نوشته

تنها یک اشاره محض به "ذهن کوانتومی" موجب میشود که بیشتر فیزیکدانها خود را عقب بکشند گویی که این واژه یادآور نوعی عرفان مبهم و بیمزه متفکرنمایان است. اما اگر یک فرضیه جدید ثابت شود که درست میباشد، اثرات کوانتومی ممکن است براستی در ادراک انسانها نقش داشته باشند.

ماتیو فیشر، فیزیکدان دانشگاه کالیفرنیا در سانتا باربارا مقاله ای در "سالنامه فیزیک" منتشر کرده است که پیشنهاد میکند که چرخشهای هسته ای در اتمهای فسفری میتواند همانند کیوبیت های ابتدایی در مغز انجام وظیفه کند (کیوبیت ذره یا bit کوانتومی اطلاعات میباشد) و این پدیده مغز را قادر میسازد که همانند یک کامپیوتر کوانتومی عمل کند.

تا همین ده سال قبل نیز فرضیه فیشر با بی اعتنائی روبرو میشد. در گذشته برخی فیزیکدانها برای چیزهایی از این قبیل به آتش کشیده شده اند. بطور ویژه در سال 1989، هنگامی که راجر پنروز پیشنهاد کرد که ساختار پروتئینی اسرار آمیزی که ریزلوله (میکروتوبول) خوانده میشود با بهره گیری از اثرات کوانتومی در شکل گیری آگاهی در انسانها نقش دارد، تعداد بسیار اندکی از محققان باور کردند که چنین فرضیه ای ممکن است صحت داشته باشد. پاتریشیا چرچلند از دانشگاه کالیفرنیا در سن دیه گو در اظهار نظری بیاد ماندنی گفت : کم مانده است که بعضی بگویند که غبار پری جادویی در سیناپس ها نیز آگاهی انسانها را توضیح میدهد.

فرضیه فیشر نیز با همان مانع ترسناکی روبرو است که ایده ریزلوله ها را به زانو درآورد: ناوابستگی کوانتومی. برای ساختن یک کامپیوتر کوانتومی لازم است کیوبیتها را طی فرایندی که درهم تنیدگی خوانده میشود به یکدیگر وصل کنید. اما درهم تنیدگی کیوبتها پیوندی بسیار شکننده است و باید بدقت از هر گونه نویز و اغتشاش محیط اطراف حفاظت شود. کافی است که یک فوتون به کیوبیت برخورد کند تا درهم تنیدگی تمام سیستم از دست برود. حفظ پردازش کوانتومی حتی در محیط کنترل شده آزمایشگاه نیز بسیار سخت است تا چه برسد به بیولوژی پیچیده، گرم و مرطوب مغز انسان که در آن حفظ وابستگی کوانتومی برای مدت طولانی تقریبا غیر ممکن است.

اما در طی دهه گذشته شواهد فزاینده ای بدست آمده که برخی سیستمهای بیولوژیک، مکانیک کوانتوم را به خدمت گرفته اند. به عنوان مثال در فوتوسنتز اثرات کوانتومی به گیاه کمک میکند تا نور خورشید را به سوخت تبدیل کند. دانشمندان حتی پیشنهاد کرده اند که پرندگان نیز نوعی جهت یاب کوانتومی دارند که آنها را قادر میسازد از میدان مغناطیسی زمین برای یافتن مسیر استفاده کنند. حتی حس بویایی انسان نیز ممکن است ریشه در مکانیک کوانتوم داشته باشد.

فیشر فرضیه ای پیچیده را بسط داده است که شامل فیزیک هسته ای، کوانتوم، شیمی آلی، عصب شناسی و زیست شناسی است. وی سالها قبل دریافت که موشهای ماده ای که در دوران حاملگی ایزوتوپ لیتیوم6 را دریافت کرده اند در مقایسه با موشهایی که ایزوتوپ لیتیوم7 را دریافت کرده اند و یا حتی گروه مبنا که هیچ ایزوتوپی دریافت نکرده اند رفتار مادرانه بسیار قویتری در مقابل فرزندان خود نشان میدهند. از آنجا که ساختار شیمیایی این دو ایزوتوپ بسیار مشابه است، فیشر تصور کرد که علت تفاوت در نتایج بدست آمده میتواند به اسپین هسته ای مربوط باشد. هر چه اسپین کمتر باشد، هسته با میدانهای الکتریکی و مغناطیسی کمتر برهمکنش انجام میدهد و وابستگی کوانتومی را برای زمان طولانی تری حفظ میکند.

 از آنجا که تعداد نوترونها در هسته لیتیوم 6 و 7 متفاوت است، اسپین آنها نیز متفاوت میباشد و در نتیجه لیتیوم6 برای مدت طولانی تری در مقایسه با لیتیوم7 وابسته باقی میماند. این برای فیشر ایده وسوسه کننده ای بود که ممکن است براستی فرایندهای کوانتومی در عملکرد مغز نقش داشته باشند.

در طی پنج سال تحقیق، فیشر توانست تنها یک کاندیدای معتبر برای ذخیره سازی اطلاعات کوانتومی در مغز پیدا کند: اتمهای فسفری، که تنها عنصر بیولوژیکی معمول بغیر از هیدروژن میباشند که اسپین آنها نیم میباشد. اسپینی آنقدر کوچک که اجازه میدهد وابستگی کوانتومی برای زمانی طولانی حفظ شود. البته اتمهای فسفر به اندازه کافی پایدار نیستند اما در پیوند با یون کلسیم پایداری آن بقدر کافی افزایش میابد.

فرایند پیشنهادی توسط فیشر با یک ترکیب شیمیایی آغاز میگردد که پایروفسفات خوانده میشود که از پیوند دو فسفات بدست آمده است. برهمکنش بین اسپین فسفاتها آنها را درهم تنیده میکند. در مرحله بعد، آنزیم به دو یون فسفات آزاد تقسیم میشود که در حین دور شدن از یکدیگر درهم تنیدگی خود را کماکان حفظ میکنند. به این ترتیب، درهم تنیدگی میتواند حتی در فواصل طولانی در مغز پخش شود که بر آزاد شدن نورو ترانزمیترها و شلیک سیناپس ها بین یاخته های عصبی اثر میگذارد.