Квантовая механика и сознание

 

15.1.1. Квантовые парадоксы с позиции психолога [52]

 

Эйнштейн как-то сказал, что если, согласно квантовой теории, наблюдатель создает или частично создает наблюдаемое, то мышь может переделать вселенную, просто посмотрев на нее. Квантовая психология – наука 21 века объясняет, как наблюдатель создает наблюдаемое[53].

Шредингер, как было описано выше, рассуждал о коте, который и жив и мертв одновременно.

Вигнер дополнил аргументы Шредингера, показав, что кот, мертвый (или живой) для одного наблюдателя, оказывается и мертвым, и живым для другого.

Как утверждается в книге доктора Ника Херберта «Квантовая реальность», большинство физиков принимает копенгагенскую интерпретацию квантовой механики, предложенную Нильсом Бором. Согласно Хеберту, она сводится к тому, что «не существует никакой глубокой реальности». Доктор Дэвид  Бом, однако, говорит следующее: «Копенгагенское понимание отрицает, что мы можем делать какие-либо утверждения относительно действительности». Оба они отвергают копенгагенское понимание и уверены, что физика может делать утверждения о природе действительности. Я сэтим согласен, утверждает Р. Уилсон (а как это можно совместить с провозглашаемым далее автором отсутствием сущности у объектов? – А.Р.). Но «глубокая реальность» находится в совершенно другой сфере – сфере философских рассуждений доэкзистенциалистских философов (последователей Платона или Аристотеля).

Этот отказ говорить о глубокой реальности чем-то напоминает принцип неопределенности Гейзенберга и эйнштейновский принцип относительности, который утверждает, что невозможно узнать истинную длину прута, но лишь различные длины, измеренные в различных инерциальных системах.

Итак, первый пункт сходства между квантовой механикой и мозговым программным обеспечением – первый шаг к созданию того, что называется здесь квантовой психологией, - что изучение и «материи» и «сознания» заставляет нас подвергнуть сомнению привычные представления о реальности.

У меня нет никакой ученой степени по физике, говорит Уилсон. И если я достаточно хорошо понимаю квантовую логику, то это лишь потому, что трансакционная психология[54], наука о том, как мозг обрабатывает данные, имеет дело с той же роковой непредсказуемостью, которая вызывает столько нареканий в квантовой механике. Собственно, я мог бы даже сказать, что изучение науки о мозге лучше подготовит вас к восприятию квантовой теории, чем изучение классической физики.

Параллели между физикой и психологией не должны удивлять вас. Ведь человеческая нервная система – «ум», если говорить по-ненаучному, собственно, и создала современную науку, включая физику и современную математику. И в психологии, и в физике мы уже переросли средневековые аристотелевские понятия об «объективной реальности» и вошли в неаристотелевский мир, - хотя в обеих науках мы пока еще точно не знаем, какая новая парадигма придет на смену аристотелевской парадигме «истинное-ложное».

Планк и Эйнштейн фактически открыли, что человеческая нервная система, усиленная разработанными человеком инструментами, производит результаты не более (логически – А.Р.) «непогрешимые», чем просто человеческая нервная система без всяких инструментов [55]. (Инструменты зато дают больше фактов в единицу времени и потому делают умозаключение более обоснованным, но логичности не добавляют. – А,Р.)

«Чистое умозаключение» базируется на аксиомах, которые нельзя ни доказать, ни опровергнуть. Эти аксиомы появляются в сознании, приходя с уровня до-логического понимания.

Напомню, что мы говорим о тех аргументах, на которых создавалась наука. Одно время казалось, что она готова и способна разрешить все наши проблемы. Со всеми своими замечательными уравнениями и чудесными инструментами она вроде бы предлагала более надежный способ решения экзистенциальных [56] проблем, чем греческая логика. Предприниматели заметили это очень быстро и начали финансировать «научные исследования». Философы-рационалисты заметили это чуть позже и радостно высказали предположение, что со временем наука сможет выйти за пределы «практичности» и произвести на свет Чистую Истину.

Но затем Эйнштейн показал, что двое часов могут измерять время по-разному …. Абсолютная Истина снова ускользнула от нас!

Квантовая механика показала, что различные инструменты могут давать радикально отличающиеся «толкования» пространственно-временных событий в субатомном мире (корпускулярно-волновой дуализм – А.Р.). Поначалу это казалось физикам непостижимым, поскольку через три столетия после того как Галилей не оставил камня на камне от аристотелевской физики, они все еще мыслили категориями логики Аристотеля, в которой предмет должен быть либо волной, либо частицей и не может быть и волной, и частицей (точнее: то волной, то частицей), в зависимости от того, как мы смотрим на него.

Начнем подводить итоги: мы думали, что можем убежать от относительности и неопределенности наших органов чувств, построив «умные» инструменты, но теперь мы обнаружили относительность и самих инструментов. «…Что бы мы ни описывали, человеческий ум не может отделиться от этого» (доктор Джонс)[57].

Если мы не можем описать что бы то ни было «как оно есть», но только «как оно представляется нашему уму» (см. замечание выше – А.Р.), следовательно, у нас не может быть и чистой физики, а только нейрофизика – то есть физика, преломляемая через человеческую нервную систему.

Западная цивилизация достигла преждевременной определенности благодаря Платону и Аристотелю, затем достигла нового вида преждевременной определенности благодаря Аквинату и средневековым богословам, достигла третьей преждевременной определенности благодаря Ньютону и эпохе Разума и т.д. Западная цивилизация, судя по всему, не подозревала о том, что революции следующих двух десятилетий изменят ее и ее последний туннель реальности до такой степени, какую мы не можем предсказать в 1990 году.

