Kuantum fiziğinin keşfedilen tuhaf dünyasını bugüne kadar maddelerin atom altı parçacıklarında gözledik. CERN gibi Fermilab gibi parçacık hızlandırıcılarda gözlemlenen parçacık dünyasının tuhaflıklarının sadece oralarla sınırlı kalabileceğini düşünüyorsanız elbette yanılıyorsunuz. Mecaz anlamıyla yıldız tozundan yaratılan insan aslında kuantumun tuhaf dünyasının tam da ortasında bulunuyor. Nasıl ki evrende var olan elementleri vücutlarımızda da buluyorsak onların atomaltı parçacıklarının yarattığı tuhaflığın içimizde olabileceğine neden ihtimal vermiyoruz?

Şimdi sizi bu tuhaflığın nasıl ortaya çıkarıldığına götürmek istiyorum.

Mikroskobik nesnelerin aynı anda iki farklı yerde olduğu tuhaf bir dünyadır diyerek kuantum fiziğinin tuhaflığını en bariz ifadeyle açıklamış oluruz. Böyle bir dünyada düşünsenize nesneler bir yerden başka bir yere ışınlanabiliyor, aralarında kilometrelerce mesafe olsa bile birbirlerini fiziksel olarak taklit edebiliyor. Bu açıdan baktığınızda hemen her şeyin mümkün olduğu bir masallar dünyasına benzer. Üstelik bu garip olaylardan bazıları tam da şu anda beyninizde gerçekleşiyor olabilir.

Beyinlerimizin kısmen de olsa kuantum süreçlerini kullanarak çalıştığı düşüncesi yeni değil ama çoğu zaman alay konusu oldu ama öyle bir zamana geldik ki önyargılar her zaman olduğu gibi bu konuda da kırılmıştır. Önyargı, kırılgan kuantum süreçlerinin sıcak, ıslak ve karmaşık bir ortam olan beyinlerimizde nasıl işleyebileceğine dair yanıt bulamamaktan kaynaklanıyordu. Ne de olsa, kuantum bilgisayarlarını çalıştırmak için bile onları mutlak sıfıra kadar (-273 derece) soğutmamız gerekiyor. Oysa doğa buna ihtiyaç duymuyor, her şey kuantum seviyesinde zaten var oluyor. Dolayısıyla -273 derecede çalışma zorunluluğu olan şimdiki kuantum bilgisayarlar için de şunu söyleyebilirim ki, bir sonraki aşama organik-inorganik karışımlı bilgisayarlar olacaktır.

ABD'deki bir teorik fizikçi, kuantum süreçlerinin kafamızın içinde gerçekleşmesine olanak tanıyan bir "boşluk" bulduğunu iddia etti. Sadece bununla kalmayıp, bu kuantum süreçlerinin beyin işlevlerimize de katkıda bulunduğunu, yani bize hafıza ve hatta belki de bilinç verdiğini söyledi.

Santa Barbara'daki California Üniversitesi'nde fizik profesörü olan Matthew Fisher, kuantum bileşenlerinden ve biyolojik bileşenlerden oluşan özel bir mekanizma bulduğunu söylüyor. Bizi harekete geçiren şeyin de bu olduğunu iddia ediyor. Bir test tüpünde kuantum beyni inşa etmek gibi çeşitli deneyler hazırlayarak fikirlerini kanıtlamayı deniyor.

Matthew Fisher

KİŞİSEL İLHAM

Matthew Fisher teorik fizik alanında doktorası olan bir fizikçi. IBM ve Microsoft'ta kuantum bilgisayarları üzerine çalıştı, bir süre de Caltech'te çalışmalar yürüttü. Zihnimizde olup bitenlere duyduğu ilgi, kronik depresyonla ilgili deneyimlerinden geliyor. Fisher 26 yaşından bu yana ilaç tedavisi görmekte.

"Bir hapla insanın düşüncelerinin değiştirilebilmesi beni her zaman etkileyen bir konu oldu. Uyuşturucu kullanarak kafayı bulmaktan söz etmiyorum,” diyen Fisher, 1986'da büyük bir depresyon geçirmiş ve iki yıl boyunca depresyon halinde kalmıştı. Bulunduğu durumdan ancak antidepresan yardımıyla kurtulabilen Matthew Fisher, "İki yıl sonra yeniden doğmuş gibi oldum," diyor.

