Den samme grundlæggende platform, som gør det muligt for Schrödingers kat at være både levende og død, og betyder også, at to partikler kan "tale med hinanden" selv på tværs af en galakas afstand, kan hjælpe med at forklare de mest mystiske fænomener: menneskelig adfærd.
Kvantefysik og menneskelig psykologi kan virke helt uden tilknytning, men nogle forskere mener, at de to felter overlapper hinanden på interessante måder. Begge discipliner forsøger at forudsige, hvordan ustyrlige systemer kan opføre sig i fremtiden. Forskellen er, at det ene felt sigter mod at forstå den grundlæggende natur af fysiske partikler, mens det andet forsøger at forklare human naturen - sammen med dens iboende forfalskninger.
"Kognitive forskere fandt, at der er mange 'irrationelle' menneskelige adfærd," fortalte Xiaochu Zhang, en biofysiker og neurovidenskabsmand ved University of Science and Technology of China i Hefei, Live Science i en e-mail. Klassiske teorier om beslutningstagning forsøger at forudsige, hvilket valg en person vil træffe, givet visse parametre, men falske mennesker opfører sig ikke altid som forventet. Nylig forskning antyder, at disse bortfalder i logik "kan godt forklares med kvantesandsynlighedsteori," sagde Zhang.
Zhang står blandt fortalerne for den såkaldte kvantekognition. I en ny undersøgelse, der blev offentliggjort 20. januar i tidsskriftet Nature Human Behaviour, undersøgte han og hans kolleger, hvordan koncepter, der er lånt fra kvantemekanik, kan hjælpe psykologer med at bedre forudsige menneskelige beslutninger. Mens de registrerede, hvilke beslutninger folk tog om en velkendt psykologiopgave, overvågede teamet også deltagernes hjerneaktivitet. Scanningerne fremhævede specifikke hjerneområder, der kan være involveret i kvantelignende tankeprocesser.
Undersøgelsen er "den første til at understøtte ideen om kvantekognition på det neurale niveau," sagde Zhang.
Cool - hvad betyder det egentlig?
Usikkerhed
Kvantemekanik beskriver opførslen af de små partikler, der udgør alt stof i universet, nemlig atomer og deres subatomære komponenter. Et centralt princip i teorien antyder en stor grad af usikkerhed i denne verden af de meget små, noget der ikke ses i større skalaer. I den store verden kan man for eksempel vide, hvor et tog er på sin rute, og hvor hurtigt det kører, og i betragtning af disse data kunne man forudsige, hvornår dette tog skulle ankomme til den næste station.
Byt nu toget ud for et elektron, og din forudsigelsesevne forsvinder - du kan ikke vide den nøjagtige placering og momentum for et givet elektron, men du kan beregne sandsynligheden for, at partiklen kan vises på et bestemt sted, rejser på et særlig sats. På denne måde kan du få en uklar idé om, hvad elektronet kan være op til.
Ligesom usikkerhed gennemsyrer den subatomære verden, siver den også ind i vores beslutningsproces, uanset om vi diskuterer, hvilke nye serier vi skal overse eller afgive vores stemme i et præsidentvalg. Her er hvor kvantemekanik kommer ind. I modsætning til klassiske teorier om beslutningstagning giver kvanteverden plads til en vis grad af ... usikkerhed.
Klassiske psykologiteorier hviler på ideen om, at mennesker træffer beslutninger for at maksimere "belønninger" og minimere "straffe" - med andre ord for at sikre, at deres handlinger resulterer i mere positive resultater end negative konsekvenser. Denne logik, kendt som "forstærkningslæring", falder i overensstemmelse med Pavlonian-konditionering, hvor folk lærer at forudsige konsekvenserne af deres handlinger baseret på tidligere erfaringer, ifølge en rapport fra 2009 i Journal of Mathematical Psychology.
Hvis de virkelig begrænses af denne ramme, ville mennesker konsekvent veje de objektive værdier for to muligheder, inden de vælger mellem dem. Men i virkeligheden fungerer folk ikke altid på den måde; deres subjektive følelser omkring en situation undergraver deres evne til at tage objektive beslutninger.
Hoved og haler (på samme tid)
Overvej et eksempel:
Forestil dig, at du lægger væddemål på, om en kastet mønt vil lande på hoveder eller haler. Heads får dig $ 200, haler koster dig $ 100, og du kan vælge at smide mønten to gange. Når de placeres i dette scenarie, vælger de fleste at tage spillet to gange, uanset om det indledende kast resulterer i en sejr eller et tab, ifølge en undersøgelse, der blev offentliggjort i 1992 i tidsskriftet Cognitive Psychology. Formodentlig satse vinderne en anden gang, fordi de står for at vinde penge, uanset hvad, mens tabere satser i forsøg på at inddrive deres tab og derefter nogle. Men hvis spillere ikke har lov til at vide resultatet af den første møntflip, får de sjældent det andet spil.
Når det er kendt, svinger den første flip ikke det valg, der følger, men når det er ukendt, gør det hele forskellen. Dette paradoks passer ikke inden for rammerne af klassisk forstærkningslæring, som forudsiger, at det objektive valg altid skal være det samme. I modsætning hertil tager kvantemekanik hensyn til usikkerhed og forudsiger faktisk dette underlige resultat.
"Man kan sige, at den 'kvantebaserede' beslutningstagningsmodel i det væsentlige refererer til brugen af kvantesandsynlighed i området kognition," Emmanuel Haven og Andrei Khrennikov, medforfattere af lærebogen "Quantum Social Science" (Cambridge) University Press, 2013), fortalte Live Science i en e-mail.