Квантовая логика

Аристотель оставил нам всего два варианта для выбора: «истинно» и «ложно». Фон Нейман добавил к ним «может быть». Квантовая логика (КЛ) очень хорошо применима к повседневной жизни. Например, я подбрасываю монету. Она определенно подчиняется Аристотелевой логике и упадет либо орлом, либо решкой вверх. Но в каком состоянии существует монета, пока она кувыркается в воздухе? Она находится в фоннеймановском состоянии «может быть» до тех пор, пока не упадет на пол.

Что равняется вселенной?

Как считают благочестивые католики, вселенной равняется философия Фомы Аквинского. А вот с точки зрения благочестивых русских коммунистов, вселенной равняется идеология диалектического материализма. Впрочем, если не считать католиков, марксистов, объективистов и приверженцев кое-каких других воинствующих организаций вроде Комитета по научному расследованию сообщений о паранормальных явлениях (КНРСПЯ)[58] или твердокаменных баптистов, большинство из нас в нынешний технологический век, по крайней мере, смутно догадывается о том, что никакая комбинация слов - даже самая красивая – не может в точности равняться вселенной. Мы начинаем осознавать, что ничто не равняется вселенной, кроме самой вселенной.

Кот Шредингера и мышь Эйнштейна

Каждый раз, когда внешний или внутренний спусковой механизм вызывает в нас квантовый скачок из одного «я» в другое, меняется и окружающий нас внешний мир. Здесь автор развивает идею об отсутствии сущности у объектов[59].

По поводу кота Шредингера фон Нейман сказал бы, что до того как мы откроем коробку, вектор состояния имеет три значения: мертвый кот, живой кот и может быть. Эверетт, Уилер и Грэхем предлагают иную модель (ЭУГ). В этой модели вектор состояния никогда не коллапсирует. Каждый возможный исход проявляется в различных собственных состояниях (eigenstates, вероятностных множествах). Таким образом, в суперпространстве – это понятие было предложено Уилером[60] для решения совсем других задач (математической формулировки гравитации в эйнштейновской вселенной) – наш мир не одинок. Число таких параллельных миров Хью Эверетта, по оценке де Витта, более 10¹⁰⁰. Копенгагенские воззрения всегда будут казаться утверждением, что мы буквально создаем физическую вселенную, наблюдая её. А ведь это, в сущности, та позиция, которую отстаивал епископ Беркли, и её легко свести к карикатурному солипсизму[61]. Отсюда и знаменитое саркастическое замечание Эйнштейна о мыши, каждый новый взгляд которой на мир может его изменять.

Сравнение моделей микромира

Модель ЭУГ принимает основные уравнения квантовой механики в чистом виде, в то время как Копенгагенская модель и модель скрытой переменной увенчивают эти уравнения философской интерпретацией. В этом смысле модель ЭУГ является более экономичной. Современная наука обладает настолько сложной информацией, что в ее пределах возможно существование множества моделей. Некоторые называют такой либеральный копенгагенизм модельным агностицизмом и даже зететицизмом[62]. К модельному агностицизму примкнуло теперь большинство физиков. Модель ЭУГ вполне соответствует зететическому подходу, которого придерживается Уилсон в рассматриваемой книге.

Подобно тому как современная нейрология (скорее – психология – А.Р.) отрицает существование единой личности или «души» аристотелевского толка и говорит о множестве «я» в мозгу каждого человека, одна из ветвей квантовой теории также говорит о множестве «я». Другими словами, и квантовая механика, и наука о мозге утверждают, что все «я» из множества возможных одинаково реальны. В обоих случаях, как и в буддийской теории, о «единой личности» не может быть и речи.

Теорема Белла

В 1965 г. Джон С. Белл опубликовал работу[63]:

Если некоторая объективная вселенная в некотором смысле существует;

Если уравнения квантовой механики структурно подобны (изоморфны) этой вселенной;

То

Некоторый вид нелокальной связи существует между любыми двумя частицами, когда-либо входившими в контакт.

Получается нечто вроде симпатической магии (см.: Фрэзер, Золотая ветвь).

Справедливость второго положения теоремы Белла сомнений не вызывает, поскольку 90% современных технологий основаны на квантовой механике. Все доквантовые физические теории, включая теорию относительности, предполагали, что любые корреляции требуют связей.

В качестве простой модели мира физики доквантовой эпохи принимали бильярдный стол. Если лежащий на нем шар приходит в движение, причина лежит в механике (удар другого шара), полях (воздействие электромагнитного поля) или геометрии (искривление стола), но без причины шар двигаться не может.

В квантовой механике с 20-х гг. 20 в. нелокальные эффекты - корреляция без связей – казались многим физикам единственным объяснением поведения субатомных систем в некоторых случаях. Бор ввел понятие «нелокальный» в 1928 году. Белл обосновал это понятие математически, показав, что нелокальные эффекты действительно должны иметь место, если квантовая математика действует в наблюдаемом мире.

Представьте себе бильярдный стол без игроков, без тряски, без магнита. На нем внезапно шар А поворачивается по часовой стрелке, а шар Б - против часовой, причем мгновенно. Эти события не укладываются в теорию причинности, на которую опирается даже магия.

Юнгианская синхронистичность также содержит подобную нелокальную, некаузальную корреляцию. Большинству ученых из других наук до экспериментального подтверждения теоремы Белла казалось, что только психологи могут нести такую чушь. Рассмотрим следствия теоремы Белла для модели множественных вселенных.

В последнее десятилетие физики много говорили об «антропном принципе»: мы живем во вселенной, которая как будто специально предназначена для людей (изменения любой физической константы более чем примерно на 0,01% сделало бы появление человека в такой вселенной невозможным). Антропный принцип и предназначение сейчас имеют большее влияние, чем во времена Аристотеля и в теологическую эпоху.

