من المقبول على نطاق واسع أن الوعي أو النشاط العقلي مرتبط بطريقة ما بسلوك الدماغ المادي، ونظرًا لأن نظرية الكم هي النظرية الأساسية للمادة المتوفرة حاليًا، فمن المنطقي أن نسأل عما إذا كانت نظرية الكم يمكن أن تساعد في فهم الوعي، والوعي هو مظهر من مظاهر العمليات الكمومية في الدماغ، حيث تُستخدم مفاهيم الكم لفهم الوعي دون الإشارة إلى نشاط الدماغ، وتعتبر المادة والوعي ثنائي جوانب حقيقة أساسية واحدة.
الوعي الكمي
الدماغ هو أحد أكثر الأنظمة الأكثر تعقيدًا، إذ إن دراسة الشبكات العصبية وعلاقتها بتشغيل الخلايا العصبية المفردة وغيرها من الموضوعات المهمة مفيدة وستستفيد كثيرًا من مناهج الأنظمة المعقدة، وفيما يتعلق بفيزياء الكم، لا يمكن أن يكون هناك شك معقول في أن الأحداث الكمية تحدث وتكون فعالة في الدماغ كما هو الحال في أي مكان آخر في العالم المادي، بما في ذلك الأنظمة البيولوجية.
كان الدافع الأصلي لربط نظرية الكم بالوعي فلسفيًا في الأساس، فمن المعقول إلى حد ما أن تكون القرارات الحرة الواعية (“الإرادة الحرة”) إشكالية في عالم حتمي تمامًا، لذا فإن العشوائية الكمية قد تفتح بالفعل إمكانيات جديدة للإرادة الحرة، حيث تمثل العشوائية مشكلة للإرادة الموجهة نحو الهدف، حيث قدمت نظرية الكم عنصرًا من العشوائية يبرز مقابل النظرة العالمية الحتمية السابقة التي سبقتها.
تعبر العشوائية عن جهل الأنسان بوصف أكثر تفصيلاً (كما في الميكانيكا الإحصائية)، وفي تناقض حاد مع هذه العشوائية المعرفية، تم اعتبار العشوائية الكمية في عمليات مثل الانبعاث التلقائي للضوء أو الانحلال الإشعاعي أو غيرها من الأمثلة، سمة أساسية للطبيعة بغض النظر عن الجهل أو المعرفة؛ على وجه الدقة، تشير هذه الميزة إلى الأحداث الكمية الفردية، في حين يتم تحديد سلوك مجموعات مثل هذه الأحداث إحصائيًا، إذ أن اللاحتمية للأحداث الكمية الفردية مقيدة بالقوانين الإحصائية.
ومن السمات الأخرى لنظرية الكم، والتي أصبحت جذابة في مناقشة قضايا الوعي، مثل مفاهيم التكامل والتشابك، وأكد رواد فيزياء الكم مثل بلانك وبوهر وشرودنجر وباولي (وآخرون) على الأدوار المختلفة المحتملة لنظرية الكم في إعادة النظر في الصراع القديم بين الحتمية الفيزيائية والإرادة الحرة الواعية، للحصول على لمحات عامة مفيدة مع جهات اتصال مختلفة.
الدماغ الكمي
هناك عدد كبير من التفسيرات التي تناقش نظرية الكم فيما يتعلق بالوعي، والتي تتبنى الأفكار الأساسية لنظرية الكم بطريقة مجازية بحتة، وتُستخدم المصطلحات النظرية الكمية مثل التشابك، والتراكب والانهيار والتكامل وغيرها دون إشارة محددة إلى كيفية تعريفها بدقة وكيفية تطبيقها على مواقف محددة، على سبيل المثال يُفترض فقط أن الأفعال الواعية يمكن تفسيرها بطريقة ما بشكل مشابه لأفعال القياس المادية.