Peki, neler oluyordu ve bu sistem nasıl çalışıyordu? Fisher bunu öğrenmek istedi. Prozac gibi karmaşık antidepresanlar üzerinde çalışmak yerine, araştırmalarına basit bir element olan lityumla başladı. "Dört yıl önce, yanıma Google ve Wikipedia'yı da alarak lityum hakkında öğrenilebilecek her şeyi öğrenmeye çalıştım," diyen Fisher ilk olarak lityumun iki izotopu olduğunu öğrenmişti.  Bu arada izotop nedir diye soracak olanlara hemen kısa bir açıklama yapalım.

İzotop Nedir?

Çekirdeklerindeki proton sayısı aynı fakat çekirdeğindeki nötron sayısı farklı olan iki atom türüdür.  Bir elementin tüm izotopları neredeyse aynı kimyasal özelliklere sahipken farklı atomik kütlelere ve fiziksel özelliklere sahiptir.

Devam edelim Fisher’in öğrendiği iki izotoplu lityuma. Lityum-6 ile lityum-7 adları ile anılan izotopların arasındaki fark, çekirdeklerindeki nötron sayısı. Fisher,e göre, kimyasal açıdan önemli olan şey atomlardaki elektronlar olduğundan dolayı, izotopların farklı biyolojik etkilerinin olması mümkün değildi. Elektron sayısı iki izotopta da aynı ve çekirdeğin içinde ne olup bittiğinin elektronları ilgilendirmediğini düşünüyordu.

Ancak tabi ki hayat sürprizlerle doluydu ve Fisher çalışmaları sırasında kafasında yerleşik olan düşüncenin aksini gösteren bir araştırmayla karşılaştı. 1986'da Cornell Üniversitesi'ndeki araştırmacılar, farelere iki farklı lityum izotopu vermişti. Lityum-7 verilen anne fareler bir anda çökmüş gibi görünmeye başladılar. Yuva inşa etmediler ve yavrularıyla ilgilenmediler. Oysa lityum-6 verilen fareler yavrularıyla yakından ilgileniyordu ve uyanıklık seviyeleri yüksekti.

Fisher sonuçlara bakınca ‘işte istediğim ilaç’ dedi ve o zamandan beri Cornell Üniversitesi’nde yapılan o araştırmayı düşünüyordu. "İnsanın aklına nükleer spin geliyor. Çünkü lityum-6, spininin çevredeki ortamdan izole olması gibi olağanüstü bir özelliğe sahip." diyor Nükleer spinin çekirdeğin kendi etrafında dönmesiyle (spin) bir ilgisi yok, sadece çekirdeğin elektrik alanlarıyla ve manyetik alanlarla ne kadar etkileşime girdiğini gösteriyor. Bu alanlarla ne kadar az etkileşime girerse onlar tarafından o kadar az etkileniyor. Beyinde bol miktarda elektrik alanı var. Bu da beyindeki kararlı parçacıklar üzerinde çalışırken işe yarayacak bir özellik. Deneyler, lityum-6'nın elektrik alanlarından ve manyetik alanlardan etkilenmeden beş dakika durabildiğini gösteriyor. Kuantum fiziği terimleriyle konuşursak, lityum-6 beş dakikalık "kuantum tutarlığına" sahip. Lityum-6'nın beyindeki kuantum dünyasına açılan bir kapı olduğunu düşünürsek, acaba garip bir kuantum fenomeninin ortaya çıkmasına yol açıyor olabilir mi? Fisher böyle olabileceğini düşünüyor. Bu yüzden kuantum süreçlerinin ve biyolojinin beyin içinde nasıl etkileşime girebileceğini araştırmaya başladı.