Теорема Белла указывает, что в квантовом мире должны быть корреляции не только в пространстве, но и во времени. А последнее предполагает возможность путешествия вспять во времени, т.е. настройку Большого Взрыва под человека! Мы действительно приходим к миру, который изменяется целиком – в прошлом, настоящем и будущем – каждый раз, когда мы производим измерение. Выходит, если бы мышь Эйнштейна случайно включила измерительные инструменты, она действительно могла бы изменить весь мир.

По словам Уилера, наши эксперименты беспрестанно совершают нелокальные путешествия в пространстве-времени в соответствии с теорией Белла. В этих путешествиях они пересекают Большой Взрыв и все остальные события; при этом осуществляется так сказать тонкая настройка Большого Взрыва и вселенная вокруг нас становится антропной. Мы создали ее для себя. Короче говоря, мы не нуждаемся в сверхъестественной фигуре Конструктора. Тем не менее, мне кажется решительно странным (слова Уилсона – А.Р.)), что Конструктор появляется в качестве меня, вас и того парня в интерпретации квантовой механики, предложенной более 60 лет назад Эддингтоном (Философия физической науки), который не был последователем теории нелокальных корреляций и обратной временной причинности[64]. Неаристотелевская логика имеет дело с экзистенциально-операциональными вероятностями. Аристотелевская логика имеет дело с определенностями, и, ввиду того, что на протяжении всей нашей жизни этих определенностей нам не хватает, аристотелевская логика подсознательно программирует нас на выдумывание фиктивных определенностей[65].

Эта погоня за фиктивными определенностями, по мнению автора, лежит в основе большинства идеологий и почти всех религий нашей планеты (автор, по-видимому, исключает из их числа буддизм – А.Р.).

Неопределенность (вероятностный характер? – А.Р.) квантовых уравнений – как бы полезны они ни были в привычных технологиях - оставляет вероятностную дыру, через которую однажды может войти новая квантовая теория. Другими словами, тот факт, что мы не можем пока избавиться от неопределенности, не обязательно свидетельствует об ограниченности научного метода (как утверждал Бор) или об ограниченных возможностях научного метода и человеческой нервной системы (как утверждаю я – т.е. Р. Уилсон – А.Р.). Неопределенность может попросту свидетельствовать о «незавершенности» квантовой механики. В конце концов, аргумент Эйнштейна (недовольство вероятностным характером квантовой теории – А.Р.) вырос в гипотезу о существовании «скрытой переменной». Предположим, что однажды мы обнаружим переменные, на сегодня неизвестные, которые объяснят «коллапс» вектора состояния. Если это случится, Копенгагенская интерпретация станет историей – вместе с трёхзначной логикой фон Неймана, моделью множественных миров и уродливым потомством Кота Шредингера и Друга Вигнера.

Возражения против существования скрытых переменных

Первое. Скрытые переменные все еще остаются неопределенными и, похоже, могут остаться такими навсегда, превратившись в шум.

Второе. За 50 лет существования квантовой теории не было ни одного доказательства существования скрытой переменной. Научное сообщество решило от этой гипотезы отказаться. Так казалось, пока Бом не предложил новый тест для теоремы Белла, а доктор Аспект из Орсе не провел этот тест несколько раз и не доказал наличие нелокальной корреляции. По этому вопросу еще идут споры между физиками. Не доказана невозможность нелокальной скрытой переменной. Если говорят, что две частицы или два события имеют нелокальную корреляцию, это значит, что связь между ними будет сохраняться в отсутствие между ними сигналов, полей, механических сил, энергии и любых других «причин».

Доктор Бом говорит о неком явном порядке, которым он занимался. Этот явный порядок грубо соответствует аппаратному обеспечению компьютера или нашему головному мозгу. Нейролог доктор Карл Прибрэм (лауреат Нобелевской премии – А.Р.) с помощью модели Бома даже объясняет некоторые загадки функционирования головного мозга.

Относительность Эйнштейна упразднила дихотомию пространства и времени, а современная психосоматическая медицина избавляется от разделения «души» и «тела», модель Бома подрывает традиционный дуализм «сознания» и «материи». Информация, не обладающая локальностью, во многом напоминает индуистское понятие Брахмана, китайское Дао, «Большой Ум» Олдоса Хаксли и «Сознание Будды» буддизма махаяны.

«Сознание Будды» - это не «Бог», - постоянно объясняют буддисты. Западным людям трудно понять религию без «Бога». Но Брахман в индуизме также не имеет ни личности, ни локальности, ни характера (или рода). Доктор Капра в «Дао физики» принимает бомовскую нелокальную модель квантовой теории и приходит к выводу, что квантовая теория утверждает то же, что всегда утверждал даосизм.

Доктор Эван Гаррис Уокер идет дальше. В своей работе «Квантовый антрополог» (1975) – кстати он физик, а не антрополог – развивает нео-бомовскую модель скрытой переменной, в которой сознание вообще не обладает локальностью и кажется нам локализованным вследствие ошибок нашего восприятия. В этой модели наш «разум» вообще не находится в нашем головном мозге, а нелокально проницает-трансцендирует пространство-время в целом. Наш мозг просто «настраивает» это нелокальное сознание (что звучит уже совсем в духе хакслиевского «Большого Ума»). Доктор Уокер приводит математическую модель этого нелокального «я» и с ее помощью предсказывает частоту проявления предполагаемого психокинеза парапсихологов. Его результаты подтверждаются теми, у кого успешно получаются опыты с психокинезом. Более подробно сведения о модели Уокера и ее связи с парапсихологией можно найти в его работе или в книге Новая инквизиция Уилсона.

