آیا فیزیک کوانتوم می‌تواند از اسرار رفتار انسان پرده بردارد؟

رفتار انسان معمایی است که توجه بسیاری از دانشمندان را به خود جلب کرده است. بحث زیادی بر سر نقش احتمالات در توصیف چگونگی عملکرد ذهن وجود دارد. احتمالات، چارچوبی ریاضی برای نمایش احتمال وقوع یک پیشامد است و در بسیاری از موقعیت‌های روزمره کاربرد دارد. برای مثال می‌تواند خروجی پرتاب یک سکه را به‌صورت ۱/۲ یا ۵۰ درصد توصیف کند؛ زیرا پرتاب روی شیر یا خط هر دو احتمال برابری دارند.

با این‌حال پژوهش‌ها نشان می‌دهند رفتار انسان را نمی‌توان با قوانین کلاسیک یا قدیمی احتمالات توصیف کرد؛ اما آیا می‌توان آن را با عملکرد احتمال در دنیای اسرارآمیز مکانیک کوانتوم تعریف کرد؟

احتمالات ریاضی یکی از مؤلفه‌های محوری مکانیک کوانتوم به شمار می‌رود؛ شاخه‌ای از فیزیک که چگونگی رفتار طبیعت در مقیاس اتم‌ها یا ذرات زیراتمی را توصیف می‌کند. با این‌حال در دنیای کوانتوم، احتمالات تابع قوانین بسیار متفاوتی هستند.

اکتشافات دو دهه‌ی گذشته نقش محوری «کوانتومی بودن» در شناخت انسان به‌ویژه چگونگی پردازش اطلاعات در مغز برای رسیدن به درک و دانش را پررنگ کرده است. این یافته‌ها مفاهیم بالقوه‌ای را برای توسعه‌ی هوش مصنوعی (AI) به دنبال دارند.

دنیل کاهنمان، برنده‌ی جایزه‌ی نوبل و دیگر دانشمندان شناختی پروژه‌ای را با موضوع «بی‌منطقی» رفتار انسان آغاز کرده‌اند. از دیدگاه ریاضی، وقتی الگوهای رفتاری کاملا تابع نظریه‌ی احتمال کلاسیک نباشند، «بی‌منطق» یا «گنگ» درنظر گرفته می‌شوند.

برای مثال بر اساس یک پژوهش، اغلب دانش‌آموزانی که در امتحان پایان ترم قبول می‌شوند، به دنبال رفتن به تعطیلات هستند. با این‌حال اغلب دانش‌آموزان مردودی هم به تعطیلات می‌روند. اگر دانش‌آموزی از نتیجه‌ی امتحان اطلاع نداشته باشد، نظریه‌ی احتمال کلاسیک رفتن به تعطیلات را پیش‌بینی می‌کند، زیرا در صورت رد شدن یا قبولی بهترین گزینه است. با این‌حال بر اساس آزمایش، اغلب دانش‌آموزان ترجیح می‌دهند در صورت بی‌اطلاعی از نتیجه به تعطیلات نروند.

در احتمال کلاسیک وقتی یک توالی از پرسش‌ها مطرح شوند، پاسخ‌ها به ترتیب پرسش‌ها وابسته نیستند؛ اما در فیزیک کوانتومی، پاسخ‌‌ها وابستگی بالایی به ترتیب سؤال‌ها دارند. یک نمونه، اندازه‌گیری اسپین الکترون در دو جهت مختلف است. اگر در ابتدا اسپین را در جهت افقی و سپس در جهت عمودی اندازه‌گیری کنید، به یک خروجی می‌رسید.

بنابراین خروجی‌ها با معکوس شدن ترتیب، متفاوت خواهند بود. به‌طور کلی اندازه‌گیری خاصیت یک سیستم کوانتومی می‌تواند بر شیء اندازه‌گیری‌شده و در نهایت بر خروجی آزمایش‌های بعدی تأثیر بگذارد.

وابستگی به ترتیب را می‌توان در رفتار انسان هم مشاهده کرد. برای مثال بر اساس پژوهشی که ۲۰ سال پیش درباره‌ی آثار ترتیب سؤال بر پاسخ‌ها منتشر شد، از سوژه‌ها پرسیده شد فکر می‌کنند رئیس جمهور قبلی آمریکا، بیل کلینتون فردی صادق بوده است یا خیر. سپس درباره‌ی معاون او ال گور پرسیدند.

