Tại sao các nhà vật lý nói ý thức chỉ là một trạng thái vật chất, giống như chất rắn, chất lỏng hoặc chất khí?

Bình luận Văn Thiện • 15:06, 14/08/20

Có một cuộc cách mạng âm thầm đang diễn ra trong vật lý lý thuyết. Mặc dù thừa nhận về sự tồn tại của ý thức từ rất lâu, các nhà vật lý vẫn rất miễn cưỡng khi nói đến chủ đề này. Họ coi nó là chủ đề cho những kẻ lang băm và bịp bợm. Thật vậy, chỉ cần đề cập đến chữ “ý thức” là một nhà vật lý có thể bị hủy hoại sự nghiệp.

Tuy nhiên, điều này đã bắt đầu thay đổi nhờ một cách suy nghĩ mới về ý thức đang lan truyền trong cộng đồng vật lý lý thuyết. Và trong khi vấn đề về ý thức vẫn còn chặng đường dài mới được giải quyết, thì nó cuối cùng đã được hình thành về mặt toán học như một tập hợp các vấn đề mà các nhà nghiên cứu có thể hiểu, khám phá và thảo luận.

Max Tegmark, một nhà vật lý lý thuyết tại Viện Công nghệ Massachusetts ở Cambridge, đặt ra những vấn đề cơ bản về ý thức. Ông chỉ ra cách thức những vấn đề về nó có thể được hình thành theo cơ học lượng tử và lý thuyết thông tin. Và ông giải thích rằng cách suy nghĩ này về ý thức sẽ dẫn đến những câu hỏi chính xác về bản chất của thực tại mà khoa học có thể kiểm chứng.

Tegmark coi ý thức như một trạng thái của vật chất, giống như chất rắn, chất lỏng hoặc chất khí. Ông nói: “Tôi phỏng đoán rằng ý thức có thể được hiểu là một trạng thái khác của vật chất. Cũng như có nhiều loại chất lỏng, cũng có nhiều loại ý thức”.

Ông tiếp tục chỉ ra cách các thuộc tính cụ thể của ý thức có thể phát sinh từ các quy luật vật lý chi phối vũ trụ của chúng ta. Sau đó, ông giải thích cách các thuộc tính này cho phép các nhà vật lý suy luận về các điều kiện mà ý thức hình thành và cách chúng ta có thể khai thác nó để hiểu rõ hơn tại sao thế giới xung quanh chúng ta lại xuất hiện như hiện tại.

Cách tiếp cận mới về ý thức

Điều thú vị là, ban đầu cách tiếp cận mới về ý thức đến từ bên ngoài cộng đồng vật lý, chủ yếu là từ các nhà khoa học thần kinh như Giulio Tononi tại Đại học Wisconsin ở Madison.

Năm 2008, Tononi đề xuất rằng một hệ thống thể hiện ý thức phải có hai đặc điểm cụ thể.

Đầu tiên, hệ thống phải có khả năng lưu trữ và xử lý một lượng lớn thông tin. Nói cách khác ý thức về bản chất là một hiện tượng thông tin.

Và thứ hai, những thông tin này phải được tích hợp trong một thể thống nhất không thể chia tách thành các phần độc lập. Điều đó phản ánh kinh nghiệm tại mỗi thời điểm của ý thức là một thể thống nhất không thể bị phân hủy thành các thành phần riêng biệt.

Cả hai đặc điểm này đều có thể được xác định bằng toán học cho phép các nhà vật lý như Tegmark lần đầu tiên có thể suy luận về chúng. Ông bắt đầu bằng việc vạch ra những thuộc tính cơ bản của một hệ thống có ý thức.

Cho rằng đó là một hiện tượng thông tin, một hệ thống có ý thức phải có khả năng lưu trữ trong bộ nhớ và truy xuất nó một cách hiệu quả.

Nó cũng phải có khả năng xử lý dữ liệu, giống như một máy tính nhưng linh hoạt và mạnh mẽ hơn nhiều so với các thiết bị dựa trên silicon mà chúng ta quen thuộc.

Tegmark mượn thuật ngữ “computronium” để mô tả vật chất có thể làm được điều này và trích dẫn các nghiên cứu khác cho thấy rằng máy tính ngày nay hoạt động kém hơn các giới hạn lý thuyết của tính toán khoảng 38 bậc độ lớn.

Rõ ràng, có rất nhiều chỗ để cải tiến cho phép hoạt động của các hệ thống có ý thức.