Последние достижения квантовой механики открывают возможности для более быстрого продвижения в понимании «паранормальных» и «трансцендентных» состояний. Китайцы определяют нелокальный опыт с помощью отрицаний – «не ум», «неделание», «несуществование» и даже «не-несуществование». Очевидно, нам потребуется еще не менее полувека для научного освоения этого уровня квантовой психологии.

Я бы счел вершиной интеллектуальной лени и ментальной некомпетентности, пишет Р. Уилсон, если бы решил компенсировать словом «Бог» ограниченность моего воображения и словаря. Как я пытался показать в своих нехудожественных книгах и драматически подчеркнуть в художественных, то, что мы воспринимаем, зависит от того, что мы считаем возможным. То, что некоторые называют моим «кощунственным оптимизмом», просто основывается на моем фундаментальном агностицизме.

 

15.1.2. Квантовые парадоксы с позиции физика [66]

Рассматриваются концептуальные вопросы квантовой теории измерений, которые находят свое выражение в известных парадоксах, а также в неравенствах Белла. Приводятся аргументы в пользу того, что разрешить эти проблемы вряд ли возможно без непосредственного включения сознания наблюдателя в теоретическое описание квантового измерения. В этой связи обсуждается так называемая многомировая интерпретация квантовой механики, предложенная Эвереттом, а также расширение концепции Эверетта, заключающаяся в том, что разделение квантового состояния на компоненты, соответствующие альтернативным результатам измерения, не только связывается с сознанием наблюдателя, но и полностью отождествляется с ним. Показывается, что такой подход открывает качественно новые перспективы объединения физики и психологии и, более широко, естественнонаучной и гуманитарной сфер познания. Это может привести к расширению теории сознания и пролить свет на важные и до сих пор не понятые явления в сфере сознания.

В 2000 году редакцией журнала «Успехи физических наук» была инициирована дискуссия по методологии квантовой физики. Особенность квантовой физики, отличающая её от всей остальной физики, состоит в том, что процесс измерения в ней не удается представить как вполне объективный, абсолютно не зависящей от наблюдателя. Эта черта квантовой механики противоречит нашей интуиции и при первом знакомстве неизбежно вызывает непонимание и порождает «проблемы измерения». Ни решить её должным образом, ни отказаться от неё как от ненаучной не удается вот уже несколько десятилетий.

В отечественной литературе эта проблема практически не обсуждалась, хотя в пятидесятых годах она вызывала бурные и эмоциональные дискуссии. За рубежом, напротив, обсуждение этого вопроса в физической литературе активизировалось и стало более широким. Так или иначе, недостаточное понимание сути вопроса среди физиков существенно снизило уровень дискуссии.

В первой части статьи показывается, почему процедура редукции состояния является отступлением от квантовой механики и истолковывается апелляцией к понятию «классический прибор» (как в копенгагенской интерпретации квантовой механики), взаимодействие с которым каким-то таинственным образом меняет линейность квантовой механики. Вместо этого можно апеллировать к сознанию наблюдателя, явным образом введя его в описание измерения, как это сделано в интерпретации Эверетта (многомировой).

Во второй половине статьи автор подробно останавливается на этой интерпретации, которая представляется наиболее перспективной для решения проблемы измерения. Автор опирается на гипотезу Эверетта об отождествлении сознания с разделением квантового мира на классические альтернативы, соответствующие альтернативным результатам измерения. Полное отождествление сознания с тем, что происходит при измерении радикально меняет точку зрения на всю проблему и особенно на феномен сознания. В результате возникает связь между физикой и психологией и, в более общем плане, между естественнонаучной и гуманитарной сферами человеческого познания.

Одна из особенностей квантового измерения состоит в том, что квантовую систему невозможно измерить (т.е. получить какую бы то ни было информацию о ней) не возмутив при этом ее состояние, причем тем сильнее, чем больше информации извлекается при измерении. Многие физики не знают да и знать не хотят о «проблеме измерения». Она и действительно необычна, хотя бы потому, что наиболее ясные ее формулировки имеют форму парадоксов, например парадокс кота Шредингера и парадокс друга Вигнера (1961 г.). А физики практического склада не интересуются парадоксами, коль скоро задачи, которые им нужно решить, можно сформулировать корректно.

Рассматривая парадокс кота Шрёдингера и друга Вигнера, автор делает заключение о том, что описание состояния системы зависит от того, осознал ли экспериментатор состояние системы или нет. Если в сознание наблюдателя входит информация о результате измерения, то описание состояния становится таким, которое не может получиться при эволюции, описываемой линейным оператором.

Декогеренция – это переход чистого состояния в смешанное.

Чрезвычайно существенно, что особенности квантовых измерений невозможно объяснить (разрешить парадоксы) никаким логически простым способом.

Неравенства Белла возникают при анализе экспериментов типа Эйнштейна – Подольского - Розена (ЭПР). Наиболее наглядная форма опыта типа ЭПР заключается в распаде частицы со спином 0 на две со спином +1/2 и -1/2. Существование хотя бы вероятностного распределения спинов еще до измерения характерно для классической физики и получило название «локальный реализм». Белл показал, что в предположении локального реализма результаты измерений в опыте ЭПР обязательно должны удовлетворять некоторым неравенствам (Белла). Таким образом, проведя измерения и проверив, выполняются ли неравенства Белла, можно проверить, имеет ли место локальный реализм.

