Alam Imbang Kauffman

13 September 2013
(Sumber: quantum-mind.co.uk)

Pendahuluan
Dari sudut pandang studi kesadaran, “alam imbang” (poised realm) adalah aspek paling menarik dalam penelitian Kauffman. Dia mengidentikkan alam imbang dengan kondisi-kondisi pada organisme fotosintetik di mana koherensi quantum mulai berdekoherensi, tapi dipakasa kembali ke dalam koherensi parsial. Dia berhipotesis, kesadaran ditemukan di area perbatasan dekoherensi dan rekoherensi ini, yang disebut memiliki potensi untuk melengkapi algoritma deterministik fisika klasik.

Kauffman kritis terhadap tren reduksionis sains yang dipraktekkan selama tiga abad terakhir. Dia berargumen, reduksi dunia menjadi partikel-partikel bergerak tidak otomatis memberi penjelasan memadai dalam segala hal. Dia berpandangan, penyusunan bidang-bidang rumit semisal evolusi dan biologi tak bisa disimpulkan dari eksistensi partikel dan hukum pengaturnya semata.

Lebih jauh Kauffman berargumen bahwa, berdasarkan hukum fisika, terdapat cara tak terhingga untuk penyusunan quantum; penyusunan protein dan organisme hanyalah subsetnya yang amat terbatas. Jadi evolusi bentuk-bentuk kehidupan terkini bukanlah kepastian deterministik, dan bentuk kehidupan yang eksis serta aspek dunia materil lainnya hanyalah subset hasil-hasil potensial yang sepele.

Pangkal kehidupan
Kauffman berhipotesis bahwa kehidupan berpangkal dari replikator yang lebih sederhana daripada DNA atau, yang kini populer, RNA. Heliks 32 asam amino telah dibuktikan mampu mengikat dua rantai lebih kecil yaitu 13 dan 15 asam amino, dan dengan demikian membentuk salinan sekuens 32 asam amino awal. Jika diperkuat dengan fakta, ini akan mendemonstrasikan sistem replikasi yang timbul. Lebih jauh diisyaratkan bahwa banyak sistem molekuler dapat menggapai ini. Jadi ada banyak jalan menuju pangkal kehidupan yang diperkenankan oleh hukum fisika, ketimbang satu jalan deterministik.

Kehidupan, bahkan kehidupan primitif, melibatkan keperantaraan yang tidak eksis dalam fisika. Perantara dianggap muncul dari proses evolusi. Kehidupan dianggap memasukkan keperantaraan ke alam semesta, dan keperantaraan pada gilirannya memasukkan makna dan nilai. Tindakan memilih di antara jenis-jenis perilaku berlainan dianggap memerlukan perantara. Tapi dalam fisika tak ada yang namanya perantara.

Perlu ditekankan bahwa posisi Kauffman kelihatannya berbeda dari apa yang boleh diistilahkan sebagai “teori atribut timbul naif”, yang telah menjadi tema menonjol dalam teori kesadaran mainstream. [Teori] ini hanya menegaskan bahwa kesadaran adalah atribut timbul tanpa menunjukkan bagaimana ia timbul dari level lebih fundamental, seperi halnya atribut-atribut timbul lain, misalkan kecairan air, yang dapat didemonstrasikan dengan jelas.

Jauh dari kesetimbangan termal
Kauffman berargumen, untuk memahami keperantaraan kita perlu memahami siklus kerja Carnot dalam termodinamika. Sistem siklus kerja terdiri dari tandon panas dan dingin, plus silinder dan piston berisi gas temampatkan. Kalor dari tandon panas memuaikan gas dan mendorong piston menuruni silinder. Piston terdorong hingga gas mendingin, dan berkontraksi lagi sebagai akibat dari tandon dingin di ujung lain silinder. Langkah tenaga (power stroke) ini dilukiskan sebagai [langkah] spontan karena tidak mensyaratkan penyuntikan energi ke dalam sistem. Sebuah bola yang menggelinding turun bukit adalah contoh lain aksi spontan. Yang perlu suntikan energi adalah pendorongan piston kembali ke atas silinder, dan proses ini dilukiskan sebagai non-spontan. Dengan kata lain, sistem harus disetel ulang. Faedah mesin uap tipe ini adalah: energi untuk memampatkan ulang gas dingin tidak melebihi jumlah energi yang diperoleh dari gas panas.

Gambaran mesin uap Carnot sangat penting dalam kaitan dengan kefungsian jaringan tisu biologis, karena mereka adalah dua sistem yang jauh dari kesetimbangan termal. Mesin Carnot tidak bisa bekerja dalam status setimbang termal lantaran mensyaratkan kalor pada silinder untuk memuaikan gas dingin. Pada mesin uap maupun proses organik, terdapat kebutuhan untuk menyetel ulang mekanisme agar bisa melanjutkan siklus kerjanya.

