شناخت کوانتومی؛ وقتی مکانیک کوانتوم به‌کمک پیش بینی رفتار انسان می‌آید

فیزیک کوانتوم تاکنون گزاره‌‌های منطقی پیچیده‌‌ و غیرقابل‌‌هضم زیادی را پیش روی فیزیکدانان گذاشته است؛ از سال ۱۹۳۵ که مثال مشهور «گربه‌‌ی شرودینگر» مسئله‌‌ی زندگی یا مرگ یک گربه را درون جعبه‌‌ای دربسته در قالب یک معمای عجیب در دنیای مکانیک کوانتوم مطرح کرد، تا کشفیات دهه‌‌ی اخیر در حوزه‌‌ی درهم‌‌تنیدگی کوانتومی که امکان تبادل اطلاعات میان دو ذره‌ را در فواصل کیهانی تشریح می‌‌کند. اما شگفتی‌‌های فیزیک کوانتوم نقطه‌ی پایانی ندارد؛ پژوهشگران امروزه از کاربرد این علم در یکی از پیچیده‌‌ترین مباحث بشری یعنی «رفتار انسان» سخن می‌‌گویند.

به‌‌نظر می‌رسد که فیزیک کوانتوم و روان‌‌شناسی بشر دو حوزه‌‌ی کاملا بی‌‌ربط باشند؛ اما دانشمندان تصور می‌کنند این دو حوزه در برخی موارد همپوشانی‌‌های شگفت‌‌انگیزی از خود نشان می‌‌دهند. در وهله‌‌ی اول، باید گفت پژوهشگران این دو حوزه‌‌ی هر دو در تلاش هستند تا روشی برای پیش‌‌بینی رفتار سیستم‌‌های آشفته و نامنظم بیابند. تفاوت در این است که فیزیک کوانتوم روی درک طبیعت بنیادین ذرات فیزیکی تمرکز دارد؛ درحالی‌که روان‌‌شناسی می‌‌کوشد طبیعت بشر را (با تمامی سفسطه‌‌ها و استدلال‌‌های نادرست درون آن) درک کند. ژیائوچو ژانگ، زیست‌‌شناس و عصب‌شناس دانشگاه علم و فناوری هفئی چین در مصاحبه‌‌ای با Live Science چنین می‌‌گوید:

دانشمندان علوم شناختی متوجه وجود تعداد زیادی از رفتارهای «غیرمنطقی» در بشر شده‌‌اند. نظریه‌‌های کلاسیک تصمیم‌‌گیری تلاش دارند با اعمال پارامترهایی مشخص، گزینه‌‌های پیش‌‌رو در تصمیم‌‌گیری یک فرد را پیش‌‌بینی کنند. اما بشر جایزالخطا همواره مطابق انتظارات رفتار نمی‌‌کند. پژوهش اخیر می‌‌گوید این لغزش‌‌ها در منطق می‌‌تواند باکمک نظریه‌‌ی احتمال کوانتوم توضیح داده شود.

ژانگ ازجمله هواداران علمی نوظهور است که از آن با نام «شناخت کوانتومی» یاد می‌‌شود. در مقاله‌‌ی تازه‌‌ای که مورخ ۲۰ ژانویه‌‌ی ۲۰۲۰ در ژورنال علمی Nature Human Behavior منتشر شد، ژانگ و همکارانش بررسی کرده‌‌اند که چگونه مفاهیم مورد استفاده در مکانیک کوانتوم می‌‌تواند به روان‌‌شناسان در پیش‌‌بینی بهتر سازوکار تصمیم‌‌گیری در انسان کمک کند. در این پژوهش، حین بررسی تصمیم‌‌گیری‌‌های شرکت‌‌کنندگان در یک آزمون شناخته‌‌شده‌‌ی روان‌‌شناسی، فعالیت مغزی آن‌‌ها رصد شد. نتایج اسکن مغزی نشان داد که کدامیک از نواحی مغز ممکن است درگیر فرایندهای تفکر کوانتومی باشند. ژانگ می‌‌گوید این اولین‌بار است که یک مطالعه به ایده‌‌ی شناخت کوانتومی در سطح عصبی می‌‌پردازد. حال پرسش این است که مطالعه‌‌ی اخیر دقیقا چه‌‌چیزی به ما می‌‌گوید؟