Выполнение этих неравенств было проверено (правда, не с частицами спина 1/2, а с поляризованными фотонами, но это эквивалентная ситуация) экспериментально. Первый результат был опубликован Аспектом с соавторами. Оказалось, что неравенства Белла нарушаются. Следовательно, предположение об априорном существовании распределения по проекциям спинов (из которого выводятся неравенства Белла) экспериментально опровергнуто. Это значит, что неверным оказывается привычное (и обязательное в классической физике) представление о том, что свойства, наблюдаемые при измерении, реально существуют еще до измерения. При квантовых измерениях это не так: свойства, обнаруженные при измерении могут вообще не существовать до измерения.

Суперпозиция, существовавшая до измерения, не исчезает в результате действия прибора, по крайней мере, до тех пор, пока наблюдатель не осознает результат измерения. Изменения, при котором исчезают все члены суперпозиции, кроме одного, было введено в квантовую механику постулатом редукции фон Неймана (коллапс волновой функции).

Постулат редукции в квантовой механике кажется чужеродным, он делает ее эклектичной. Почему система должна иначе эволюционировать, когда она подвергается измерению? Возможны поиски другого пути, не опирающегося на картину редукции, для избавления от парадоксальности квантовой механики. Один из многообещающих путей для этого – отказ от постулата редукции в рамках концепции Эверетта, о которой мы будем говорить далее.

 

Проблема измерения: этапы исследования

Первый этап был реализован основателями квантовой механики и дал копенгагенскую интерпретацию, основанную на редукции фон Неймана. Когда стало ясно, что первый этап мало что дал для решения «проблемы измерения», начался второй этап, который проходил в рамках копенгагенской интерпретации. Вопрос о понимании стал казаться лишним.

В 1957 г. вышла статья Эверетта, в которой была предложена очень смелая и принципиально новая «многомировая» интерпретация квантовой механики. Постепенно она приобрела вес. Этот этап начался два десятилетия назад и продолжается до сих пор. Квантовая механика изменилась за это время по существу, став инженерной наукой и охватив большое число физиков. Квантовая механика осваивала все новые области, поэтому консерватизм квантово-механического сообщества значительно уменьшился. На этом этапе появилась необходимость описывать не только ансамбли, но и индивидуальные системы. Ансамблевая идеология, в которой концептуальных проблем вообще не возникает, стала явно недостаточной.

Кроме того, появились принципиально новые приложения квантовой механики – квантовая информатика -, которые включали квантовую криптографию, квантовую телепортацию и, главное, квантовый компьютер. Возникшие на этой основе новые технологии существенно использовали как раз те специфические черты квантовых систем, которые порождают «проблему измерения». Для разработки квантово-информационных систем вообще и квантовых компьютеров в особенности нужно было гораздо более глубокое понимание сути квантовой механики, ее отличий от классической. Помимо этого, нужно было уметь корректно описывать поведение таких систем, которые обладают одновременно и квантовыми, и классическими свойствами.

Концепция Эверетта и разделение альтернатив

Многомировая интерпретация, или интерпретация Эверетта, ранее считавшаяся слишком фантастической, в последние два десятилетия активно обсуждается и принята большим количеством специалистов. Достаточно полные сведения по этому вопросу можно найти в обзоре Вайдмана, включенном в стэнфордскую энциклопедию по философии[67]. Автор пользуется ею. Отметим еще раз, что постулат редукции фон Неймана чужд квантовой механике и принят в ней (ценой эклектичности) лишь для того, чтобы быстро и легко обойти концептуальные проблемы, не решая их по существу, и перейти к практическим расчетам.

Так, согласно редукции фон Неймана, от исходной двухкомпонентной суперпозиции остается лишь одна (та или иная) компонента, а линейность квантовой механики требует, чтобы все члены суперпозиции сохранились. При измерении происходит лишь запутывание измеряемой системы с окружением. Концепция Эверетта пытается учесть этот аргумент последовательно. Нельзя выбросить ни одного члена из этой композиции, коих может быть много, даже бесконечное число. Если их не выбрасывать, то все их нужно интерпретировать, что и сделал Эверетт.

В концепции Эверетта (точнее в эквивалентной ей многомировой интерпретации) предполагается, что различные члены суперпозиции соответствуют различным классическим реальностям, или классическим мирам, которые равноправны (картина многих миров Эверетта – Уиллера - ДеВитта). Как же быть с сознанием наблюдателя? Оно расслаивается на столько же миров, и в каждом видит то, что этому миру присуще. Условно можно сказать, что сознание разделяется на компоненты, каждая из которых воспринимает лишь один классический мир. Однако согласно концепции Эверетта, на самом деле имеются как бы «двойники» этого наблюдателя, ощущения которых дают каждому из них картину того мира, в котором «живет» именно он. Ситуация трудна для понимания: Все альтернативы реализуются, и сознание наблюдателя разделяется между всеми альтернативами. Однако индивидуальное сознание субъективно осуществляет выбор (селекцию) одной альтернативы. В любом эвереттовском мире все наблюдатели видят одно и то же с точностью до погрешностей их восприятия. На первый взгляд концепция фантастическая и слишком сложная.

Однако не только ветвление мира, но даже представление о том, что измерение происходит одновременно сразу во всех точках конечной области (в которых отлична от нуля волновая функция) является излишне упрощенным и не соответствующим специальной теории относительности (СТО). Согласно СТО одновременность событий в различных точках вообще нельзя определить. Все эти трудности возникают из-за идеализации мгновенного измерения. Они исчезают при переходе к картине непрерывного измерения (далее: коридоры путей)

Имеется одно действительно существенное возражение против концепции Эверетта: эту концепцию невозможно проверить. Мы же считаем, что концепцию Э. можно проверить, правда, экспериментами особого рода - наблюдением над индивидуальным сознанием. Об этом поговорим в конце статьи, а сейчас уточним, как понимать сознание в рамках концепции Эверетта.

