a tudat, és ezzel a szabad akarat eszméje a tudományba.

A tudat visszatérése a fizikába (a kvantummechanika)

A 20. századi modern fizika talán legnagyobb tudományos vívmánya a kvantummechanika megjelenése volt. Ez az elmélet olyan mértékben kezdte el feszegetni a fizikai gondolkodás határait, ahogyan azelőtt még semmi. Itt most nem fogok kitérni a kvantumelmélet ismertetésére, csak néhány szóban megemlítem néhány következtetését, ami a tudat szempontjából érdekes. A kvantumelmélet megjelenésével arra sikerült rámutatni, hogy egy részecske helyzetét (és minden egyéb tulajdonságát) csak bizonyos pontatlansággal tudjuk meghatározni, a történések lefolyását pedig csak bizonyos valószínűségekkel tudjuk kezelni. Tehát amit eddig írtunk, hogy "ha ismerjük a részecskék helyzetét, abból a törvények segítségével kiszámíthatjuk a jövőt", itt már nem lesz igaz, hiszen teljes bizonyossággal nem ismerhetjük a részecskék helyzetét, és a törvények is csak valószínűségi jellegűek. Ez még önmagában nem indokolja a tudat létezését, mindössze valamiféle bizonytalanságot visz a rendszerbe, ami ettől már nem lesz számítható. Ezzel annyit értünk el, hogy a világ kiszámíthatóból kiszámíthatatlanná vált. A kvantumelmélet azonban tovább megy, és azt állítja, hogy a részecskéknek nem hogy nem határozható meg pontosan az állapota, hanem egyszerűen nincs is nekik, amíg nem figyeljük meg őket. Így tulajdonképpen a részecskék mindaddig nem, vagy csak virtuálisan léteznek, amíg valaki nem figyeli meg őket. Maga a megfigyelő pedig nem lehet anyagi objektum, mert akkor rá is a kvantummechanika szabályai vonatkoznának, következésképp a megfigyelőt ki kell emelni az egész rendszerből, ami elvezet a különálló tudat fogalmához. Ezt a fizikai szempontból zavaró elemet, a tudatot sokan sokféleképpen próbálták kiiktatni az elméletből, de ezidáig sikertelenül.  Sokan - köztük Einstein is - úgy próbálta magyarázni a kvantumelméletet, hogy un. rejtett paramétereket feltételezett. Tehát azt mondta, hogy a részecskéknek attól még létezik valamiféle állapota, hogy mi nem figyeljük meg őket, csak ezt az állapotot képtelenek vagyunk meghatározni. Ennek bizonyítására fel is állítottak több gondolatkísérletet, amiket végül Einstein halála után tudtak ténylegesen elvégezni. Ezek a kísérletek Einstein ellenében a kvantummechanikát igazolták vissza, így továbbra is úgy tűnik, hogy a részecskéknek nincs valós állapota mindaddig, míg valaki (egy fizikai világ felett létező tudat) meg nem figyeli azt. A kísérletről íródott egy nagyon jó cikk Hraskó Péter fizikus tollából. A fentieken felbuzdulva születtek is elméletek, melyek a fizikai agy és a kvantummechanikai tudat fogalmát próbálták összeházasítani. Az egyik ilyen elmélet, amit Roger Penrose fizikus írt le, hogy az agy neuronjai valójában kvantummechanikai effektusoknak köszönhetik működésüket, így az agy mint olyan valójában a kvantummechanika szabályainak engedelmeskedik. Az elmélet bővebb ismertetését a Nagy a kicsi és az emberi elme c. könyvben olvastam.  A könyv azért is kiváló, mert több nézőpontot ütköztet benne, így az érvek mellett ellenérveket is olvashatunk a szabad akarattal szemben. Nagy kérdés például, hogy a tudat megfigyelése csak valamiképp véletlenszerűen összeomlasztja a részecske hullámfüggvényét, vagy valami módon hatással is van a részecske állapotára. Erről például a kvantummechanika nem mond semmit, pedig ugye ha az agyat valamiféle interfészként képzeljük el a tudathoz, akkor alapkövetelmény, hogy a tudat "irányítsa" az agyat. A másik nyugtalanító kérdés, hogy a kvantummechanika effektusai csak nagyon kis méretek, az elemi részecskék szintjén mutatkoznak meg. Ha makroszkópikus rendszereket, például sejteket, neuronokat vizsgálunk, ott már nem sok mindent befolyásolnak a kvantummechanika effektusai. Tehát ha Penrose-nak nincs igaza, és az elemi részecskék világa nem képes közvetlen hatást gyakorolni az agy működésére, akkor jelenlegi fizikai ismereteink szerint az agy megint a kiszámolhatóság világába kerül, és oda a szabad akarat. További fejtegetésekbe nem bocsátkoznék a szabad akaratot illetően, ezt megteszi helyettem a fenti könyv. E helyett leírnám a saját értelmezésem, amihez az eddigiekhez képest egyfajta kerülőúton jutottam el. Talán ez is lesz annyira érdekes, mint az előbbiek ...

