Samma grundläggande plattform som tillåter Schrödingers katt att vara både levande och död, och betyder också att två partiklar kan "tala med varandra" även över en galaxavstånd, kan hjälpa till att förklara de mest mystiska fenomenen: mänskligt beteende.
Kvantfysik och mänsklig psykologi kan verka helt oberoende, men vissa forskare tycker att de två områdena överlappar varandra på intressanta sätt. Båda disciplinerna försöker förutsäga hur oegentliga system kan bete sig i framtiden. Skillnaden är att det ena fältet syftar till att förstå den grundläggande naturen hos fysiska partiklar, medan det andra försöker förklara mänsklig naturen - tillsammans med dess inneboende missförstånd.
"Kognitiva forskare fann att det finns många 'irrationella' mänskliga beteenden," berättade Xiaochu Zhang, en biofysiker och neurovetenskapsman vid University of Science and Technology of China i Hefei, Live Science i ett e-postmeddelande. Klassiska teorier om beslutsfattande försöker förutsäga vilket val en person kommer att göra med tanke på vissa parametrar, men fallbara människor uppträder inte alltid som förväntat. Ny forskning tyder på att dessa bortfaller i logik "kan förklaras väl med kvantisannolikhetsteori", sade Zhang.
Zhang står bland förespråkarna för den så kallade kvantkognitionen. I en ny studie publicerad 20 januari i tidskriften Nature Human Behaviour, undersökte han och hans kollegor hur begrepp lånade från kvantmekanik kan hjälpa psykologer att bättre förutsäga mänskliga beslutsfattande. Under inspelningen av vilka beslut människor fattade i en välkänd psykologiuppgift övervakade teamet också deltagarnas hjärnaktivitet. Skanningarna lyfte fram specifika hjärnregioner som kan vara involverade i kvantliknande tankeprocesser.
Studien är "den första som stöder idén om kvantkognition på nervnivå", sade Zhang.
Cool - nu vad betyder det egentligen?
Osäkerhet
Kvantmekanik beskriver beteendet hos de små partiklarna som utgör allt material i universum, nämligen atomer och deras subatomiska komponenter. En central princip i teorin tyder på stor osäkerhet i denna värld av mycket små, något som inte ses på större skalor. Till exempel i den stora världen kan man veta var ett tåg är på sin väg och hur snabbt det reser, och med tanke på dessa uppgifter kan man förutsäga när det tåget ska anlända till nästa station.
Byt ut tåget efter en elektron och din förutsägelseskraft försvinner - du kan inte veta den exakta platsen och drivkraften för en viss elektron, men du kan beräkna sannolikheten för att partikeln kan visas på en viss plats, resa vid en särskild takt. På detta sätt kan du få en disig uppfattning om vad elektron kan vara upp till.
Precis som osäkerheten genomsyrar den subatomära världen, sipprar den också in i vår beslutsprocess, oavsett om vi diskuterar vilka nya serier vi ska titta på eller sluta rösta i ett presidentval. Här kommer kvantmekanik in. Till skillnad från klassiska beslutsteorier ger kvantvärlden plats för en viss grad av ... osäkerhet.
Klassiska psykologi teorier vilar på idén att människor fattar beslut för att maximera "belöningar" och minimera "straff" - med andra ord för att säkerställa att deras handlingar resulterar i mer positiva resultat än negativa konsekvenser. Denna logik, känd som "förstärkningsinlärning", faller i linje med Pavlonian-konditioneringen, där människor lär sig att förutsäga konsekvenserna av sina handlingar baserat på tidigare erfarenheter, enligt en rapport från 2009 i Journal of Mathematical Psychology.
Om människor verkligen begränsas av denna ram skulle människor konsekvent väga de objektiva värdena för två alternativ innan de väljer mellan dem. Men i verkligheten arbetar människor inte alltid så. deras subjektiva känslor om en situation undergräver deras förmåga att fatta objektiva beslut.
Huvud och svansar (samtidigt)
Tänk på ett exempel:
Föreställ dig att du satsar på om ett kastat mynt kommer att landa på huvuden eller svansarna. Heads får dig $ 200, svansar kostar dig $ 100, och du kan välja att kasta myntet två gånger. När de placeras i detta scenario väljer de flesta att satsa två gånger, oavsett om det första kastet resulterar i en vinst eller en förlust, enligt en studie publicerad 1992 i tidskriften Cognitive Psychology. Förmodligen satsar vinnare en andra gång eftersom de står för att vinna pengar oavsett vad, medan förlorare satsar i försök att återvinna sina förluster, och sedan några. Men om spelare inte får veta resultatet av det första myntvippet, gör de sällan det andra spelet.
När den är känd svänger den första flippen inte valet som följer, men när det är okänt gör det hela skillnaden. Denna paradox passar inte inom ramen för klassisk förstärkningslärande, som förutsäger att det objektiva valet alltid ska vara detsamma. Däremot tar kvantmekanik hänsyn till osäkerheten och förutspår faktiskt detta udda resultat.
Emmanuel Haven och Andrei Khrennikov, medförfattare av läroboken "Quantum Social Science" (Cambridge) "Man kan säga att den 'kvantbaserade' modellen för beslutsfattande väsentligen hänvisar till användningen av kvant sannolikhet inom området kognition. University Press, 2013), berättade för Live Science i ett e-postmeddelande.