Ligesom en bestemt elektron kan være her eller der på et givet tidspunkt, antager kvantemekanikken, at den første møntkast resulterede i både en sejr og et tab, samtidig. (Med andre ord, i det berømte tankeeksperiment er Schrödingers kat både levende og død.) Mens han er fanget i denne tvetydige tilstand, kendt som "superposition", er den enkeltes endelige valg ukendt og uforudsigelig. Kvantemekanik anerkender også, at folks overbevisning om resultatet af en given beslutning - uanset om det vil være godt eller dårligt - ofte afspejler, hvad deres endelige valg ender med at blive. På denne måde interagerer folks tro eller bliver "sammenfiltret" med deres eventuelle handling.
Subatomiske partikler kan på samme måde blive sammenfiltret og påvirke hinandens opførsel, selv når de adskilles med store afstande. F.eks. Ville måling af opførslen af en partikel beliggende i Japan ændre adfærden hos dens sammenfiltrede partner i USA. I psykologien kan der drages en lignende analogi mellem tro og adfærd. "Det er netop denne interaktion," eller tilstand af sammenfiltring, "som har indflydelse på måleresultatet," sagde Haven og Khrennikov. Måleresultatet refererer i dette tilfælde til det endelige valg, en person træffer. "Dette kan formuleres nøjagtigt ved hjælp af kvantesandsynlighed."
Forskere kan matematisk modellere denne sammenfiltrede tilstand af superposition - hvor to partikler påvirker hinanden, selvom de er adskilt med en stor afstand - som demonstreret i en rapport fra 2007, der blev offentliggjort af Association for the Advancement of Artificial Intelligence. Og bemærkelsesværdigt forudsiger den endelige formel nøjagtigt det paradoksale resultat af møntkast-paradigmet. "Forfald i logik kan forklares bedre ved hjælp af den kvantebaserede tilgang," bemærkede Haven og Khrennikov.
Spil på kvante
I deres nye undersøgelse fandt Zhang og hans kolleger to kvantebaserede modeller for beslutningstagning mod 12 klassiske psykologimodeller for at se, hvad der bedst forudsagde menneskelig adfærd under en psykologisk opgave. Eksperimentet, kendt som Iowa Gambling Task, er designet til at evaluere folks evne til at lære af fejl og tilpasse deres beslutningsstrategi over tid.
I opgaven trækker deltagerne fra fire kortdæk. Hvert kort tjener enten spilleren penge eller koster dem penge, og formålet med spillet er at tjene så mange penge som muligt. Fangsten ligger i, hvordan hvert kortdæk er stablet. Trækning fra et dæk kan muligvis tjene en spiller store summer på kort sigt, men det vil koste dem langt mere penge ved slutningen af spillet. Andre dæk leverer mindre pengesummer på kort sigt, men samlet set færre sanktioner. Gennem et spil lærer vinderne mest at trække fra de "langsomme og stabile" dæk, mens tabere trækker fra dækkene, der tjener dem hurtige kontanter og stejle sanktioner.
Historisk set klarer de med narkotikamisbrug eller hjerneskade det værre med Iowa Gambling Task end sunde deltagere, hvilket antyder, at deres tilstand på en eller anden måde skader beslutningsprocessen, som fremhævet i en undersøgelse, der blev offentliggjort i 2014 i tidsskriftet Applied Neuropsychology: Child. Dette mønster var sandt i Zhangs eksperiment, der omfattede omkring 60 sunde deltagere og 40, der var afhængige af nikotin.
De to kvantemodeller fremsatte lignende forudsigelser som de mest nøjagtige blandt de klassiske modeller, bemærkede forfatterne. "Selvom modellerne ikke overvurderede den overordnede ... man skal være opmærksom på, at rammen stadig er i sin spædbarn og utvivlsomt fortjener yderligere undersøgelser," tilføjede de.
For at styrke værdien af deres undersøgelse tog teamet hjerneskanninger af hver deltager, da de afsluttede Iowa Gambling Task. Dermed forsøgte forfatterne at kigge på, hvad der skete inde i hjernen, da deltagerne lærte og justerede deres spil-strategi over tid. Output genereret af kvantemodellen forudsagde, hvordan denne læringsproces ville udfolde sig, og således teoretiserede forfatterne, at hotspots af hjerneaktivitet på en eller anden måde kan korrelerer med modellernes forudsigelser.
Scanningerne afslørede et antal aktive hjerneområder i de sunde deltagere under spil, herunder aktivering af flere store folder i frontalben, som vides at være involveret i beslutningstagning. I rygeregruppen virket derimod ingen hotspots af hjerneaktivitet knyttet til forudsigelser fra kvantemodellen. Idet modellen afspejler deltagernes evne til at lære af fejl, kan resultaterne illustrere svagheder ved beslutningstagningen i rygeregruppen, bemærkede forfatterne.
Men "yderligere forskning er berettiget" for at bestemme, hvad disse forskelle i hjerneaktivitet virkelig afspejler hos rygere og ikke-rygere, tilføjede de. "Koblingen af de kvantelignende modeller med neurofysiologiske processer i hjernen ... er et meget komplekst problem," sagde Haven og Khrennikov. "Denne undersøgelse er af stor betydning som det første skridt hen imod dens løsning."
Modeller af klassisk forstærkningslæring har vist "stor succes" i studier af følelser, psykiatriske lidelser, social opførsel, fri vilje og mange andre kognitive funktioner, sagde Zhang. "Vi håber, at kvanteforstærkningslæring også kaster lys over og giver unik indsigt."
Med tiden vil måske kvantemekanik hjælpe med at forklare gennemgribende mangler i menneskets logik, samt hvordan denne faldbarhed manifesterer sig på niveauet for individuelle neuroner.