A kvantummechanika MATRIX féle értelmezése, avagy hogyan segíthet a virtuális valóság a kvantummechanika megértésében

Ahogy sokakat, engem is elgondolkodtatott a MATRIX. Sikerét szerintem nem is annyira a különleges effekteknek, képi hatásoknak, vagy úgy általában véve a sztorinak köszönhette, hanem annak, hogy a film alapgondolata, és a szereplők által megfogalmazott néhány kijelentés gondolkodásra késztette a nézőt. Nekem a világ egyfajta értelmezését adta a film utáni elmélkedés. Engem személy szerint az érdekelt, hogy pusztán elméleti szempontból vajon létrehozható lenne-e egy ilyen virtuális világ. Ha igen, miképp működne, és vajon megvalósítható lenne-e oly módon, hogy mi kielégítően kiismerhessük, tehát képesek legyünk bármely általunk kitalált fizikai kísérlet elvégzésére, ugyanakkor képtelenek legyünk megállapítani, hogy az nem a valóság. Ha jól meggondoljuk, a virtuális világban ez a kérdés így hangzana: "létezik-e a mi valóságunknál igazabb külső valóság", vagy nevezzük nevén a gyereket: "létezik-e túlvilág".  No de lássuk magát a gondolatmenetet ...

Az első kérdés, ami foglalkoztatott, hogy vajon mekkora lenne egy ilyen gép, ami számunkra tökéletesen hűen leképzi a valóságot. Ugye minden egyes elemi részecske minden egyes tulajdonságát le kellene tárolnunk, eztán pedig gigantikus számítási kapacitással a törvények alapján ki kell számolnunk a részecskék mozgását. Ez olyan feladat, amitől jelenlegi szintünkön iszonyatosan messze vagyunk. Valójában még ha rendelkeznénk kvantum processzorokkal, vagy bármilyen jelenleg elképzelhető modern technológiával, akkor is nagy teljesítmény lenne, ha csak néhány részecske pontos mozgását modellezni tudnánk, nem hogy az egész világét. Ilyen úton tehát jelenlegi ismereteink szerint vajmi kevés esély van rá, hogy valaha a MATRIX-hoz hasonló virtuális valóságot építsünk magunknak. A következő gondolatom az volt, hogy talán a világban van akkora redundancia, hogy ennek köszönhetően valamilyen nagyon elmés tömörítő algoritmussal letömöríthető lenne a világ, ezzel tárolási és számítási kapacitást spórolva. Egy ideig olyan dolgok izgattak, mint hogy "vajon mekkora lehet a világ összes entrópiája", meg hasonlók, de ez sem igazán vezetett sehová. Végül elkezdtem gondolkodni azon, hogy egyáltalán léteznek-e azok a dolgok, amikről nincs tudomásunk, vagy finomabban megfogalmazva "ha valamiről nincs tudomásunk, arról bizonyítható-e bármi módon, hogy létezik".

