När kosmos blev medvetet

Ur Hjärnstorm nr 85-86

År 1957 skrev kosmologen Fred Hoyle en roman¹ om ett gigantiskt moln som färdades från solsystem till solsystem i vår hemgalax Vintergatan och som på något sätt kunde tänka. Elektromagnetiska signaler skickades mellan olika delar av molnet och byggdes till tankar, smartare än de som människorna lyckades klura ut. Hoyles fantasi är en av många framtidsvisioner som på olika sätt nosar på idén om ett högre medvetande i någon form. Miman i Harry Martinssons Aniara är ett annat välkänt exempel. Ofta strandar fantasierna på vår oförmåga att fjärma oss från den mänskliga hjärnans form och funktion. Fantasihjärnorna blir ganska lika oss själva. Vår intelligens räcker inte till att föreställa oss något vi inte har erfarenhet av. Kanske finns det andra sätt att uppfatta verkligheten. Kanske finns en annan verklighet som vi aldrig kommer att kunna uppfatta med våra sinnen. Kanske sker kommunikation över andra tidsskalor än våra. Vi ställer oss ofta frågan om djur kan vara medvetna eller ej. Finns det i så fall olika grader av medvetenhet? Kan universum i sig själv vara medvetet? Eller om man så vill – kan kosmos vara besjälat? Om vi människor inte skulle existera, skulle universum ändå existera på ett medvetet plan? En italiensk kosmolog, Paola Fizzi, ser det som en möjlighet.

Fortfarande saknas en vetenskaplig definition av begreppet medvetande. Jag slår upp Nationalencyklopedin och hittar en detaljerad beskrivning av medisterkorv och medvurst men när jag kommer till medvetande blir det hela en svårgripbar pytt-i-panna på flera spalter. Så jag söker på nätet och hittar bland drygt 11 miljoner hemsidor ett ganska bra försök till en definition av begreppet medvetande: ”Att vara medveten är att ha en åsikt”.

Sedan länge har det funnits två stridande uppfattningar om människans möjlighet att få kunskap om vad medvetande är. En pessimistisk och en optimistisk. Den extremt pessimistiska hävdar att vi har en ”kognitiv begränsning” som hindrar oss att förstå vad medvetenhet är därför att den kunskapen ligger bortom vår intelligens. Vi är som skeppsbrutna på vår egen tankeö. Man skulle kunna säga att hemligheten med medvetandet göms i fröet till Big Bang på samma sätt som naturlagarnas existens. Men låt oss lämna denna pessimistiska syn och i stället se vad som dryftas bland optimisterna, de som utgår från att vi så småningom ska kunna förstå vad medvetenhet är. Vi skall se att i utkanterna av denna skärgård finns det tankar om universums medvetenhet som tycks gränsa till det stolliga men som faktiskt har bitit sig rejält fast i delar av forskarvärlden.

Information från yttervärlden till hjärnans olika delar transporteras via nervceller, neuroner, i ett ”neuralt nätverk”. En neuron tar emot information via ett slags ’sladdar’, dendriter, och skickar iväg information via axoner, utväxter på cellen som förgrenar sig för att möta dentriter hos andra celler. Själva kopplingen neuroner emellan kallas en synaps. I synapsen sker informationsöverföringen via särskilda s.k. transmittormolekyler. Hela det neurala nätverket uppskattas innehålla c:a hundra miljarder neuroner och varje neuron innehåller tusentals synapser där var och en överför tusentals informationsbitar per sekund. Totalt genomförs således minst c:a 10^16 operationer per sekund i hjärnan. Om hjärnan fungerar som en kvantdator (vilket är ett kontroversiellt ämne idag) medger det upp till c:a 10^27 beräkningar per sekund. Koherenta signaler med en frekvens av 40 Hz tros fungera som ett substrat för vår medvetenhet och gör att flera områden i hjärnan kan aktiveras synkront. Enligt en modern, ’reduktionistisk’ uppfattning (se t.ex. filosofen Daniel Dennett) är dessa datorliknande processer tillräckliga som förklaringsmodell för medvetandet. Medvetenheten antas bli mer påtaglig ju flera beräkningar som utförs per tidsenhet.