Keperantaraan dipandang sebagai fitur biologis yang memungkinkan penyetelan ulang siklus kerja. Kauffman memeriksa contoh primitif berupa sebuah bakteri yang berenang menaiki gradien glukosa. Reseptor untuk glukosa mensinyalkan gradien glukosa. Bagi bakteri, makna sinyal glukosa tersebut adalah adanya lebih banyak glukosa di arah tertentu, dan bakteri menafsirkan makna ini dengan berenang menaiki gradien.

Informasi
Kauffman kritis terhadap konsep “informasi” yang diterapkan pada organisme, menyebutnya terlalu membatasi dan tidak jelas. Dia menguraikan, Shannon memahami informasi sebagai sesuatu yang melibatkan sumber, saluran, dan penerima. Informasi yang dikirim lewat saluran mengurangi ketidakpastian penerima. Shannon tak pernah mendefinisikan informasi, tapi membiarkan “penerima” memutuskannya sendiri. Bakteri dipandang sebagai penerima informasi tentang gradien glukosa, dan ia merespon informasi tersebut. Kauffman berargumen bahwa pendekatan informasi mengabaikan fisika kerja dan energi, dan hanya fokus pada penyampaian informasi dari DNA ke RNA ke protein. Dia anggap ini tidak cukup untuk menjelaskan kefungsian sel.

Menurut Kauffman, peran sel adalah untuk membatasi aktivitas sehingga terdapat derajat kebebasan terbatas, dan batasan ini mensyaratkan kerja untuk mencapainya. Pada mesin uap, diperlukan kerja untuk merakit piston dan silinder yang mengadakan batasan. Dengan demikian sel-sel membangun batasan atau kondisi batasnya sendiri. Organisme dipandang sebagai jalinan jejaring kerja dan batasan.

Selanjutnya dinyatakan bahwa informasi melibatkan perantara, dan bahwa perantara ini merupakan batasan, agar informasi diberi makna atau tafsiran. Keunggulan di sini adalah respon terhadap sebuah stimulus tidak hanya satu, sebagaimana dalam otomasi, melainkan sederet pilihan respon berlainan sesuai konteks. Kemampuan membedakan stimulus-stimulus diargumentasikan sebagai status imbang antara tertib dan balau, di mana tertib selalu memberi jawaban yang sama terhadap stimulus, terlepas dari adanya bermacam-macam hasil dari stimulus di masa lalu, sedangkan balau memberi hasil sembarang/acak yang tak bernilai. Pendekatan Kauffman mengiringi riset mutakhir lain terhadap area-area otak seperti korteks orbitofrontal, korteks anterior cingulate, ganglia dasar, dan juga fungsi dopamin. Mereka penting dalam memberi fleksibilitas kepada otak dalam responnya terhadap stimulus yang tidak dapat dipratentukan gara-gara banyaknya hasil potensial.

Persoalan komputer
Di tahap awal komputasi, Alan Turing paham dirinya dapat menuliskan simbol, memodifikasinya berdasarkan seperangkat kaidah, dan akhirnya, setelah serangkaian modifikasi, tiba pada sebuah jawaban. Turing menyusun ulang proses ini sebagai ide untuk mesin yang membaca simbol pada pita dan membuat langkah yang diatur kaidah, sesuai simbolnya. Sehingga mesin ini dapat melaksanakan semua komputasi potensial.

Sistem komputasi/algoritma, yang dilahirkan oleh pendekatan ini, mengalami beberapa kesuksesan di tingkat permesinan robot. Dengan objek-objek terdefinisi dalam setting terdefinisi, sistem algoritma dapat memecahkan masalah spesifik, misalnya robot yang menemukan sumber listrik di sebuah ruangan. Dalam kasus ini, solusi untuk robot sudah dipratentukan, atau dipradefinisikan oleh programmer, yang tahu bagaimana robot harus merespon objek di ruangan. Namun, adalah mustahil untuk mempratentukan semua kondisi yang mungkin dihadapi manusia dan organisme kompleks lainnya. Ini akan mengakibatkan ledakan jumlah kemungkinan yang perlu diprahitungkan. Robot memang mempunyai keterbatasan rangka, tapi tetap saja ledakan opsi mengindikasikan ini tidak dapat dipraktekkan oleh manusia, dan pada gilirannya mengindikasikan bahwa otak bersifat non-algoritmik, sekurangnya secara parsial.

Kategorisasi
Kauffman juga menyoroti persoalan kategorisasi. Manusia selalu menempatkan barang/hal sesuai kategori, dan dua hal berbeda bisa saja dimasukkan ke dalam kategori yang sama. Karenanya robin dan penguin berada dalam kategori burung. Mungkin Plato adalah orang pertama yang membahas persoalan kategori, menyatakan bahwa anggota-anggota kategori berbagi sekurangnya satu ciri penting. Akan tetapi Wittgenstein berargumen, kategori mungkin tak memiliki ciri bersama. Ini membuat kita mencari keserupaan, tapi tidak jelas keserupaan mana yang memperkenankan keanggotaan mana. Burung boleh saja berukuran, berbobot, dan berwarna sama dengan bola, tapi itu tidak lantas memasukkan bola ke dalam kategori burung. Menurut Kauffman kesulitan ini dapat diatasi jika kategorisasi bersifat non-algoritmik.