ZİHNİN İÇİNE YOLCULUK

Fisher, ilk olarak lityumun doğal eşdeğerini bulmaya çalıştı çünkü lityum-6 çok nadir bulunan bir element. Dış etkilerden etkilenmeyecek kadar izole olabilen bir madde arayışına girdi ve fosforda karar kıldı.  Fisher, "Uzun kuantum tutarlığı olan ve biyolojide bol miktarda bulunabilecek tek element fosfordu," diyor. Buna ek olarak fosfor atomları birleşip Posner denilen bir molekül oluşturduklarında, kuantum tutarlılığı süresinin artacağını da düşündü. Bu moleküller ilk defa kemiklerde keşfedilmişti ve hücre dışı sıvıda da oluştuğu düşünülüyordu. Fosfor atomları çevresinde bir tür kalkan oluşturup sıcak, nemli beyinlerimizin içinde kuantum süreçlerinin gerçekleşmesine imkân sağlıyor olabilirler. Fosfor ile koruyucu Posner molekülleri birleşerek Fisher'ın teorisini tamamlamasını sağlayan zincirin ilk halkalarını oluşturdu.

Fisher, fosforu ve fosforun spinini "nöral kübit" olarak tanımladı ve bu nöral kubitler "yukarı spin" veya "aşağı spin" denilen kuantum durumları arasında geçiş yapabiliyordu. Bunları geleneksel bilgisayarlardaki 0 ve 1'lere benzetebiliriz. Yani bir bilginin var olması ya da olmaması durumu…

Fisher, beyinlerimizin bilgiyi işleme gücünün kuantum dolanıklığı adı verilen fenomenle artabileceğini düşünüyor. Bu süreçte, yan yana duran iki fosfor atomu birbirinden uzaklaştığında birbirlerini taklit etmeye başlıyor. Atomlar arasındaki bu bağlantı, bilgi depolama kapasitesini artırıyor. Bu da geleneksel bilgisayarlarda olmayan, yeni bir veri depolama türü.

Ayrıca Fisher, dolanıklığın insan belleğiyle alakası olduğunu düşünüyor. "Anıları hatırlamamız, ilişki kurma yoluyla oluyor." diyor. "Duyarlı varlıklar olduğumuzun farkındayız. Bunun kaynağı ise dolanıklık olabilir. Bunu öne süren ilk kişi de ben değilim."

Bilincimizin bir kuantum kökenine sahip olduğunu öne süren bilim insanları arasında en ünlüsü Oxford Üniversitesi'nden Prof. Roger Penrose idi. Bu matematiksel fizikçi, kariyeri boyunca uzay-zamanın özelliklerini çözmeye odaklandı ve Stephen Hawking ile beraber çalışmalar da yürüttü. 1990'ların başında, şu anda Arizona Üniversitesi'nde fahri profesör olan anestezi uzmanı Stuart Hameroff ile beraber çalışarak bir ‘kuantum beyin teorisi’ni geliştirdi. İkili, beyin hücrelerinin içinde bulunan mikrotübül adlı yapıların içinde kuantum süreçlerinin gerçekleşmekte olduğunu öne sürdü. Kırılgan kuantum mekanizmasını korumak için de Posner moleküllerinden oluşan bir kalkan olduğunu düşünüyorlardı. Penrose da Fisher'ın fikirlerini destekliyor. "Yapmakta olduğu çalışmalar çok ilgimi çekiyor. Büyük bir hikâyenin iyi bir parçasını yakaladığını düşünüyorum. Gelecek için umut verici fikirler olabilir." diyor.

Roger Penrose

GARİP KUANTUM FENOMENLERİNİN BAZI BİYOLOJİK SÜREÇLERDE ROL OYNADIĞINA İŞARET EDEN KANITLARIN SAYISI ARTIYOR

Penrose ve Hameroff'un teorilerinden bu yana, garip kuantum fenomenlerinin bazı biyolojik süreçlerde rol oynadığına dair artan sayıda kanıt ortaya çıktı. Buna rağmen beyin fonksiyonlarında, özellikle bilinç gibi karmaşık bir şeyde, kuantum süreçlerinin rol oynadığı fikrini çoğu sinirbilimci şüpheyle karşılıyor. Oysa ki bilincin tuhaflığı tam da kuantum mekaniğinin tuhaflığını çağrıştırıyor.