عدم قطعیت

مکانیک کوانتوم به توضیح رفتار ذرات بسیار کوچکی می‌‌پردازد که درواقع اجزای تشکیل‌‌دهنده‌‌ی جهان اطراف ما هستند. این ذرات شامل تمامی اتم‌‌ها و اجزای زیراتمی است. یکی از مفاهیم محوری در این نظریه چنین می‌‌گوید که برخلاف آنچه در مقیاس‌‌های بزرگ‌تر می‌‌بینیم، در دنیای ذرات زیراتمی آشکارا نوعی عدم‌‌قطعیت به‌‌چشم می‌‌خورد. برای نمونه، ما در دنیای خود می‌‌توانیم با صراحت بگوییم که  یک قطار در کدام نقطه از مسیر خود قرار گرفته و با چه سرعتی در حال حرکت است و براساس همین داده‌‌ها، متعاقبا می‌‌توانیم پیش‌‌بینی کنیم که این قطار چه زمانی به ایستگاه بعدی خود خواهد رسید.

این عدم قطعیت نه‌‌تنها دنیای ذرات زیراتمی ما را زیر سلطه‌‌ی خود گرفته، بلکه در فرایند تصمیم‌‌گیری نیز نفوذ پیدا کرده است؛ خواه این تصمیم‌‌گیری درمورد سریال جدیدی باشد که قصد تماشای آن را دارید یا مربوط به انتخاب یک نامزد انتخابات ریاست جمهوری باشد که قصد دارید به او رای بدهید. اینجا است که مکانیک کوانتوم وارد عمل می‌‌شود. برخلاف نظریه‌‌های کلاسیک تصمیم‌‌گیری، دنیای کوانتومی اجازه‌‌ی دخالت مقادیری از عدم قطعیت را فراهم خواهد کرد.

نظریات کلاسیک روانشناسی براساس این ایده شکل گرفته‌‌اند که منطق تصمیم‌‌گیری افراد برمبنای بیشینه‌‌سازی پاداش‌‌ها و کمینه‌‌سازی تنبیه‌‌ها خواهد بود. به بیان دیگر، افراد به‌‌شکلی تصمیم‌‌گیری می‌‌کنند که دستاوردهای مثبت ناشی از آن بیش‌‌تر از نتایج منفی حاصله باشد. این منطق که با نام «یادگیری تقویتی» شناخته می‌شود، در انطباق با قضیه‌ی شرطی‌شدن پاولوویان (یا شرطی‌سازی کلاسیک) است. بنابر نتایج گزارشی که در سال ۲۰۱۹ در ژورنال علمی Mathematical Psychology آمده است، افراد به‌گونه‌ای آموزش می‌بینند که عواقب اعمال فعلی خود را براساس تجربیات گذشته پیش‌بینی کنند. در این چارچوب فکری، مردم پیش از تصمیم‌گیری میان دو گزینه، ارزش‌های عینی آن‌ها را می‌سنجند. اما در واقعیت، مردم همواره این‌گونه رفتار نمی‌کنند؛ چراکه احساسات درونی افراد در یک وضعیت، توانایی آن‌ها را در تصمیم‌گیری منطقی تحت شعاع قرار می‌دهد.

وقتی نتیجه‌­ی پرتاب یک سکه هم‌زمان شیر و خط باشد

این مثال را درنظر بگیرید:

فرض کنید بخواهید روی شیر یا خط آمدن یک سکه شرط‌بندی کنید؛ اگر نتیجه شیر باشد، ۲۰۰ دلار به‌دست خواهید آورد و درصورتی‌که خط بیاید، ۱۰۰ دلار از دست می‌دهید. شرایط شرط‌بندی به‌گونه‌ای است که تنها دو بار می‌توانید شانس خود را امتحان کنید. نتایج مطالعه‌ای که در سال ۱۹۹۲ در ژورنال علمی Cognitive Psychology منتشر شد، نشان می‌دهد با طرح چنین سناریویی، بیشتر مردم ترجیح می‌دهند (صرف‌نظر از نتیجه‌ی شرط‌بندی اول) شانس خود را دوبار امتحان کنند. علت چنین رفتاری آن است که برندگان دور اول شرط‌بندی گمان می‌کنند که حتی درصورت شکست در بار دوم باز هم با ۱۰۰ دلار به خانه خواهند رفت. درحالی‌که، بازندگان دور اول با هدف جبران مافات اقدام به شرکت در دور دوم خواهند کرد. اما موضوع عجیب در این میان آن است که اگر به شرکت‌کنندگان گفته نشود که نتیجه‌ی شرط‌بندی دور اول چه بوده است، به‌ندرت حاضر خواهند شد برای بار دوم قمار کنند.