Először talán egy repülő út kapcsán gondolkodtam el a dolgon, hogy vajon mi történik odalent, amíg mi a felhők felett repülünk? Mi van, ha az történik, mint Jim Carry-vel a Truman Show-ban. A repülő csak felszáll, jár néhány kört, addig pedig statiszták hada rendezi át alattunk a várost, hogy mikor leszállunk, azt higgyük, egy másik országban vagyunk. Vagy egy még egyszerűbb példával élve, vajon Amerika létezik-e? Én még soha nem jártam ott. Persze a tévében láttam már, olvasok róla az Interneten, stb. de mi van, ha ez csak egy baromi nagy globális összeesküvés része. Ezek persze butaságok. Esti sörözések témájának ideálisak ugyan, de mindannyiunk meggyőződése, hogy ezek a dolgok nem így vannak. Ami ezekből a gondolatokból mégis lényeges, az a megfigyelés szerepe, és fontossága. A repülőgépes példához visszatérve, ha valaki a felhők felett kedvenc mirelit sandwichünket (iszonyat rossz tud lenni a repülőn a kaja) majszolva megkérdezi tőlünk, hogy "Szerinted van alattunk valami?", mit válaszolhatunk neki? Mondhatjuk, hogy igen, éppen Európa felett repülünk. "Biztos vagy benne? Lehet, az egészet elnyelte a víz, mint Atlantiszt a legendák szerint." Erre valószínűleg azt mondanánk, hogy ez badarság, mire ő: "Be tudod bizonyítani, hogy bármi is van alattunk?". Ha jól meggondoljuk a választ, azt kell mondanunk neki, hogy ott, abban a helyzetben, sandwichet majszolva erre aligha vagyunk képesek. Az, hogy repülés közben van alattunk valami, legjobb szándékkal is csak hitnek mondható, de semmiképp sem bizonyosságnak. Bizonyosságnak akkor mondhatjuk, ha leszálltunk, látjuk a házakat, meg tudjuk érinteni a földet, stb. Amiről nem rendelkezünk információval, az egyszerűen nem létezik számunkra. Ez a kijelentés pedig egy iszonyatosan jó tömörítési eljárást ad a kezünkbe virtuális világunk építgetéséhez. Innentől ugyanis elég azokat a részecskéket szimulálni, amiket éppen megfigyelünk. Amelyik részecskét nem figyeljük meg, az nem érdekes, annak állapotát kipakolhatjuk a hátértárra, hogy majd ha elővesszük, ugyanolyan állapotban találjuk, ahogyan otthagytuk. Itt rögtön meg is jegyezhetjük, hogy a megfigyelés szerepe igen hasonló a kvantummechanikában. Ott is azt mondhatjuk, hogy amíg egy objektumot nem figyelünk meg, addig az nem is létezik, vagy legalábbis egyfajta virtuális állapotban van. Mikor megfigyeljük, akkor kap valamilyen konkrét állapotot, amit a továbbiakban meg is tart.

A gondolatmenet itt még nem ér véget. Miután a megfigyelés szerepén keresztül újra megcsillant a remény, hogy valamiképp létrehozható lenne egy ilyen MATRIX szerű virtuális világ, a következő problémán kezdtem el gondolkodni. A számítási kapacitást nagy mértékben le tudtuk redukálni azzal, hogy csak a megfigyelt objektumokat emuláljuk, de még mindig iszonyatos mennyiségű tárhelyre van szükségünk ahhoz, hogy eltároljuk azoknak a részecskéknek az állapotát, amiket valaha is megfigyeltünk. Ha ezt nem tennénk, akkor inkonzisztens lenne a világ. Bemennék például egy szobába, amiben két asztal van. A jobb oldalin van egy alma, amit átrakok a bal oldalira. Aztán elfordulok, ezzel megszüntetve a megfigyelést, aminek köszönhetően a szoba elveszítené valós állapotát. Ha visszafordulok, azt várnám, hogy az alma a bal oldali asztalon lesz, ami csak úgy lehetséges, ha a virtuális világot fenntartó gép megjegyezte annak állapotát. Ez pedig felveti a tárhely problémáját. Nos, akkor mi mindent is kell eltárolni, hogy a világ konzisztens maradjon?