Отождествление сознания с разделением альтернатив.

Два аспекта квантового измерения – декогеренция и селекция (выбор) альтернативы имеют различный статус в квантовой механике. В декогерентности нет ничего непонятного. Она порождается запутыванием (entanglement) измеряемой системы с измерительным прибором из-за их взаимодействия.

Чужеродным квантовой механике является второй аспект квантового измерения – селекция одного из всех имеющихся альтернативных результатов. Альтернативно селекцию можно описать как переход от чистого (но запутанного) состояния измеряемой системы и прибора к состоянию, описываемому лишь одной из компонент этой суперпозиции. Законами эволюции квантовых систем такой переход (редукция состояния) не предусмотрен. Как уже отмечалось, введен он в квантовую теорию измерений (в форме постулата редукции) искусственно, чтобы описать то, что наблюдается реально при измерениях квантовых систем классическими приборами, однако это описание эклектически соединяет квантовую теорию с классической. Если считать квантовую теорию правильной и быть последовательным, то нужно признать, что редукция вообще не может происходить и следует исключить ее из теории. Это и делается в концепции Эверетта. Требуется, однако, как-то объяснить, почему наблюдатель всегда видит лишь одну альтернативу.

Селекция альтернативы происходит в сознании наблюдателя. Так считал и Эверетт. Мы же усилим это положение, и будем считать, что сознание отождествляется с селекцией альтернативы. Сознание будем понимать расширительно: способность человека (и любого живого существа), называемая сознанием, - это то же самое явление, которое в квантовой теории измерений называется редукцией состояния или селекцией альтернативы, а в концепции Эверетта фигурирует как разделение квантового мира на классические альтернативы. Эта гипотеза отождествления не является совершенно новой. Она тесно связана с такими вариантами интерпретации Эверетта, как понятие «многих разумов». Нам представляется, что наша интерпретация легче для понимания и более плодотворна.

Сознание оказывается общей частью квантовой физики и психологии, а тем самым – общей частью естественнонаучной и гуманитарной сфер. Речь идет о самом глубоком (и самым примитивном) пласте сознания, лежащем на границе сознания.

Уточним понятие измерения и его альтернативных результатов, перейдя от мгновенных к непрерывным измерениям. Непрерывное измерение можно представить как последовательность большого количества мгновенных измерений. Простейшим примером спонтанно возникающего непрерывного измерения может служить квантовая диффузия. На своем пути диффундирующая частица взаимодействует с молекулами среды. В результате состояние молекул меняется, так что в резервуаре (т.е. окружающей среде) остается информация о положении движущейся частицы и ее импульсе, происходит измерение (с некоторым конечным разрешением) траектории этой частицы. Обратное влияние окружающей среды (резервуара) на частицу можно рассматривать как эффект ее измерения этой средой.

Классические альтернативы – условие существования жизни

Требование классичности альтернатив позволяет построить теорию измерений, которая соответствует наблюдениям. Требование классичности альтернатив можно обосновать теоретически, если принять интерпретацию Эверетта и ее расширение, т.е. отождествить разделение альтернатив с сознанием.

Если принять концепцию, которая обсуждалась в этом разделе, то можно сказать, что классического мира вообще объективно не существует, а иллюзия классического мира возникает лишь в сознании живого существа. Интересно, что к такому странному с точки зрения физики выводу приводит сама физика, правда, лишь в том случае, если мы доводим её до логической полноты, избегая удобной эклектики типа копенгагенской интерпретации с постулатом редукции.

Возникает вопрос можно ли проверить сказанное в отношении сознания? В следующих разделах мы обсудим, как можно подтвердить это предположение наблюдением над сознанием. А сейчас заметим, что прямыми физическими экспериментами можно проверить, по крайней мере, принципиальную возможность реального существования такого «квантового сознания». Для этого нужно построить его модель с помощью квантового компьютера.

Действительно, в квантовом компьютере эволюционируют квантовые состояния, представляющие собой суперпозиции (чего? – А.Р.) с большим числом компонент. Каждая компонента суперпозиции несет некоторую информацию, например, двоичное число, а эволюция всей суперпозиции обеспечивает квантовый параллелизм, т.е. одновременное преобразование всех этих вариантов классической информации. В модели квантового сознания отдельные компоненты суперпозиции могут моделировать альтернативы, на которые сознание разделяет квантовое состояние, а информация, содержащаяся в каждой компоненте, - состояние живого существа и его окружения. Задача состоит в том, чтобы сформулировать критерий выживания и подобрать закон эволюции таким образом, чтобы эволюция каждой из альтернатив (компонент суперпозиции) была предсказуемой и выживание в этой эволюции возможным. При наличии квантового компьютера задача эта принципиально разрешима.

Как известно, квантовые компьютеры, которые сулят необыкновенные новые возможности, до сих пор не реализованы, и некоторые даже сомневаются, что они будут реализованы в будущем (об этом сказано в обзоре Валиева, УФН, 2005). Однако это относится к компьютерам с числом ячеек порядка тысячи и более. Что же касается квантовых компьютеров с числом ячеек прядка десяти, то они реализованы уже сейчас. Возможно, что уже на таких маломощных компьютерах в сравнительно близком будущем можно попытаться реализовать модель «квантового сознания».

На краю сознания

1. Сознание может сделать вероятным некоторое событие, даже если по законам физики (квантовой механики) вероятность этого события мала. Тогда происходящее может выглядеть как чудо. Правда, не всякое чудо возможно, а только чудо с ненулевой вероятностью.