وقتی پرسش‌ها به این ترتیب منتقل شدند، به ترتیب ۵۰ و ۶۰ درصد از پاسخگویان پاسخ دادند که این افراد صادق بودند؛ اما وقتی پژوهشگرها در ابتدا درباره‌ی گور و سپس درباره‌ی کلینتون پرسیدند، به ترتیب ۶۸ و ۶۰ درصد پاسخ دادند که این افراد صداقت دارند.

در مقیاس روزمره، به نظر می‌رسد رفتار انسان پایدار نیست زیرا اغلب اوقات قوانین نظریه‌ی احتمال کلاسیک را نقض می‌کند. با این‌حال به نظر می‌رسد این رفتار با چگونگی عملکرد احتمالات در مکانیک کوانتوم سازگار است.

مشاهداتی از این دست باعث شدند جروم بوسمیر، دانشمند شناختی و بسیاری از افراد دیگر، به این نتیجه برسند که مکانیک کوانتوم می‌تواند رفتار انسان را به شیوه‌ای سازگارتر توصیف کند. بر اساس این فرضیه‌ی شگفت‌انگیز، پژوهش جدیدی به نام «شناخت کوانتومی» در حوزه‌ی علوم شناختی به وجود آمده است.

چگونه قوانین کوانتومی، فرآیندهای فکری را دیکته می‌کنند؟ آیا مغز ما مانند یک کامپیوتر کوانتومی عمل می‌کند؟ هیچ‌کس هنوز پاسخ را نمی‌داند، اما داده‌های تجربی نشان می‌دهند افکار ما تابع قوانین کوانتومی هستند.

به موازات پیشرفت‌های شگفت‌انگیز علمی در طول دو دهه‌ی گذشته، دورج سی. برادی، استاد ریاضی دانشگاه سوری، چارچوبی را برای مدلسازی یا شبیه‌سازی تغییرات رفتار شناختی افراد در حین جذب اطلاعات پرهمهمه‌ی دنیای بیرون ایجاد کرده است.

برادی متوجه شد که روش‌های ریاضی توسعه‌یافته برای مدلسازی دنیای کوانتومی را می‌توان برای مدلسازی چگونگی پردازش اطلاعات شلوغ در مغز انسان به کار برد. این اصول را در مرحله‌ی بعد می‌توان بر دیگر رفتارهای زیستی اعمال کرد. برای مثال گیاهان سبز توانایی قابل توجهی در استخراج و تحلیل اطلاعات شیمیایی از محیط اطراف خود دارند تا به این ترتیب با تغییرات سازگار شوند.

بر اساس تخمین‌ها و آزمایش جدید برودی درباره‌ی گیاهان لوبیایی رایج، این گیاهان می‌توانند اطلاعات خارجی را به شکلی بهینه‌تر از بهترین‌ کامپیوترهای امروزی پردازش کنند. در این ساختار، بهینگی به این معنی است که گیاه به شکلی پیوسته می‌تواند عدم قطعیت محیط خارجی خود را تا بیشترین حد ممکن کاهش دهد. برای مثال قابلیت بهینه می‌تواند شامل آشکارسازی آسان جهت ورود نور باشد به گونه‌ای که گیاه به سمت نور رشد کند. پردازش بهینه‌ی اطلاعات توسط یک موجود زنده رابطه‌ی مستقیمی با ذخیره‌سازی انرژی دارد که برای بقای آن مهم است.

قوانین مشابه را می‌توان بر مغز انسان به‌ویژه چگونگی تغییرات ذهن هنگام آشکارسازی سیگنال‌های بیرونی اعمال کرد. تمام این موارد برای مسیر فعلی پیشرفت فناوری اهمیت دارند. اگر بتوان رفتار انسان را بر اساس عملکرد احتمالات در مکانیک کوانتوم توصیف کرد، برای انعکاس رفتار انسان در ماشین‌ها، سیستم‌های هوش مصنوعی باید تابع قوانین کوانتومی باشند نه قوانین کلاسیک. به این ایده، هوش کوانتومی مصنوعی (AQI) گفته می‌شود و پژوهش‌های زیادی برای توسعه‌ی کاربردهای عملی از چنین ایده‌ای نیاز است. AQI شاید بتواند در ساخت سیستم‌های هوش مصنوعی که مانند یک انسان واقعی عمل می‌کنند، کمک‌کننده باشد.