Birkaç rastgele sayı düşünün. 8, 12, 876, 93 gibi sayılar ...Bunlar biyolojideki rastgele sayılardır ve görünüşte basit olan bu sayılar evrenin, yani kendimizin en derin gizemlerinin anahtarlarını taşır. Daha spesifik (ve daha az dramatik) olmak gerekirse, sayıların değil, sayıların üretildiği sürecin ciddi sonuçları vardır. Örneğin, aşağıdaki gibi büyüleyici sorular sorabilirsiniz: Bu sayılar gerçekten rastgele mi? Gelecekte rastgele sayılar sorulduğunda aynı sayıları bulma ihtimalim var mı? Beynimiz bu rastgele sayıları nasıl üretiyor? Beynin birkaç sayıyı rastgele olarak etiketlemiş olması muhtemel mi? Beyinde bilinçsizce gerçekleşen zar atma gibi rastgele süreçleri içeren bir algoritma var mıdır? Düşünce süreçlerimiz özgür mü? Başlangıçta özgür irade diye bir şey var mı? Bunların şu anda tatmin edici yanıtlarını alamadığımız sorular olduğunu hepiniz haklı olarak fark etmişsinizdir. Bazılarınız bilimin eninde sonunda bu soruların doğru yanıtlarını bulacağına ve o zamana kadar abartmaya ve abartmaya gerek olmadığına inanır. Birçoğunuz bilimin birkaç yanıtı ve biraz daha fazla çabanın bazı derin soruları yanıtlayabileceği birkaç ipucu olduğunun farkında olmayabilir. Bu yazının sonunda düşünce süreçlerinizi incelemek için evde yapabileceğiniz bir deney önereceğim. Bu arada bazı rastgele süreçlerden bahsedelim. Algılanan rastgelelik rastgele değildir Mekanik dünyada rastgele sayılar arayalım. Bunlar, yazı tura atılması veya zar atılması gibi rastgele süreçlerin sonucudur. Bir günde bir kavşaktan geçen kırmızı arabaların sayısı, atmosferimize giren meteorların sayısı vb. gibi başka rastgele olaylar da vardır. Daha sonra çıktısı (veya favori bilgisayar dilinizin başka bir rutini) bulunur. Sonuncusu kesinlikle rastgele değil çünkü bir algoritmanın çıktısı. Algoritma, hesaplamalarına aynı 'tohum' sayıdan başlarsa aynı sayıları üretecektir. Bunlar aslında sözde rasgele sayılardır. Tüm pratik amaçlar için iyidir, ancak tamamen öngörülebilir ve dolayısıyla tam olarak rastgele değildir. numpy.random.rand() Hayatımızda deneyimlediğimiz rastlantısallığın çoğu aslında bilgi eksikliğinden kaynaklanan sözde rastlantısallıktır. Diğer örneği ele alalım; bir kavşaktan geçen kırmızı arabaların sayısı. Kavşakta bekleyen kişi kırmızı bir arabanın görünümünü rastgele bir süreçle bulabilir, ancak bölgenin canlı trafik görüntüsünü uydu aracılığıyla gören bir kişi kavşaktan kaç tane kırmızı arabanın geçeceğini bilecektir. Bir gözlemci için görünüşte rastgele olan süreç, daha fazla bilgiye sahip başka bir gözlemci için tamamen deterministiktir. Bu, günlük yaşamımızda deneyimlediğimiz çoğu rastlantısallığın genel bir özelliğidir. Görünen rastgelelik bilgi eksikliğinden kaynaklanmaktadır. Şimdi yazı tura atmayı düşünün. Sonuç yine görünüşte rastgeledir. Peki gerçekten uzayda bir roket fırlatıp Mars'a ne zaman ve nereye ineceğini tam olarak belirleyebileceğimizi ama yazı tura atmanın sonucunu tahmin edemeyeceğimizi mi düşünüyorsunuz? Roketin hareketini belirleyen kanunlar, madalyonun hareketini belirleyen kanunlardan çok mu farklı? Aslında durum böyle değil. İki durumda da aynı fizik yasaları geçerlidir. Tek fark, madalyonun atılışındaki dinamiği hakkında kesin bilgiye sahip olmamamızdır. Bilginin orada olmadığından değil. Biz sadece onu geri alma çabasıyla uğraşmayız ve yazı tura ne amaçla atılırsa atılsın doğa rastgele bir karar vermiş gibi davranırız. Gerçekten de, hızlı bir kameradan atılan bir paranın saniyenin ilk birkaç kesirinin video görüntüsü, paranın dinamiklerini çözebilir ve atışın sonucunu tahmin edebilir. Aynı şey, zar atışınız, en sevdiğiniz piyango veya aklınıza gelebilecek (kelime oyunu amaçlı) rastgele süreçlerin çoğu için de geçerlidir. Bunun nedeni, günlük yaşamımızda deneyimlediğimiz doğa yasalarının (basitlik açısından, lisede okuduğumuz Newton yasaları) deterministik olmasıdır. İlgilendiğiniz nesnelerin başlangıç koşullarını (konumları, hızları) ve bu nesnelere etki eden kuvvetleri biliyorsanız, nesnelerin gelecekteki dinamiklerini kesin olarak belirleyebilirsiniz. Bu alanda rastgele görünen her şey bilgiye erişimimizin olmamasından kaynaklanmaktadır. Bilgi orada. Bu bilgiyi kaydetmek ve işlemek için daha iyi bir teknolojiye ihtiyacımız var. Akıllı telefonlarımız zarlar atılmaya devam ederken sonucunu tahmin etmeye başladığında, yakın gelecekte kumarhanelerin işleri bitebilir. Bu, gelecekte birkaç on yıl içinde yazı tura atmanın ve zar atmanın bugünkü abaküs işlevinden daha fazla işe yaramayacağı anlamına geliyor. Akıllı telefonlarımızda madalyonun dinamiklerini saniyeden küçük bir sürede çözebilecek ve sonucu tahmin edebilecek gerekli teknolojiye sahip olurduk. Zar atışının birkaç anlık görüntüsü ve telefonlarımız, atışın sonucunu tahmin edecek. Belki şu anda bu tür uygulamalar yapan insanlar vardır. Belki şu anda bu şekilde para kazananlar vardır. Ancak bizim gibi daha mütevazı olanlar için doğal bir soru, gelecekte kumarhanelerde nasıl oynayacağımızdır? Yoksa maçlara mı başlayacaksınız? Yoksa piyango mu kazandınız? Ve sizler için saf, çıplak, ham rastgelelik --- kuantum mekaniğini sunuyorum. Gerçek rastgelelikle tanışın doğanın tanımını en temel düzeyde ele alan bir teoridir. Bu, madde ve enerjinin yapı taşları olan atomlar, moleküller, elektronlar, fotonlar vb. ile ilgilendiğimiz düzeydir. Bu düzeyde, doğa, birazdan göreceğimiz gibi, günlük yaşamımızda göründüğünden çok farklı davranır. Kuantum mekaniği Bir kuantum parası Bir kez daha yazı tura atmayı düşünün. Ama bu seferki bir kuantum parası, örneğin bir elektronun dönüşü. Elektronlar maddenin yapı taşlarının bir parçasıdır. Bunlar sihirli çaydanlıktan salıverdiğimiz cinler; tek farkla üçten fazla dilek tutabiliyoruz. Çevrenizde hareket eden her şey ses çıkarır ve bebek değildir, elektronlarla hareket eder. Elektronların spin adı verilen bir özelliği vardır. Elektronların spininin ölçümü oldukça kolaydır. Tek yapmanız gereken elektronu kama şeklindeki bir mıknatısın yanından geçirmek. Böyle bir mıknatısın manyetik alanı elektrona bir kuvvet uygular ve elektron, dönüşüne bağlı olarak bir yönde veya diğer yönde saptırılır. Bir elektronun dönüşünü ölçmek için deney yapıldığında, bunun yalnızca iki olası değeri olduğunu görürüz. Bunları tura (yukarı dönüş) ve kuyruk (aşağı dönüş) olarak etiketliyoruz ve kendimize bir kuantum parası elde etmiş oluyoruz. Şimdi kuantum parayı atarsanız, yine rastgele bir çıktı elde edersiniz: yazı veya tura. Ancak klasikten (daha önce tartıştığımız) farkı, belirsizliğin herhangi bir bilgi eksikliğinden kaynaklanmamasıdır. Elektron hakkında bilinmesi gereken her şeyi biliyoruz, ancak yine de dönüş ölçümünün dönüşle (baş) veya dönüşle (kuyruk) sonuçlanıp sonuçlanmayacağını tahmin etmenin bir yolu yok. Kuantum dünyasındaki her olay bir zar atışından ibarettir. Bu, rastgeleliğin bilgi eksikliğinden kaynaklandığı klasik madalyonun tam tersidir. Bu, doğanın kuantum düzeyindeki ilk gizemidir. Doğa, maddenin yapı taşları ile enerji arasında ne zaman ve hangi temel etkileşimin gerçekleşeceğini bilmemize izin vermez. Bu seviyede gerçekleşen her olay bir zar atımıdır. Aslında kuantum mekaniğinin bu yönü teorinin başlangıcından beri canlı bir tartışmanın parçası olmuştur. Albert Einstein da dahil olmak üzere pek çok kişi, olayların kuantum düzeyinde