    2. В рамках концепции Эверетта становится возможной еще одна радикальная гипотеза. В этой концепции сознание в целом охватывает весь квантовый мир, т.е. все его «классические проекции». Представляется вполне возможным, что индивидуальное субъективное сознание, которое живет в некотором эвереттовском мире (в некоторой классической реальности), при определенных условиях может выходить в квантовый мир в целом, «заглядывать» в другие альтернативы, в другие реальности, а не сводить все к одной альтернативе, одной редукции. Ибо все альтернативы одинаково реальны, а сознание просто выбирает одну из них. Тогда человек способен не только мысленно представить, но также непосредственно воспринять некоторую «другую реальность», в которой он также мог бы жить.

Для этого перегородки между альтернативами должны исчезать или становиться проницаемыми. Поскольку появление перегородок – это осознавание, то перегородки исчезают или становятся проницаемыми «на границе сознания», когда сознание почти исчезает. Такие состояния называются трансом.

3. «Отождествление» разделения альтернатив в квантовой физике с явлением осознавания в психологии следует понимать как отождествление самых глубоких слоев соответствующих явлений, принцип, на котором эти явления основаны, но не их проявления, которые в столь разных сферах могут быть совершенно непохожими.

Среди тех необычных явлений в области психики, которые могут иметь отношение к нашей концепции, упомянем особые состояния сознания типа транса, в частности состояние сознания во время сна, а также невербальное и неконтролируемое мышление, которое играет большую роль в науке и для объяснения которого, по мнению Пенроуза [49, гл. 10], необходимо привлечь квантовую физику.

Явление невербального мышления известно меньше. Поясним, что имеется в виду. Обычно мышление ученого считают строго логичным. И это действительно так на первом и заключительном этапах (когда фомулируется проблема и когда формулируются результаты ее решения). Но ключевой этап работы ученого, который собственно и приносит результат, это открытие. И оказывается, что на этом этапе мышление ученого часто, а может быть и всегда, принимает невербальную форму и происходит неконтролируемо, независимо от его воли (однако после напряженной и вполне контролируемой работы на предшествующих этапах).

Роджер Пенроуз в книге «Новый ум короля» [49] приводит примеры важных открытий, сделанных в невербальной форме. Быть может самое поразительное в приводимых им свидетельствах великих ученых – это то, что в момент открытия при отсутствии формальных доказательств истинности своего прозрения они чувствуют, что оно истинно. Это необыкновенное и в то же время чрезвычайно важное явление невозможно объяснить обычным способом. Кажется возможным объяснить это тем, что сознание в этот момент выходит в квантовый мир. Напрашивается аналогия, что научное открытие происходит «на границе сознания». Отсюда следует практическая рекомендация. После напряженной предварительной работы над проблемой, в момент, когда требуется «угадать ключ к её решению», полезно на время «отключить» сознание от этой проблемы, переориентировав его на что-то другое, даже на развлечение. Работа над проблемой будет продолжаться теперь уже на уровне подсознания (или сверхсознания), что и требуется для «открытия». Близкие рекомендации часто встречаются в литературе по научной методологии.

Есть и еще много удивительных явлений в сфере сознания, и многие из них, по-видимому, вполне достоверны. Надежда на то, что они могут получить объяснение, оправдывает некоторый риск, на который приходится идти, делая предположения, формально пока недоказуемые.

4. Необыкновенные проявления сознания соблазнительно для ученого вообще исключить из рассмотрения как ненаучные. Однако вряд ли можно так легко отмахнуться от того, что существует тысячелетия и представляет, быть может, наиболее устойчивое явление в сфере духовной жизни человека. Восточные философии прямо призывают человека работать с собственным сознанием (дзен-буддизм и близкие к нему направления). Дзен – это то трудноуловимое состояние, которое невозможно точно передать словами, но приблизительно можно охарактеризовать как «корень сознания», «начало сознания» или «предсознание». Это то трудноуловимое состояние, которое предшествует появлению сознания. Учеников призываются работать со своим сознанием до тех пор, пока они не смогут уловить это ощущение «быть между сознанием и отсутствием сознания».

Нетрудно видеть, что понятие «дзен» очень похоже на тот наиболее глубокий или наиболее примитивный пласт сознания, который в концепции Эверетта можно отождествить с разделением альтернатив.

Необходимость новой методологии

Принимая в концепции Эверетта гипотезу об отождествлении сознания с разделением альтернатив и получая расширенную концепцию Э., мы замечаем, что в таком виде ее можно проверить. Правда, эта проверка уже не вписывалась бы в рамки привычной методологии физики. Она предполагает работу с индивидуальным сознанием. В этом случае воспроизводимости результатов, столь важной в науке, не так-то легко достигнуть (йога! – А.Р.). Не говоря уж об объективности! Ведь для скептика вероятность увидеть маловероятное событие («чудо») остается малой.

Приходится признать, что, рассматривая предположение о влиянии сознания на вероятности альтернатив, следует гораздо более осторожно, чем это принято в естественных науках, рассматривать критерии истинности. Это значит, что либо расширенная методология Эверетта не может быть включена в русло физики (и вообще естественных наук), либо методология этих наук должна быть существенно расширена. Новая методология должна, во-первых, допускать эксперименты с индивидуальным сознанием или наблюдения над ним в качестве инструмента для проверки теории, а во-вторых, учитывать возможное влияние априорных установок на результаты наблюдений.

Было бы очень странно, если бы рассмотренное нами расширение концепции Эверетта, было бы отвергнуто только потому, что оказалось несовместимым с существующей научной методологией. Скорее всего, если отмеченные возможности получат подтверждение, работа в этом направлении будет продолжена. По аналогии с внедрением неевклидовых геометрий на заре теории относительности.