Många forskare håller emellertid inte med om denna robusta modell och menar att något saknas för att medvetandefenomenet ska kunna förstås. Vad finns det då som skiljer oss från datorerna? Till de mest subtila ingredienserna i vårt medvetande hör den subjektiva upplevelsen, tex vår uppfattning av grönskan i gräset, vinets bouquet, romantiken i den första kyssen. Dessa kvaliteter, sammanfattningsvis kallade ”qualia”, kan inte förklaras för en annan människa så att upplevelsen förstås. Till qualia kan vi även räkna vår egen känsla av att vi existerar som individer med fri vilja. Neuroforskningen har visat att en handling föregås av ett processande i hjärnan på hög nivå som sker på ett omedvetet plan strax innan själva tanken föds. En aha-upplevelse föregås av ett grovjobb som vi slipper bekymra oss om. Existensen av både ett omedvetet och ett medvetet jag är svårt att förklara för reduktionisterna. Som ytterligare stöd för att datorprocesserna endast är en delförklaring av medvetandet brukar framföras att vi upplever tidens gång.

Att det medvetna inte enbart styrs av neurala aktiviteter stöds av att encelliga djur utan neuroner eller synapser kan manövrera på ett till synes medvetet sätt när de stöter på ett hinder. Tydligen tolkas informationen (variationer i ljus, tryck etc.) på ett datorliknande sätt varefter resultatet ger upphov till en reaktion som är förmånligt för djuret. Oxfordprofessorn Roger Penrose är en matematiker-fysiker som bl.a samarbetat med Steven Hawking och som intresserat sig för gravitationens natur och människans medvetande. Penrose m.fl. har hävdat att det existerar en kvalitativ skillnad mellan en dator och en människa som inte kan beskrivas med lagar som bygger på klassisk fysik. Det är vad vi kallar medvetenhet. Penrose menar att vi behöver utnyttja de kvantfysikaliska lagarna för att förklara fenomenet medvetande.

Enligt kvantfysiken är det omöjligt att bestämma en partikels exakta position utifrån beräkningar. När man tittar riktigt noggrannt på partikeln börjar den visa upp en gäckande dubbelnatur. Den beter sig som om den vore en partikel och våg på samma gång. Men inte nog med det, den befinner sig även på flera ställen samtidigt. Inom kvantfysiken kallar man fenomenet superposition. När man försöker bestämma partikelns läge övergår det obestämda kvanttillståndet till ett reellt, klassiskt tillstånd. Det ”kollapsar” och ”reduceras” från många möjligheter till ett slutligt entydigt tillstånd ungefär som när man singlar slant. Kollapsen kan troligen ske spontant men de flesta forskare tänker sig att det krävs en yttre påverkan för att trigga den. I ett system av många partiklar kan man tänka sig att kvanttillstånden samverkar koherent över större områden, ungefär som en kör i vilken alla sjunger samma sång. Därvid förlorar partiklarna sina individuella egenskaper och blir till en enhet, liksom det är svårt att skilja ut individuella sånginsater i kören. Forskare tror att koherenta kvanttillstånd av ett system partiklar skulle kunna utnyttjas för avancerade beräkningar. Det är grunden till idéerna om kvantdatorer. Penrose föreslog redan för ett decennium sedan att sådana koherent sammankopplade kvanttillstånd skulle kunna uppstå i hjärnan, processa inkommande information och sedan kollapsa, varvid en tanke skulle födas. Detta gränsöverskridande mellan kvanttillståndet och det klassiska tillståndet kallade han ”objektive reductionism” (OR). Kanske skulle processerna kunna samverka över större områden i hjärnan och därvid ge känslan av att man är en unik person med en personlig själ. Men hur uppstår qualia, tex upplevelsen av olika färger, i vår verklighetsuppfattning? Enligt Penrose sker detta genom att kvanttillstånden på en intimt plan är sammankopplade med fundamentala, ”Platonska” egenskaper hos rumtiden.

Forskare har länge sökt efter en teori som väver samman kvantmekaniken med gravitationen. Kanske visar sig strängteorin vara den rätta lösningen. En annan möjlighet ges i vad som brukar kallas kvantgeometrin, ett fyrdimensionellt rumtidsalternativ till den multidimensionella strängteorin. Kvantgeometrin förutsäger att rumtiden inte är riktigt jämn på små skalor, c:a 10^-35m, det som brukar kallas Plancklängden. På dessa skalor skapas och förintas ständigt ”virtuella” partiklar i vakuum. Eftersom massa kröker rumtiden innebär det att rumtiden börjar bli ”grynig”, en grynighet som troligen är kvantifierad. De olika kvanttillstånden separerar rumtiden i olika ”möjliga” nätverk av rumtidsceller som Penrose kallade ”spinnätverk”. På senare tid har en mera generell teori utvecklats bl.a. av Carlo Rovelli och Lee Smolin. Penroseís tanke var att egenskaperna hos spinnätverken skulle innehålla en fundamental kosmisk logik som, om de kan avläsas av vår hjärna, ger oss de qualia som bygger upp vår upplevelse av verkligheten. Allt levande i universum skulle i så fall hämta sina sinnesfärger ur samma målarburk. Tanken liknar Spinozas idé om att universum är uppbyggd av ”monader” med själsliga egenskaper.