New York Üniversitesi'nden sinirbilim profesörü György Buzsaki, "Karmaşıklığı karmaşıklıkla çarparsanız daha çok karmaşıktan başka bir şey elde edemezsiniz." diyor. Kuantum süreçlerinin biyolojideki rolünü araştıran, University College London'dan Dr. Alexandra Olaya-Castro da aynı şekilde düşünüyor. "Bence kuantum etkileri beynimizdeki belirli işlevleri açıklayabilir ancak henüz bilincin ne olduğunu bile anlamış değiliz," diyor. Olaya-Castro, Fisher'ın bazı fikirleriyle ilgileniyor ve kendi fizibilite çalışmasını yapmayı planlıyor. "Bence biyolojik sistemlerde moleküler mekanizmaları etkileyen kuantum süreçleri bulabiliriz," diyor. "Değerlendirilmesi daha zor olan şey, moleküler düzeydeki kuantum süreçleri ile hücresel düzeyde veya daha yüksek düzeyde gerçekleşen işlevler arasındaki doğrudan bir bağlantı kurmak." Olaya-Castro'ya göre, Fisher'ın, kuantum dünyasının biyolojik dünyayı etkilediği belirli mekanizmalar öne sürmesi, Fisher'ın fikirlerinin güçlü yönlerinden biri.

Fisher'ın fikirlerinden biri, bir enzimin adenozin trifosfatı (hücrelerin enerji depolamak için kullandığı molekül) parçaladığında ortaya iki fosfat çıkmasını temel alıyor. Fisher, "Bu, iki fosfat nükleer spinini dolanık hale getirecek hayati bir adım olabilir." diyor. Eğer bu ikili, koruyucu Posner moleküllerinin içinde muhafaza ediliyorsa ve dolanıklık aracılığıyla "birbirine bağlı" ise, beyinde birbirinden uzak noktalarda bile olsalar beyin hücrelerinin davranışı üzerinde bir etkiye sahip olabilirler.

Fisher'ın şimdiki amacı fikirlerini destekleyecek kanıtlar bulmak. Başlangıç noktası, 1986'da Stanford Üniversitesi'nden izinliyken gerçekleştirdiği fare deneylerini farklı tasarlanmış şekilde tekrarlamak. Bu deneylerin önceki sonuçları net değildi. Öngördüğü kuantum-biyoloji mekanizmasının her adımını test edecek farklı deneyler de planlıyor.

Fisher'ın en iddialı deneysel fikirlerinden biri, bir test tüpünde basit bir kuantum beyni yaratmaya çalışmak. Burada, hücre dışı sıvıyı, Posner molekülleri gibi kilit özellikler içerecek mekanizmalarla karıştıracak. Tüplerin içinde neler olup bittiğini izlemek için floresan işaretleyici ekledikten sonra karışımın yarısını laboratuvarın diğer tarafına yerleştirilmiş başka bir test tüpüne dökecek.

Fisher, "Odanın iki tarafındaki bu iki test tüpündeki flüoresans aktivitesi birbiriyle ilişkilenirse inanılmaz bir şey olacak. Oldukça ürkütücü bir sahne göreceğiz. Aradığım kanıtların bu test tüplerinin içinde belirdiğine şahit olacağız." diyor.

Fisher, deneylerini gerçekleştirmek için kimyagerler ve enzimologlar gibi uzman bilim insanlarından oluşan bir ekip kurdu. Ancak en büyük zorluk, deney için fon bulmaktı. O zamandan beri "sürekli para biriktirdiğini" söylüyor: "Bu deneyleri yapmak için paraya ihtiyacımız var. Belki biraz tanıtım yardımcı olur." Penrose'un beynimizde garip bir şeyler olduğu konusunda ikna edilmesine gerek yok. Aslında o, bir taraftan kuantum süreçlerinin ciddi bir rol oynayabileceğini düşünürken, beynimizde neler olup bittiğini anlamak için tamamen yeni bir fizik dalına ihtiyacımız olduğuna inanıyor. Penrose, "Kuantum mekaniğinin önemli olduğunu söylemek yetmiyor." diyor. "Kuantum mekaniğinin dağılmaya başladığı sınırlara bakıyoruz." Bu yeni fizik, küçük kuantum fizik dünyasıyla büyük fizik dünyası arasındaki boşluğu açıklayabilir. "Kuantum mekaniğinin tuhaf dünyasının gerçek dünyayla birleştiği yeri deneyimliyoruz," diyor. Başka bir deyişle, beyinlerimiz aslında şu anda düşündüğümüzden çok daha tuhaf olabilir.

Levent Aslan

Esin kaynağı Popular Science

9 Ekim 2024