A választ a megfigyelés szerepének analógiájára az emlékezés szerepe adta. Nevezetesen amit nem figyelünk meg, azt nem kell emulálni, amire nem emlékezünk, azt pedig nem kell tárolni. Ily módon a világ nem lesz inkonzisztens a tudatunkban lévő képpel. A repülőgépes minta analógiájára könnyen átgondolhatjuk, hogy ha egy objektumra nem emlékszik senki, akkor az olyan mint ha nem is lenne. Erre persze rögtön mondhatjuk, hogy mi van akkor, ha fogok egy dobozt, elásom a földbe úgy, hogy csak én tudok róla. Eztán eltelik néhány év, én meghalok, ezzel eltüntetve a föld színéről minden a doboz létére vonatkozó emléket. Később mondjuk egy építkezés alkalmával valaki megtalálja a dobozt, így a doboz objektív, rajtam kívül is létező dolog. Nos, vajon tényleg megtalálja? Biztos, hogy a doboz nem fog onnan eltűnni? Kísérletileg csak úgy ellenőrizhetnénk a dolgot, hogy én, aki emlékszem a doboz helyére, kiásom, és visszaigazolom magam felé, hogy a doboz ottmaradt, ahol hagytam. Okoskodhatunk úgy is, hogy miután elástam a dobozt, írok egy kis cetlit, és elküldöm valakinek levélben. Ha én meghalok, és eltűnik az emlékkép, attól a cetli még őrzi a doboz helyéről az információt. Ha ennek ellenére a doboz nem lesz ott, inkonzisztens lesz a világ. Erről az esetről viszont könnyen belátható, hogy a problémát a doboz létéről áttereltük a cetli létére. Ezek alapján tehát az objektív valóság létezése nem bizonyítható. Csak azon történések léte bizonyítható, amiket éppen megfigyelünk, és csak azon objektumok létezése bizonyítható, amelyekre emlékszünk. Aki mindezek alapján még nem látja át az emlékezés szerepét, annak álljon itt egy gondolatkísérlet, ami igen markánsan, saját létünk tényének bizonytalanságával magyarázza a dolgokat. Biztosak lehetünk benne, hogy eddigi életünk valóságos? Nem lehet, hogy tegnap klónozott bennünket valaki, és belénk táplálta eddigi életünk emlékeit? Van bármilyen mód, hogy ennek ellenkezőjét meggyőző módon bizonyítsuk? Ennek fényében újra tegyük fel a kérdést magunknak, hogy ha egy tárgyról minden emléket törlünk mindenhonnan, akkor a tárgy vajon valaha is létezett? Aki az előzőek alapján ráérzett a megfigyelés szerepére, az ennek fényében az emlékezés szerepét is beláthatja.

Virtuális valóságunkat odáig egyszerűsítettük, hogy csak a megfigyelt dolgokat szimuláljuk, és csak azokat a dolgokat tároljuk, amelyekre emlékezünk. Ezzel iszonyatos mértékű számítási és tárolási kapacitást spóroltunk, és megcsillant a remény, hogy elméletben létezhessen egy olyan gép, ami egy ilyen virtuális valóságot képes fenntartani. Egy kérdés maradt még. Mi van azokkal a helyekkel, amiket még nem látott senki? Mi van akkor, ha az őserdő mélyén találok egy olyan helyet, amiről senkinek a tudatában nincsenek emlékek? Ebben a helyzetben több lehetőség is van. Az adott helyet valamilyen szabályok alapján real-time létrehozza a rendszer oly módon, hogy attól még a teljes világ konzisztens maradjon. Ha nagyon sarkosan akarnék fogalmazni, azt mondhatnám, hogy ez az "Isteni teremtés" szinonimája. A második lehetőség, hogy a gép a tudatra, pontosabban a tudatalattira bízza, hogy az adott helyen mit érzékeljen. Ebben a modellben a virtuális világot lakó emberek "megálmodják" a még nem létező helyeket, így ők teremtik maguknak a világot egy központi "algoritmikus gép Isten" helyett.