Kesadaran & status imbang
Di bagian akhir bukunya Kauffman berargumen bahwa kesadaran berasal dari “status imbang” (poised state) antara koherensi quantum dan dekoherensi ke status klasik. Dia menyoroti transisi dari dunia quantum [berisi] kemungkinan-kemungkinan persisten ke dunia klasik [berisi] kemungkinan-kemungkinan aktual. Sifat tuna-kausal mekanika quantum menjadi sentral bagi pemikirannya. Persamaan Schrödinger untuk amplitudo elektron di setiap titik di ruang sudah terpecahkan. Eigenfungsi-eigenfungsi ini mengkuadratkan amplitudo di setiap titik di ruang, dan mendefinisikan probabilitas penemuan elektron di setiap titik di ruang. Tak ada yang menyebabkan pemilihan posisi oleh elektron, yang ada hanya probabilitas di setiap titik di ruang. Bagi Kauffman, mekanika quantum melepaskan diri dari ketertutupan kausalitas tradisi reduksionis. Di antaranya dia sebut ini dapat memecahkan persoalan kehendak bebas, yang tidak bisa eksis dalam fisika deterministik.

Kauffman mendiskusikan konsep informasi fase. Pola interferensi yang terlihat dalam eksperimen celah ganda mensyaratkan semua informasi fase di tabir terakhir agar berkumpul menghasilkan puncak dan palung pola interferensi. Dekoherensi melibatkan kehilangan informasi fase sebagai akibat dari interaksi dengan lingkungan, seringkali digambarkan sebagai bak panas osilator quantum. Interaksi dengan lingkungan dianggap sebanding dengan interaksi dengan perangkat pengukur dalam interpretasi Kopenhagen. Namun dekoherensi mungkin tidak terdefinisikan setajam pengukuran tipe Kopenhagen. Dalam keadaan tertentu, yang berdekoherensi cuma sebagian dari sistem, dan sebagian koherensi masih bertahan.

Kauffman menempatkan kesadaran di “status imbang” ini, di mana sebagian dari sistem berdekoherensi dan sebagian tetap koheren. Status koheren dinyatakan mempengaruhi status dekoheren klasik. Dalam mencari sistem demikian, Kauffman memeriksa riset mutakhir terhadap sistem-sistem fotosintetik. Dalam fotosintesis, foton-foton ditangkap oleh molekul klorofil yang disimpan oleh protein antena. Molekul klorofil mempertahankan koherensi quantum selama hingga 750 femtodetik. Ini lebih lama daripada prediksi klasik, dan dianggap bertanggungjawab atas efisiensi transfer energi yang lebih baik daripada prediksi klasik. Protein antena berperan dalam mencegah dekoherensi lebih pesat, atau dalam merangsang rekoherensi pada komponen-komponen molekul klorofil yang sedang berdekoherensi. Bagian sistem quantum tersebut mulai berdekoherensi, tapi dipaksa kembali ke dalam koherensi, terkadang dilukiskan sebagai koreksi galat quantum (quantum error correction).

Di dalam molekul klorofil, superposisi solusi-solusi Schrödinger memungkinkan eksplorasi semua jalur potensial secara serentak. Ini lebih efisien daripada eksplorasi serial atau satu jalur per waktu, dan dianggap sebagai penjelasan atas efisiensi sistem sebesar pertengahan 90%, kontras dengan 60-70% yang diprediksikan untuk sistem klasik.

Kauffman berpikir, sistem yang terlihat pada molekul klorofil menaikkan kemungkinan bahwa jejaring koherensi quantum atau koherensi parsial dapat memanjang menyeberangi bagian besar suatu sel syaraf, dan dapat tetap imbang antara koherensi dan dekoherensi. Telaah Kauffman mengacu pada pengangkutan elektron koheren, tapi dia mengakui bahwa bentuk-bentuk koherensi lain seperti pusingan foton dan elektron boleh jadi relevan.

“Status imbang” diduga merentangi status-status yang berada antara utamanya koheren dan sebagiannya dekoheren. Informasi yang disuntikkan ke dalam sistem dapat merangsang rekoherensi. Aliran informasi ke dalam sel dipandang sebagai sarana untuk merangsang rekoherensi dan mempertahankan koherensi. Dalam tulisan lain Kauffman mengusulkan aliran pengaruh dua arah, di mana kemungkinan-kemungkinan quantum melahirkan sistem klasik, sedangkan sistem klasik dapat mempengaruhi sistem quantum yang berekoherensi.

Dalam mempertalikan koherensi quantum dengan kesadaran, Kauffman berasumsi seperti Hameroff bahwa koherensi harus dipertahankan selama skalawaktu milidetik yang terkait dengan pemrosesan syaraf, ketimbang skalawaktu femtodetik dan pikodetik yang terkait dengan koherensi quantum pada organisme fotosintetik. Belum pasti apakah korelasi langsung antara aktivitas pemrosesan dan episode sadar memang diperlukan.

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s