این نوع پارادوکس را نمی‌توان با اصول یادگیری تقویتی کلاسیک توجیه کرد؛ چرا که بنابر نظریه‌ی کلاسیک، انتخاب‌های منطقی باید همواره یکسان باشند. برخلاف نظریه‌ی کلاسیک، مکانیک کوانتوم می‌تواند عدم‌قطعیت را وارد محاسبات فعلی کند و نتایج غیرعادی را نیز پیش‌بینی کند. امانوئل هون و اندرو خرنیکوف، از مؤلفان کتاب «علم کوانتوم اجتماعی» در مصاحبه با Live Science می‌گویند:

می‌توان گفت مدل تصمیم‌گیری کوانتوم‌محور به استفاده از احتمال کوانتومی در حوزه‌ی شناخت اشاره دارد.

همان‌طور که بنابر قوانین مکانیک کوانتوم، یک الکترون ممکن است در لحظه‌ای خاص در اینجا یا جای دیگر حضور داشته باشد؛ به‌طور مشابه می‌توان فرض کرد که نتیجه‌ی پرتاب سکه در بار اول، هم شیر است و هم خط (یا به‌عبارت دیگر، مطابق آزمایش مشهور شرودینگر، گربه‌ی درون جعبه هم زنده‌ است و هم مرده). در این وضعیت مبهم که با نام «برهم‌نهی» شناخته می‌شود،  انتخاب نهایی افراد ناشناخته و پیش‌بینی‌ناپذیر است. مکانیک کوانتوم همچنین تصدیق می‌کند که عقاید مردم درمورد نتیجه‌ی یک تصمیم (خواه این عقیده مثبت باشد یا منفی)، اغلب درنتیجه‌ی نهایی انتخاب آن‌ها منعکس می‌شود. در چنین وضعیتی، می‌توان گفت عقاید افراد با عمل نهایی آن‌ها وارد نوعی برهم‌کنش یا درهم‌تنیدگی خواهد شد.

درهم‌تنیدگی مفهومی نام‌آشنا در علم کوانتوم است. امروزه ما می‌دانیم ذرات زیراتمی می‌توانند با یکدیگر درهم‌تنیده شوند و حتی در فواصل بسیار دور نیز روی رفتار یکدیگر اثر بگذارند. برای مثال، سنجش رفتار یک ذره‌ی واقع در کشور ژاپن می‌تواند روی رفتار ذره‌ی درهم‌تنیده‌شده با آن در ایالات متحده اثر بگذارد. در روان‌شناسی نیز می‌توان رفتاری مشابه با درهم‌تنیدگی را میان دو مفهوم «عقاید» و «رفتارها» مشاهده کرد. به‌تعبیر هون و خرنیکوف، همین تعامل و حالت درهم‌تنیدگی است که می‌تواند روی نتایج اندازه‌گیری اثرگذار باشد. در این مورد خاص، نتایج اندازه‌گیری به انتخاب نهایی افراد اشاره دارد. دانشمندان می‌گویند این انتخاب‌ها می‌توانند باکمک احتمال کوانتومی به‌دقت فرمول‌بندی شوند.

بنابر نتایج مطالعه‌ی منتشرشده ازسوی اتحادیه‌ی پیشرفت هوش مصنوعی در سال ۲۰۰۷، دانشمندان موفق شده‌اند این حالت از درهم‌تنیدگی و برهم‌نهی میان دو ذره واقع در فواصل دور را به‌صورت ریاضیاتی مدل‌سازی کنند. نکته‌ی قابل‌توجه اینکه فرمول نهایی آن‌ها توانسته نتایج متناقض برآمده از آزمایش روان‌شناسی شیر یا خط را نیز به‌دقت پیش‌بینی کند. هون و خرنیکوف اظهار می‌کنند که «باکمک شیوه‌های کوانتومی می‌توان این لغزش‌های منطقی را بهتر توضیح داد».

شرط‌بندی روی کوانتوم

ژانگ و همکارانش در مطالعه‌ی تازه‌ی خود به مقایسه‌‌ی دو مدل از  تصمیم‌‌گیری کوانتومی با ۱۲ مدل روان‌‌شناسی کلاسیک پرداخته‌اند تا ببینند کدامیک از این مدل‌‌ها می‌‌توانند رفتار انسان را در خلال یک آزمایش روان‌‌شناسی پیش‌‌بینی کنند. این آزمایش که با نام (Iowa gambling task (IGT شناخته می‌‌شود، باهدف ارزیابی توانایی افراد در یادگیری از اشتباهات و بهبود استراتژی تصمیم‌‌گیری‌‌هایشان طراحی شده است.