تستخدم نظرية الكم الحالية لوصف العمليات الفيزيولوجية العصبية أو العصبية النفسية، ومن بين هذه المقاربات بدأ فون نيومان في ثلاثينيات القرن العشرين، الذي له أطول تاريخ، والذي تبناه لاحقًا (Wigner)، ويدعمه حاليًا (Stapp)، حيث يمكن وصفه تقريبًا على أنه اقتراح للنظر في الأفعال الواعية المقصودة باعتبارها مرتبطة ارتباطًا جوهريًا بتخفيضات الحالة المادية.
فكرة أخرى مبكرة إلى حد ما يعود تاريخها إلى (Ricciardi و Umezawa) في الستينيات هي معالجة الحالات العقلية، وخاصة حالات الذاكرة، من حيث حالات الفراغ للحقول الكمية، ومن أبرز المؤيدين لهذا النهج في الوقت الحاضر (Vitiello)، وهناك فكرة اقترحها (Beck and Eccles) في التسعينيات، والتي وفقًا للعمليات الميكانيكية الكمومية، ذات الصلة لوصف خروج الخلايا عند الشق المشبكي.
تشير الفئة الثالثة إلى مزيد من التطورات أو التعميمات لنظرية الكم الحالية؛ مرشح واضح في هذا الصدد هو اقتراح بنروز لربط الأفعال الواعية الأولية بالتخفيضات الناجمة عن الجاذبية للحالات الكمومية، وفي النهاية يتطلب هذا إطارًا لنظرية مستقبلية للجاذبية الكمومية بعيدة كل البعد عن التطور، وجنبًا إلى جنب مع (Penrose)، جادل هاميروف بأن الأنابيب الدقيقة قد تكون المكان المناسب للبحث عن مثل هذه التخفيضات في الحالة.
تطبيقات على الوعي الكمي
التجميعات العصبية
ترتبط التمثيلات العقلية بنشاط التجمعات العصبية، أي مجموعات من عدة آلاف من الخلايا العصبية المقترنة، ويمكن وصف الارتباط العصبي للتمثيل العقلي بحقيقة أن الروابط، أو أدوات التوصيل، بين تلك الخلايا العصبية تشكل مجموعة محصورة فيما يتعلق ببيئتها، حيث تكون التوصيلات أضعف من داخل التجمع، ويتم تنشيط الارتباط العصبي للتمثيل العقلي إذا كانت الخلايا العصبية التي تشكل التجمع تعمل بنشاط أكبر، على سبيل المثال، تنتج معدلات إطلاق أعلى، مما كانت عليه في وضعها الافتراضي.
الخلايا العصبية والمشابك المفردة
حقيقة أن التجميعات العصبية موصوفة في الغالب من حيث السلوك الكلاسيكي لا تستبعد أن التأثيرات الكمومية غير الموصوفة تقليديًا، فقد تكون مهمة إذا ركز المرء على المكونات الفردية للتجمعات، أي الخلايا العصبية الفردية أو الواجهات بينها؛ تسمى هذه الواجهات، التي تنتشر من خلالها الإشارات بين الخلايا العصبية بالمشابك؛ توجد مشابك كهربائية وكيميائية، اعتمادًا على ما إذا كانت تنقل إشارة كهربائية أو كيميائية.
في المشابك الكهربائية، يتدفق التيار الناتج عن جهد الفعل في الخلايا العصبية قبل المشبكية مباشرة إلى الخلية ما بعد المشبكية، والتي ترتبط فعليًا بالطرف قبل المشبكي عن طريق ما يسمى تقاطع الفجوة، وفي المشابك الكيميائية هناك شق بين خلية ما قبل المشبكية وما بعدها.
من أجل نشر إشارة، يتم إطلاق جهاز إرسال كيميائي (غلوتامات) عند طرف ما قبل المشبكي، وتسمى عملية الإطلاق هذه بالإفراز الخلوي، حيث ينتشر المرسل عبر الشق المشبكي ويرتبط بمستقبلات في الغشاء ما بعد المشبكي، وبالتالي يفتح قناة أيونية.