Den amerikanske anestesiforskaren Stuart Hameroff läste nyfiket Penrose’s artiklar och de båda inledde ett samarbete. De utvecklade en teori vars grundantagande är att kvantsuperpositionen skulle kunna ske i centrala delar av hjärnans nervsystem. I hjärnans neuroner finns ett nätverk av tunna, ihåliga rör, bara några nanometer breda. De kallas mikrotubuli och ansvarar för att transportera transmittormolekyler till synapserna. De spelar därför troligen en stor roll vid signalöverföringen i hjärnan. Väggarna i mikrotubulirören är uppbyggda av ett protein, tubulin. Tubulin är en dimer, dvs det består av två likadana molekyler. Molekylerna är dipoler och kan inta två grundtillstånd, motsvarande en dators ettor och nollor. Tubulindimererna kan sammankopplas i kvanttillsånd. En koherent koppling av flera sådana tillstånd i mikrotubuli skulle då och då spontant byggas upp i olika delar av hjärnan, involvera fler och fler tubulindimerer, genomföra kvantberäkningar, och sedan kollapsa via en OR-process. Risken för att det koherenta tillståndet ska kollapsa ökar ju större området av sammankopplade tubulindimerer är. Livstiden kan uppskattas ur en lag som härletts ur kvantfysik och relativitetsteori. Men när kollapsen sker, sker den inte helt slumpmässigt. Den påverkas delvis av egenskaperna hos spinnätverken. Vi kan därför bli förvånade av vårt eget handlande ibland. ’Hur kunde jag säga något så dumt?’. Fast det kanske inte var så dumt ändå. Här går skiljelinjen gentemot reduktionisterna. Penrose och Hameroff döper fenomenet till ”orkestrering”. Från teorin om objektiv reduktionism, OR, övergår vi därför till att tala om ”orkestrerad OR”.

En processtid som varar i 25 millisekunder omfattar en kvantsuperposition av mera än 10^10 tubulinmolekyler. Ett medvetet ögonblick skulle kunna omfatta några tusen neuroner och en medveten tanke skulle uppstå i en ström av OR händelser. Pga tidsirreversibiliteten i en kollapsad kvantsuperposition skulle man uppleva en riktning hos tiden. Idén om orkestrerad OR har mött en del motstånd, bl.a. av svensättlingen Max Tegmark. Det anses att hjärnans temperatur med åtföljande elektroniska brus omöjliggör kopplingar av kvanttillstånd över så stora avstånd som i hjärnan. Men Hameroff hävdar att mikrotubulerna har utvecklat skyddande skikt som kan tillåta att de bibehåller sin isolering och undviker en alltför tidig kvantkollaps.

Om medvetande är kopplat till fundamentala egenskaper hos universum, varifrån kom då ursprungligen dessa egenskaper? Den italienska kosmologen Paola Zizzi har en intressant idé om detta. Under det första ögonblicket i universums historia, innan det var mer än 10^-33 sekunder gammalt genomgick rymden en extremt snabb expansion - inflation (inflation är engelskans ord för uppblåsning men ordet har också valts för att skalan i universum tillväxer på ett skenande sätt, ungefär som i en ekonomi med inflation). Strax därefter frigjordes stora mängder energi, partiklar och fotoner skapades och universum övergick till det normala tillstånd vi observerar idag. Zizzi föreslår att universum under inflation befann sig i ett superponerat tillstånd av multipla, alternativa världar. I slutet av inflation når superpositionen tröskeln för självkollaps (Penrose’s OR) och övergår globalt sett till ett enda universum. Filosofen David Chalmers har utformat ett teorem som säger att fysiska system, med samma typ av organisation ger samma sorts medvetna upplevelse. Zizzi visar att antalet superponerade kvanttillstånd inom det överblickbara universum i slutet av inflation kan jämföras med det som enligt Penrose och Hameroff föregår ett medvetet ögonblick i vår hjärna. Det skulle innebära att hela universum vid slutet av inflation blev medvetet, besjälat, i en plötslig aha-upplevelse kallad ”The Big WOW”. Därvid skulle universum i princip ha möjlighet att göra ett val om vilka strukturer det vill prioritera att bygga upp, tex genom att välja värden på vissa naturkonstanter.