Заключение. Ситуация, сложившаяся с «проблемой измерения» в квантовой механике, уникальна. Скоро уже век, как эта неожиданно возникшая проблема не решается. При решении такой проблемы следует быть готовым к неожиданностям, чтобы не забраковать ростки истины из-за того, что они выглядят непривычно.

На наш взгляд, решение будет достигнуто в направлении, намеченном концепцией Эверетта, которая в последние десятилетия привлекает очень большое внимание. В контексте новых квантово-механических задач, в частности теории и практики квантовых компьютеров, некоторые исследователи (в частности Дэвид Дойч [37]) используют концепцию Э. как удобный язык для конкретных исследований. Хотя это и субъективно, но в концептуальных исследованиях концепция Э. видимо дает новое качество. Нам кажется перспективным дальнейший шаг – полностью отождествить сознание с разделением квантового мира на эвереттовские альтернативные миры. Важно, что так расширенную концепцию в принципе можно проверять наблюдением над индивидуальным сознанием. Близкие (в некоторых пунктах совпадающие) построения предпринимались разными авторами, что видно из ссылок. Особенно много писали о связи сознания с редукцией функции состояния как в рамках концепции Эверетта, так и вне её.

Резюме в связи с расширенной концепцией Э.

1) Набор альтернатив, характерный для квантовой теории измерений, интерпретируется как множество равноправных проекций квантового мира, называемых эвереттовскими мирами.

2) Разделение квантового мира на альтернативы отождествляется с функцией живых организмов, называемой сознанием.

3) Классический характер каждой из альтернатив определяется тем, что обеспечивает стабильность и предсказуемость окружающего мира, как он воспринимается сознанием, что является необходимым условием жизни.

4) В особых состояниях (на грани бессознательного) индивидуальное сознание получает доступ к квантовому миру за рамками одной классической проекции. Это может объяснять наблюдаемые иногда необычные явления в области психики, которые играют центральную роль в ненаучных формах познания духовной жизни человека (восточные философии, религия).

Пункт 3 наиболее важен. Он объясняет, почему при измерении (осознавании) происходит расслоение квантового мира именно на классические альтернативы (являющиеся проекциями единственно реального квантового мира). Эта ситуация оказывается необходимым общим свойством всех живых существ, т.е. определением жизни. В.Л. Гинзбург [54, гл. 1] выделяет среди трех «великих» проблем проблему интерпретации квантовой механики и вопрос о редукционизме, т.е. вопрос о том, можно ли объяснить феномен жизни на основе уже известной физики. Мы видели, что концепция Э. естественно соединяет в себе обе эти проблемы и в известном смысле сводит одну из них к другой.

Более того, последняя из трех «великих» проблем [54], вопрос о возрастании энтропии, необратимости и «стреле времени»[14] может иметь отношение к обсуждаемой нами концепции. Мир, подчиняющийся квантовой механике, из которой исключен постулат редукции, остается обратимым. Необратимость, проявляющаяся как выбор той или иной альтернативы, фигурирует лишь как феномен сознания. Другими словами, для квантовой механики, описывающей неживую материю, характерно описание в терминах 4-мерного пространства-времени, в котором все моменты времени рассматриваются как равноценные, а представление о «ходе времени», об отношениях между настоящим, будущим и прошлым, а с ними и необратимость появляются лишь при описании феномена жизни.

В изложенной программе, как и вообще в области концептуальных проблем квантовой механики, многое нельзя обосновать и приходится принимать в качестве гипотез, что может создать впечатление дилетантизма. Однако на самом деле такой характер исследований неизбежен в данной области науки на данном этапе. Дело в следующем. Даже после того, как особая роль сознания в квантовой теории измерений стала казаться очевидной, решение вопроса пытались найти в привычном для физиков направлении: описать свойства той материальной субстанции, которая порождает сознание (это мог быть мозг или какая-нибудь структура внутри него). Серьезные надежды возлагались в этой связи на теорию декогеренции. Однако со временем стало ясно, что усилиями в этом направлении проблему решить не удаётся. С этого времени все чаще стали понимать сознание как некое явление, которое можно описать феноменологически, но нельзя вывести из известных свойств (квантовой) материи. Ясно, что элементы такого описания могут вводиться в теорию лишь как гипотезы. Т.о., наличие гипотез указывает скорее не на дилетантизм подхода, а на то, что мы имеем дело с начальным этапом нового направления в науке.

Работа в рамках концепции Э. требует расширения методологии и в каком-то смысле выводит за рамки физики и даже вообще естественных наук. Это, конечно, должно вызывать настороженность и критику. Однако вопрос кажется чрезвычайно важным, и это оправдывает даже рискованные шаги. В случае успеха в решении концептуальных проблем квантовой механики наверняка эта наука, да и вообще физика, поднимется на качественно новый уровень понимания природы. Можно надеяться, что возникнет продуктивный симбиоз физики с психологией, да и с другими средствами познания духовной жизни человека. [5]. Главным в этой «проблеме века» является, на наш взгляд, поиск не математических, а концептуальных решений.

Резюме по 15.1. Тенденция к сближению физики с психологией, или даже в целом естествознания с гуманитарными науками, видны в том, что с позиций психологии приходят к физике, а с позиций физики – к психологии. В предчувствии будущего квантового компьютера физик говорит о возможности построения простейшей модели сознания.

Квантовый компьютер

Информатика, как и термодинамика, пользуется понятием энтропии (как меры неупорядоченности) – энтропии по Шеннону. В свое время Д. Максвелл в поисках оружия против «тепловой смерти» изобрел своего «демона» - мифическое существо, которое могло наблюдать молекулы и управлять ими. Разделив сосуд с газом на две части и собирая более быстрые молекулы в одной из них, демон смог бы, не производя работы, уменьшить энтропию системы.