Tiếp theo, Tegmark thảo luận về perceptronium, được định nghĩa là chất tổng quát nhất cho phép cảm thấy tự nhận thức một cách chủ quan. Chất này không chỉ có thể lưu trữ và xử lý thông tin mà còn tạo thành một thể thống nhất, không thể phân chia. Điều đó cũng đòi hỏi một mức độ độc lập nhất định trong đó động lực thông tin được xác định từ bên trong chứ không phải bên ngoài.

Cuối cùng, Tegmark sử dụng cách suy nghĩ mới này về ý thức như một thấu kính mà qua đó nghiên cứu một trong những vấn đề cơ bản của cơ học lượng tử được gọi là vấn đề thừa số hóa lượng tử.

Điều này nảy sinh bởi vì cơ học lượng tử mô tả toàn bộ vũ trụ bằng cách sử dụng 3 thực thể toán học: Hamilton mô tả tổng năng lượng của hệ thống; một ma trận mật độ mô tả mối quan hệ giữa tất cả các trạng thái lượng tử trong hệ thống; và phương trình Schrodinger mô tả cách những thứ này thay đổi theo thời gian.

Vấn đề là khi toàn bộ vũ trụ được mô tả theo những thuật ngữ này, sẽ có vô số các lời giải toán học bao gồm tất cả các kết quả cơ lượng tử có thể có và nhiều khả năng khác thậm chí còn kỳ lạ hơn.

Những vấn đề còn để mở

Vì vậy, vấn đề là tại sao chúng ta lại nhìn nhận vũ trụ là thế giới bán cổ điển, 3 chiều quen thuộc. Khi chúng ta nhìn vào một cốc nước đá, chúng ta cảm nhận chất lỏng và khối đá rắn là những thứ độc lập mặc dù chúng được liên kết mật thiết như một phần của cùng một hệ thống. Làm thế nào điều này xảy ra? Trong số tất cả các kết quả có thể xảy ra, tại sao chúng ta chỉ nhìn thấy lời giải này?

Tegmark không có câu trả lời. Nhưng điều hấp dẫn về cách tiếp cận của ông là nó được xây dựng bằng cách sử dụng ngôn ngữ của cơ học lượng tử theo cách cho phép suy luận khoa học chi tiết. Và kết quả là nó đặt ra tất cả các loại vấn đề mới mà các nhà vật lý sẽ muốn mổ xẻ chi tiết hơn.

Lấy ví dụ, ý tưởng rằng thông tin trong một hệ thống ý thức phải thống nhất. Điều đó có nghĩa là hệ thống phải chứa các mã sửa lỗi cho phép bất kỳ tập hợp con nào cũng có thể có tới một nửa thông tin được tạo lại từ phần còn lại.

Tegmark chỉ ra rằng bất kỳ thông tin nào cũng được lưu trữ trong một mạng đặc biệt được gọi là mạng thần kinh Hopfield sẽ tự động có phương tiện sửa lỗi này. Tuy nhiên, ông tính toán rằng một mạng Hopfield có kích thước tương đương bộ não con người với 10^11 tế bào thần kinh, chỉ có thể lưu trữ 37 bit thông tin tích hợp.

Tegmark nói: “Điều này để lại cho chúng ta một nghịch lý về tích hợp thông tin: tại sao nội dung thông tin của trải nghiệm có ý thức của chúng ta dường như lớn hơn rất nhiều so với 37 bit?”.

Đó là một câu hỏi mà nhiều nhà khoa học có thể sẽ phải cân nhắc chi tiết. Đối với Tegmark, nghịch lý này cho thấy rằng công thức toán học của ông về ý thức đang thiếu một thành phần quan trọng. Ông nói: “Điều này ngụ ý mạnh mẽ rằng nguyên tắc tích hợp phải được thêm ít nhất một nguyên tắc bổ sung”.

Tuy nhiên, sức mạnh của cách tiếp cận này là ở chỗ cho rằng ý thức không nằm ngoài phạm vi hiểu biết của chúng ta.

Vào đầu thế kỷ 20, một nhóm các nhà vật lý trẻ bắt tay vào tìm cách giải thích một số dị thường kỳ lạ nhưng dường như nhỏ trong hiểu biết của chúng ta về vũ trụ. Khi đưa ra các lý thuyết mới về thuyết tương đối và cơ học lượng tử, cuối cùng chúng đã thay đổi cách chúng ta hiểu về vũ trụ. Những nhà vật lý học này, ít nhất là một số trong số họ, hiện là những cái tên quen thuộc.

Liệu ý thức có phải là một cuộc cách mạng tương tự hiện đang được tiến hành vào đầu thế kỷ 21?

Văn Thiện

Theo The physics arxiv blog

Khoa học Nhân thể