از شرکت‌‌کنندگان در آزمایش اخیر خواسته شد کارتی را از میان یک دسته ورق انتخاب کنند. این انتخاب بسته‌‌به نوع کارت انتخاب‌‌شده می‌‌توانست برای بازیکن جایزه‌‌ی نقدی به‌‌همراه داشته باشد یا اینکه او را مشمول جریمه‌‌ کند. هدف از بازی آن بود که بازیکن بیش‌‌ترین پول ممکن را ببرد. بازی به‌‌گونه‌‌ای بود که انتخاب کارت از میان برخی از دسته کارت‌‌های خاص می‌‌توانست منجر به برد مقادیر زیادی پول در کوتاه‌‌مدت شود؛ اما بازیکن به‌‌مرور تا انتهای بازی مقادیری بیش‌‌تری از آنچه ابتدا به‌‌دست آورده بود، از دست ‌‌می‌‌داد. اما اگر بازیکن از میان گروه دیگری از دسته کارت‌‌ها دست به انتخاب می‌‌زد، مقادیر کم‌‌تری پول در کوتاه‌‌مدت می‌‌بُرد؛ ولی در انتها مجموع جرائم پرداختی نیز کم‌‌تر بود. در جریان بازی، برندگان به‌‌مرور یاد می‌‌گرفتند تا بیش‌‌تر از میان دسته‌‌ کارت‌‌های «آهسته ولی پیوسته» انتخاب کنند؛ درحالی‌که بازندگان تلاش داشتند با انتخاب از میان دسته‌‌های پرسود، مقادیر بیش‌‌تری پول به‌‌دست آورند ولی هر بار با جرائم بیش‌‌تری مواجه می‌‌شدند.

گرچه مدل‌‌های کوانتومی نتوانستند عملکردی کاملا برتر نسبت‌‌به مدل‌‌های کلاسیک از خود نشان دهند؛ اما باید توجه داشت که چارچوب یادگیری تقویتی کوانتومی هنوز علمی نوپا به‌‌شمار می‌‌آید و ارزش انجام مطالعات بیش‌‌تر را خواهد داشت.

 پژوهشگران برای بهبود نتایج مطالعه‌‌ی یادشده تصمیم گرفتند تصویری از اسکن مغزی شرکت‌‌کنندگان در حین انجام بازی تهیه کنند. هدف آنان این بود که دریابند در فرایند یادگیری استراتژی این بازی خاص، دقیقا چه‌‌ چیزی در ذهن بازیکنان می‌‌گذرد. خروجی مدل‌‌های کوانتومی پیش‌‌بینی کردند که سازوکار یادگیری در ذهن افراد چگونه است و درنتیجه، پژوهشگران این نظریه را مطرح کردند که آن بخش از مناطق مغز که در اسکن‌‌ها بیش‌‌ترین فعالیت را نشان می‌‌دهند، باید به‌‌نحوی با پیش‌‌بینی این مدل‌‌ها در ارتباط باشد.

با این حال، پژوهشگران یادآور شده‌‌اند که نیاز است تحقیقات بیش‌‌تری انجام شود تا دریابیم علت واقعی تفاوت در فعالیت‌‌های مغزی دو گروه از افراد سیگاری و غیرسیگاری چیست. هون و خرنیکوف در مقاله‌‌ی خود می‌‌گویند:

تجانس میان مدل‌‌های شبه‌‌کوانتومی و فرایندهای نئروفیزیولوژیک در مغز مسئله‌‌ای بسیار پیچیده است. مطالعه‌‌ی اخیر به‌‌عنوان اولین گام در حل این مسئله از اهمیت بالایی برخوردار است.

ژانگ معتقد است که مدل‌‌های یادگیری تقویتی کلاسیک توانسته‌‌اند موفقیت‌های بسیاری را در حوزه‌‌های مطالعاتی ناهنجاری‌‌های احساسی و روان‌‌‌‌پزشکی، رفتارهای اجتماعی، آزادی اراده و بسیاری از توابع شناختی دیگر رقم بزنند. او می‌‌افزاید: «امیدواریم یادگیری تقویتی کوانتومی نیز بتواند با ورود موفق به این عرصه‌‌ها، بینش‌‌های منحصر به‌‌فردی را ایجاد کند». تا آن زمان، شاید مکانیک کوانتومی بتواند به توضیح بخشی از ضعف‌‌های موجود در منطق بشری و نیز خطاپذیری در سطح نورون‌‌های منفرد کمک کند.