Ezen a ponton már elég szilárdnak tűnt az ideális virtuális világ képe a fejemben, amiben már gondolatkísérletek végezhetőek. Tegyük fel, hogy az ide bezárt emberek kísérleteket végeznek, és ugyanazokat a tényeket találják, mint mi. Felépítenek egy fizikai rendszert, és felírták a történések közötti összefüggéseket úgy, ahogyan mi is tettük.  Itt érdekes kérdés, hogy a fizikai törvények adottak voltak-e, vagy ők alkották-e meg őket, miközben azt hitték, csak vizsgálgatják a már kész világot, de ezen most lendüljünk túl. Azt találták, hogy a fizikai törvények teljesen determinisztikusak, így ha ismerik egy embertársuk agyának minden részecskéjét, és az őt ért hatásokat, ezzel 100%-os pontossággal megjósolhatják annak reakcióit, így elvéve tőle a szabad akarat szabadságát. Be is raknak egy kísérleti személyt egy kamrába, rákötik az eszközöket, képeket villantanak fel, és megpróbálják megjósolni a reakciókat, amiket a kísérleti személy cselekszik. Mit tehet ebben az esetben a gép, aminek az a feladata, hogy a világot konzisztensen tartsa, biztosítsa, hogy a fizikai törvények minden körülmények között működjenek, e mellett viszont teljes mértékben rejtse el az emberek virtuális teste mögötti tudatot, hiszen ha az emberek felfedeznék, hogy virtuális testükön túl valamiféle külső tudat is létezik, úgy rájöhetnének, hogy egy virtuális világ foglyai. A gép erre egy módon reagálhat, mégpedig hogy egy kis egérutat ad magának. Nem engedi, hogy a fizikai törvények teljesen determinisztikusak legyenek, e helyett a folyamatoknak lesz egy kis bizonytalansága, ami pont elég arra, hogy az agy működése ne legyen kiszámítható, és hely maradjon a tudatnak. Ily módon az agyat olyan folyamatok fogják vezérelni, ami kívül esik az emberi mérés határain. Ezzel a lépéssel pedig eljutottunk a teljes kvantummechanikai állásponthoz. Mivel ez az egész csak egy gondolatkísérlet arra vonatkozóan, hogy létre lehet-e hozni virtuális világokat, eszem ágában sincs azt mondani, hogy a világ így működik. Mindazonáltal nem lennék meglepve, ha a jövőben az agykutatók ilyen kvantumfolyamatokat találnának az agy működésében, amilyeneket már Penrose is megjósolt.

Ez jó végszó lehetne, de azért leírnék még két gondolatot, ami a virtuális világokon való elmélkedés közben az eszembe jutott.

Az egyik, hogy ennek a virtuális világot fenntartó hipotetikus gépnek vajon rendelkeznie kell-e szimulátorral? Álmainkból jól tudjuk, hogy erre agyunk is egész jó hatásfokkal képes. Álmainkat úgy éljük meg mint ha valóságosak lennének, és felteszem, ha valaki részecskefizikusnak képzelné magát álmában, képes lenne kísérleteket elvégezni, így talán szimulátorra nincs is szükség, azt megoldja a tudat. Ugyanezen okokból valószínűleg tárolóra sem lenne szükség, hiszen amúgy is csak azt kellene tárolnunk, amit a tudatok tárolnak. Elég lenne, ha bármely tudatban tárolt emlékhez hozzáférést biztosítanánk másoknak. Innentől kezdve a gépnek egyetlen feladata van, hogy az emberek tudatát összekösse, és biztosítsa a közös "álom" konzisztenciáját. Itt persze megint kérdéses, hogy a konzisztencia fenntartását "erőltetni" kell-e? A konzisztencia igénye (ha leteszem az almát az asztalra, elfordulok, majd vissza, szeretném még mindig ott találni) az agyból származik. Ha egyszerűen csak valami módon összekötnénk a tudatokat, az így létrejött hálózat vajon nem gondoskodna a "közös álom" konzisztenciájáról? Mindenesetre egész jó haladás, hogy egy világméretű részecskeszimulátorból néhány "drótra" (amivel "összedrótozzuk az embereket") redukáltuk a hipotetikus virtuális valóság gépünket. És ha már itt tartunk, vajon egyáltalán szükség van drótokra?

A másik dolog, amin gondolkodtam, hogy ha az emberiség úgy döntene, hogy egy ilyen virtuális világba költözik (pl. azért, mert már felélte a föld erőforrásait, és más módon képtelen lenne fennmaradni), akkor hogyan nézne ki egy ilyen világ. Elsőre biztos paradicsomi állapotok uralkodnának, mindenki örök életű lenne, és élvezné a jólétet. Néhány száz év után azonban ez a nagy jóság biztos unalmassá válna, kihívások kellenének, amik szórakoztatnak bennünket. Valószínűleg kitalálnánk valami olyasmit, ami egy számítógépes játékhoz hasonló. Feladatokat tűznénk ki magunknak, amiket végig kell csinálni és hogy még izgalmasabb legyen, mindezt időre. A játékban megszületnénk, élnénk, az élet mindenféle akadályok elé állítana, amiknek a megoldása sikerélményt okoz, majd a végén meghalnánk, hogy újra kezdhessük egy másik pályán. Lehet, hogy tökéletlen világunk úgy tökéletes, ahogy van ... Jó elmélkedést ...