belirlenimsiz tanımlanmasından memnun değildi. “ ” şeklindeki meşhur sözünü duymuşsunuzdur. Teorinin eksik olduğuna ve açıklamaya eklendiğinde kuantum dünyasındaki determinizm gibi klasik dünyayı yeniden canlandıracak bazı gizli değişkenlerin muhtemelen eksik olduğuna inanıyordu. Tanrı zar atmaz Ancak son 100 yılda yapılan sayısız deney bu gizli değişken teorilerinin olasılığını ortadan kaldırdı. Ve kuantum düzeyinde doğaya dair en iyi anlayışımız, kuantum mekaniği tarafından sağlanan anlayıştır ve bu, prensipte bir kuantum para atımının sonucunu tahmin etmemize izin vermez. Bu noktaya kadarki kilit nokta, klasik bir rastgele süreç için bilginin mevcut olması ancak erişilebilir olmaması, ancak kuantum sürecinin doğası gereği rastgele olmasıdır. Eksik bilgi bulunmamaktadır. Klasik ve kuantum dünyalarındaki rastgele süreçlere ilişkin bu anlayışla donanmış olarak, biyolojik dünyadaki gerçekten büyük soruları keşfetmeye hazırız. Öncelikle klasik yasaların determinist dünyasında olmayan özgür iradenin, kuantum dünyasındaki indeterminizm sayesinde yeniden sağlanabileceğini takdir edebilirsiniz. Keşfetmemiz gereken tek şey beynin işleyişindeki kuantum imzalarını aramak. Bunu daha önce pek çok kişi önermişti ancak günümüz teknolojisi deneysel doğrulamayı vaat ediyor. Yakında kuantum biyolojisi yapan insanlardan harika haberler duyabiliriz. Kılık değiştirmiş tasarım mı? Sonra konuşmak istediğim başka bir soru var. Hayatı düşünün. Bu gezegende yaşamın ortaya çıkışıyla ilgili iki baskın teori var. Ya akıllı bir tasarımın parçasıyız, ya da yaşam gezegende tesadüfen ortaya çıktı ve rastgele mutasyonlarla bugün tanık olduğumuz tüm yaşam formlarına (ve ne yazık ki gezegenden yok ettiğimiz canlılara) dönüştü. Bilim doğal olarak ikinci görüşü tercih ediyor. Ancak bilimsel görüşten yana olan insanların çoğu, kendi dünya görüşlerinde tasarımın imkânının hala var olduğunun farkında değiller. Bunun nedeni, bir genomda mutasyona neden olan süreçlerin klasik yasalara mı yoksa kuantum yasalara mı göre yönetildiğini hâlâ belirlememiz gerektiğidir. Eğer klasik yasalar bu mutasyonları tatmin edici bir şekilde modelleyebiliyorsa, bunlar rastgele değildir. Bunlar bilginin, yani tasarımın zaten mevcut olduğu deterministik süreçlerdir. Birisinin bu bilgiye (Yüce Tanrı?) sahip olup olmadığı ayrı bir sorudur ve öznel olarak yanıtlanabilir. Objektif olarak tespit edilebilecek olan şey, bir tasarımın mevcut olduğudur. Bu, bir fizikçinin doğal seçilim ile akıllı tasarım arasındaki tartışmaya dair benzersiz bir bakış açısıdır. Kuantum biyolojisi üzerine daha fazla araştırma ve genetik mutasyonlardaki kuantum imzalarının araştırılması, bir tasarımın parçası mı yoksa gerçekten rastgele kazaların sonucu mu olduğumuzu anlatacak. Kuantum biyolojisi bizim tasarlanıp tasarlanmadığımızı ortaya çıkaracaktır. Son olarak söz verdiğim gibi düşünce süreçlerini keşfetmeye yönelik bir deney önermek istiyorum. Biraz sabır ve cesaretle bu deneyi evinizde kolaylıkla yapabilirsiniz. Bir parça kağıt alın ve üzerine rastgele birkaç sayı yazın. Kağıdı katlayıp bir kutuya koyun. Kutuyu bir kenara koyun. Şimdi birkaç hafta bekleyin. Bu arada yazdığınız sayıları hatırlamaya çalışmayın. Tabii ki kutuyu açmayın. Birkaç hafta sonra başka bir kağıt parçası alın, üzerine tekrar rastgele birkaç sayı yazın ve onu aynı kutuya koyun. Tekrar birkaç hafta bekleyip tekrarlayın. Uzun bir süre boyunca (örneğin bir yıl veya altı ay), kutuda çok sayıda katlanmış kağıt olacaktır. Şimdi kutuyu açın ve zaman içinde yazdığınız tüm rastgele sayılara bakın. Hepsi rastgele mi? Favori rastgele sayılar var mı? Desenler var mı? Bir tasarım var mı?