الارتباطات فائقة الكم
يشير التشابك الكمي إلى ارتباطات تتجاوز الارتباطات الكلاسيكية المعيارية (عن طريق انتهاك عدم المساواة من نوع بيل)، وهو ما يسمى تقييد (Tsirelson)، ومع ذلك فإن هذا الحد لا يستنفد النطاق الذي يمكن من خلاله انتهاك الارتباطات من نوع بيل من حيث المبدأ؛ وجد (Popescu و Rohrlich (1994)) مثل هذه الارتباطات لقياسات كمية معينة، وأصبحت دراسة مثل هذه الارتباطات الكمومية الفائقة مجالًا حيويًا للبحث المعاصر.
تتمثل إحدى المشكلات في تقييم الارتباطات الكمية الفائقة في الأنظمة العقلية في تحديد الارتباطات الكمية الحقيقية (غير السببية) من الارتباطات الكلاسيكية (السببية) التي يمكن استخدامها للإشارة؛ اشتق العالمان (Dzhafarov and Kujala) طريقة مضغوطة للقيام بذلك وطرح تأثيرات السياق الكلاسيكية مثل الإعداد في الأنظمة العقلية بحيث تظل الارتباطات الكمية الحقيقية.
نظرية المجال الكمي والوعي الكمي
اقترح (Ricciardi و Umezawa) شكليات نظرية المجال الكمومي لوصف حالات الدماغ، مع التركيز بشكل خاص على الذاكرة؛ إن الفكرة الأساسية هي تصور حالات الذاكرة من منظور حالات العديد من أنظمة الجسيمات، باعتبارها تمثيلات غير متكافئة لحالات الفراغ للحقول الكمومية.
تتعامل نظرية المجال الكمومي مع أنظمة لا متناهية من درجات الحرية وبالنسبة لمثل هذه الأنظمة، فإن جبر الملحوظات الذي ينتج عن فرض علاقات التبديل الكنسي يعترف بتمثيلات فضاء هلبرت المتعددة التي لا تكافئ بعضها البعض بشكل فردي، وهذا يختلف عن حالة ميكانيكا الكم القياسية، التي تتعامل مع أنظمة ذات درجات عديدة من الحرية؛ بالنسبة لمثل هذه الأنظمة، فإن الجبر المقابل للملاحظات يعترف بتمثيلات فضاء هلبرت المكافئة للوحدة.
يمكن إنشاء التمثيلات غير المتكافئة لنظرية المجال الكمي عن طريق كسر التناظر العفوي، الذي يحدث عندما لا تكون الحالة الأرضية (أو حالة الفراغ) لنظام ما ثابتة في إطار المجموعة الكاملة للتحولات التي توفر قوانين الحفظ للنظام، وإذا انهار التناظر، يتم إنشاء أنماط جماعية (تسمى أنماط بوزون نامبو-غولدستون)، والتي تنتشر عبر النظام وتقدم ارتباطات طويلة المدى فيه.
هذه الارتباطات مسؤولة عن ظهور أنماط مرتبة، على عكس الأنظمة الحرارية القياسية، يمكن تكثيف عدد كبير من البوزونات في حالة مرتبة بطريقة مستقرة للغاية، وبشكل تقريبي يوفر هذا اشتقاقًا نظريًا للمجال الكمي للحالات المرتبة في أنظمة متعددة الأجسام موصوفة بمصطلحات الفيزياء الإحصائية، وفي اقتراح أوميزاوا، تمثل هذه الحالات المرتبة ديناميكيًا نشاطًا متماسكًا في التجمعات العصبية.
هناك نظرية مثيرة للجدل عمرها عقود تشير إلى أن التأثيرات الكمومية في الدماغ يمكن أن تفسر أن الوعي قد يكون له وزن أكبر مما أعطاه العلماء الفضل في ذلك، ولطالما طبيعة الوعي كانت محيرا وإحدى الأفكار، التي يُنظر إليها تقليديًا على أنها بعيدة المنال، هي أن القوانين غير العادية التي تحكم العالم الكمي يمكن أن تكون وراء ما يسمح لنا بتجربة الوعي.