Precis som en viss elektron kan vara här eller där vid en given tidpunkt, antar kvantmekaniken att den första myntkastningen resulterade i både en vinst och en förlust samtidigt. (Med andra ord, i det berömda tankeexperimentet är Schrödingers katt både levande och död.) Medan han fångas i detta tvetydiga tillstånd, känt som "superposition", är en individs slutliga val okänd och oförutsägbar. Kvantmekanik erkänner också att människors övertygelse om resultatet av ett visst beslut - oavsett om det kommer att vara bra eller dåligt - ofta återspeglar vad deras slutliga val slutar bli. På detta sätt interagerar människors trosuppfattning eller blir "intrasslad" med sin eventuella handling.
Subatomiska partiklar kan på samma sätt bli intrasslade och påverka varandras beteende även om de separeras med stora avstånd. Till exempel, att mäta beteendet hos en partikel belägen i Japan skulle förändra beteendet hos dess intrasslade partner i USA. I psykologin kan en liknande analogi dras mellan övertygelser och beteenden. "Det är just denna interaktion," eller förvirring, "som påverkar mätresultatet," sade Haven och Khrennikov. Mätresultatet hänvisar i detta fall till det slutliga valet som en individ gör. "Detta kan formuleras exakt med hjälp av kvantersannolikhet."
Forskare kan matematiskt modellera detta intrasslade tillstånd av superposition - där två partiklar påverkar varandra även om de är åtskilda med ett stort avstånd - vilket visades i en rapport från 2007 publicerad av Association for the Advancement of Artificial Intelligence. Och anmärkningsvärt förutsäger den slutliga formeln exakt det paradoxala resultatet av myntkastningsparadigmet. "Förfaller i logik kan förklaras bättre med hjälp av den kvantebaserade metoden," noterade Haven och Khrennikov.
Spel på kvantitet
I sin nya studie upptäckte Zhang och hans kollegor två kvantbaserade beslutsmodeller mot 12 klassiska psykologimodeller för att se vilka som bäst förutspådde mänskligt beteende under en psykologisk uppgift. Experimentet, känt som Iowa Gambling Task, är utformat för att utvärdera människors förmåga att lära av misstag och anpassa deras beslutsstrategi över tid.
I uppgiften drar deltagarna från fyra kortlekar. Varje kort tjänar antingen spelaren pengar eller kostar dem pengar, och syftet med spelet är att tjäna så mycket pengar som möjligt. Fångsten ligger i hur varje kortlek är staplad. Att dra från ett däck kan tjäna en spelare stora summor pengar på kort sikt, men det kommer att kosta dem mycket mer pengar i slutet av spelet. Andra däck levererar mindre summor pengar på kort sikt, men totalt sett färre påföljder. Genom spel spelar vinnarna att mestadels dra ut från de "långsamma och stadiga" däcken, medan förlorarna drar från däcken som tjänar dem snabba kontanter och branta straffar.
Historiskt sett presterar de med narkotikamissbruk eller hjärnskador sämre i Iowa Gambling Task än friska deltagare, vilket antyder att deras tillstånd på något sätt försämrar beslutsförmågan, vilket framhöll i en studie publicerad 2014 i tidskriften Applied Neuropsychology: Child. Detta mönster gällde i Zhangs experiment, som inkluderade cirka 60 friska deltagare och 40 som var beroende av nikotin.
De två kvantmodellerna gjorde liknande förutsägelser som de mest exakta bland de klassiska modellerna, konstaterade författarna. "Även om modellerna inte överträffade överväldigande den ... man borde vara medveten om att ramverket fortfarande är i sin spädbarn och utan tvekan förtjänar ytterligare studier," tillade de.
För att stärka värdet av deras studie tog teamet hjärnscanningar av varje deltagare när de slutförde Iowa Gambling Task. På så sätt försökte författarna att titta på vad som hände i hjärnan när deltagarna lärde sig och anpassade sin spelstrategi över tid. Utgångar som genererats av kvantmodellen förutspådde hur denna inlärningsprocess skulle utvecklas, och således teoretiserade författarna att hotspots av hjärnaktivitet på något sätt skulle kunna korrelera med modellernas förutsägelser.
Skanningarna avslöjade ett antal aktiva hjärnområden i de friska deltagarna under spelet, inklusive aktivering av flera stora veck i den främre loben som är känd för att vara involverade i beslutsfattande. I rökgruppen verkade dock inga hotspots för hjärnaktivitet knutna till förutsägelser gjorda av kvantmodellen. Eftersom modellen återspeglar deltagarnas förmåga att lära av misstag, kan resultaten illustrera beslutsproblem i rökgruppen, konstaterade författarna.
Men "ytterligare forskning är berättigat" för att bestämma vad dessa skillnader i hjärnaktivitet verkligen återspeglar hos rökare och icke-rökare, tillade de. "Kopplingen av de kvantliknande modellerna med neurofysiologiska processer i hjärnan ... är ett mycket komplicerat problem," sade Haven och Khrennikov. "Denna studie är av stor betydelse som det första steget mot dess lösning."
Modeller av klassiskt förstärkningslärande har visat "stor framgång" i studier av känslor, psykiatriska störningar, socialt beteende, fri vilja och många andra kognitiva funktioner, sade Zhang. "Vi hoppas att kvantförstärkningslärande också kommer att belysa och ge unik insikt."
Med tiden kommer kanske kvantmekanik att hjälpa till att förklara genomgripande brister i mänsklig logik, liksom hur denna fallbarhet manifesteras på nivån för enskilda neuroner.