Vi som naturvetare hävdar idogt att ett vetenskapligt grundkrav är att kunna göra förutsägelser som kan testas med observationer. Men samtidigt tycker förmodligen de flesta att de har en fri vilja, dvs att man accepterar att en händelse kan inträffa som inte är förutsägbar. Hur går det ihop? Om den fria viljan är kopplad till medvetande och medvetandet till spinnätverken kanske den fria viljan egentligen till viss del är ett uttryck för de qualia som nätverken genererar. Universella etiska och estetiska normer finns där på samma sätt som att partiklars massor och laddningar har sina speciella värden. Är det därför vi tycker universum är så vackert fast det egentligen är så fasansfullt därute? Är det därför variationerna i ljuset runt galaxernas svarta hål liknar variationerna i musik skapad av människor? Kanske kan man se spinnätverkens egenskaper som en manual för hur universum vill se sig utvecklas. Kanske är vissa situationer särskilt gynnsamma för att vi ska kunna läsa av manualen. T.ex. när vi står i duschen eller när vi lyssnar till musik. Då vet vi plötsligt vad vi ska göra och vågar ta risker.

Men Penrose-Hameroffs infallsvinkel skulle utvecklingen av universums strukturer, från mikrober till galaxhopar, vara mer eller mindre beroende av den information som finns inskriven i rumtidens minsta skrymslen. Den teoretiske fysikern Lee Smolin har gått ännu längre och spekulerar i om hela universum kan vara inblandat i en darwinistisk utveckingsprocess. Han tänker sig att universum ynglar av sig i nya "babyuniversa" via kollapsande svarta hål och argumenterar för att dessa universa har lite annorlunda värden på naturkonstanterna. De som har värden som är mest gynnsamma för att bilda många nya svarta hål vinner. Kanske även spinnätverkens egenskaper ändras så att nya universa har en annan etik som gör att de organismer som utvecklas i dessa universa gör andra val än vi, val som är mera gynnsamma för strukturer att utvecklas som blir hejare på att producera svarta hål? Var ska det sluta?

Hälften av innehållet i dessa modeller för medvetandets natur är fortfarande metafysik men troligen inte helt ointressant. Vissa forskare har dock bestämt sig för att det är rena tramset. En koppling mellan den mänskliga hjärnan och universums fundamenta? Det låter alltför knäppt tycker medicine doktorn och fysikern Jeffrey Satinover. I sin bok The quantum Brain² säger han tvärsäkert att ”More powerfully than has any prior scientific discovery, the unlocking of the brain seems to confirm the scientists’ hypothesis that everything – the mind of man included – is machine.” I en radiointervju publicerad på NARTH hemsida säger han att ”... in the end we’re merely a gigantic collection of molecules bumping around in a stochastic universe.” Detta är ord och inga visor men så är han också en beundrare av järnladyn Margaret Thatcher. En annan Margaret, min kollega Margaret Geller, en av de kosmiska strukturernas outtröttliga uttolkare, är inte heller glad. Är det verkligen möjligt att universums hypotetiska medvetande skulle ha en funktion som påverkar utvecklingen av de kosmiska strukturerna? Hon säger ”Why should [the universe] have a point? What point? It’s just a physical system, what point is there?” Ibland kan man bli litet livrädd, som min dotterson uttryckte det. Då kan det pigga upp med en Beethovensonat. Kanske var det qualia som Ludvig jagade när han sade: ”Ni frågar mej varifrån jag får mina ideer? Det är svårt att beskriva. De kommer oinbjudna, direkt, indirekt – jag skulle kunna gripa dem ur tomma intet med mina händer; i skogen; när jag är ute och går; i nattens stillhet; tidigt på morgonen; inspirerade av stämningar som översätts av en poet till ord och av mej till toner – ljud och larm och storm omkring mej tills jag har fått ned dem till noter”³.

 

Noter
1. Hoyle, F., 1957, ”The black cloud”, Harper, New York
2. Statinover, J., 2001, ”The quantum brain”, John Wiley&Sons , Inc.
3. Thayer, A., 1934, ”The Life of Ludwig van Beethoven”, Vol.III. The Beethoven Association, New York.

Bilder:
Överst n4921
I mitten Timglasnebulossan
Nederst Djävulsmasken

Artikeln är från Hjärnstorm 85-86 tema: Kosmos

Nils Bergvall

Publicerad: 2005-10-14

Köp Hjärnstorm
Läs mer om Hjärnstorm i katalogen
Fler artiklar knutna till Hjärnstorm
Fler tidskrifter i kategori ALLMÄNNA
Fler tidskrifter i kategori KONST & DESIGN