Окончание. См. № 2, 4, 6, 8, 10, 12, 16, 18/07

Проф. М.Б.МЕНСКИЙ
ФИАН им. П.Н.Лебедева, г. Москва

mensky@lebedev.ru

Странности квантового мира и тайна сознания

Гл. 7. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Мы рассказали в этой книге о самой, пожалуй, эффективной и самой таинственной науке, созданной человеком, – о квантовой механике. Во­первых, мы попытались проследить, как при создании квантовой механики гениальные мыслители шаг за шагом преодолевали беспрецедентные трудности, стоявшие на их пути. Мы увидели, как постепенно не только были найдены новые, квантовые законы природы, управляющие микромиром, но и разработан совершенно новый взгляд на природу и её познание.

Во­вторых, мы на небольшом количестве примеров увидели, как квантовая механика позволяет создавать новые технологии, которые постепенно входят в жизнь и становятся её неотъемлемой частью. Познакомились мы и с принципами, на которых основаны технологии квантовой информатики, разработанные совсем недавно и ещё не полностью реализованные.

В-третьих, и это, пожалуй, главное, мы подробно обсудили так называемую проблему измерения, концептуальную проблему, которая радикально отличает квантовую механику от всех других наук. Возникнув в рамках физики, эта проблема в ходе её решения заставляет выйти за эти рамки и вообще за рамки естественных наук. В ходе рассмотрения проблемы измерения приходится ставить философские и мировоззренческие вопросы. Вполне возможно, что в конце концов это перевернёт наши представления о том, что такое «сознание», как оно относится к реальности и что такое вообще «реальность».

Ситуация, сложившаяся с проблемой измерения в квантовой механике, уникальна. Скоро уже век как эта неожиданно возникшая проблема не решается, однако снова и снова, на всё более широкой основе, подтверждается, что она всё ещё существует и ждёт своего решения (см., например, книгу академика М.А.Маркова «О трёх интерпретациях квантовой механики», Наука, Москва, 1991, и статью нобелевского лауреата академика В.Л.Гинзбурга «Какие проблемы физики и астрофизики представляются особенно важными и интересными в начале XXI века?» в сборнике: В.Л.Гинзбург, «О науке, о себе и о других: статьи и выступления», 3е изд., дополненное, Физматлит, Москва, 2003).

Такая ситуация скорее всего означает, что решения проблемы следует ждать в совершенно неожиданном направлении или что характер решения будет непривычным с точки зрения стереотипов, сложившихся в физике. По этой причине при оценке предлагаемых решений следует всегда быть готовыми к неожиданностям, чтобы не забраковать пробивающиеся ростки истины изза того, что ничего похожего на них в физике никогда не появлялось. Уверенность в том, что проблема не является пустой, надуманной или схоластической, придаёт список великих учёных, работавших над ней. Сошлёмся на Бора, Эйнштейна и Шрёдингера¹, но кроме них в этом списке ещё Гейзенберг, Паули, Уилер и многие другие.

По всей видимости, решение проблемы измерения будет достигнуто в направлении, намеченном концепцией Эверетта. Эта в высшей степени необычная и смелая концепция в последние десятилетия привлекает очень большое внимание. Дело не ограничивается лишь такими абстрактными вопросами, как «проблема измерения». В контексте новых квантовомеханических задач, в частности, теории и практики квантовых компьютеров, некоторые исследователи, например, один из создателей квантовой информатики Дэвид Дойч, используют концепцию Эверетта как удобный язык для конкретных исследований². Разумеется, это очень субъективно, и большинство физиков даже в области квантовой информатики пользуются обычным квантовомеханическим языком. Однако в концептуальных проблемах интерпретация Эверетта, видимо, даёт новое качество.

Квантовое измерение отличается от классического тем, что в ходе измерения реальность не просто выявляется, но создаётся (те свойства измеряемой системы, которые обнаруживаются измерением, не существовали до измерения). Интерпретация Эверетта непосредственно вводит в квантовую механику сознание наблюдателя, связывая появление реальности при измерении именно с осознаванием её наблюдателем. Технически это можно представить как разделение состояния квантового мира на классические альтернативы, осознаваемые независимо друг от друга.

Оказывается, что полезно не просто функционально связать, но полностью отождествить сознание с разделением квантового мира на классические реальности (или, что то же, на эвереттовские альтернативные миры)³. Развитие концепции Эверетта, опирающееся на такое отождествление, имеет то преимущество, что допускает проверку с помощью наблюдений над индивидуальным сознанием, тогда как интерпретация Эверетта в её первоначальном виде, казалось, в принципе не может быть проверена.

Главные пункты расширенной концепции Эверетта и следствия, естественным образом вытекающие из неё, можно сформулировать так:

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

– Разделение квантового мира на альтернативы отождествляется с примитивным уровнем феномена сознания, характерного для живых организмов.

– Классический характер каждой из альтернатив, на которые сознание разделяет квантовый мир, обеспечивает стабильность и предсказуемость классического мира, воспринимаемого индивидуальным сознанием, что является необходимым условием жизни.

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

– Тот факт, что феномен сознания является общим элементом психологии и квантовой физики, создаёт прямую связь между гуманитарной и естественнонаучной культурами.

Второй пункт в этом перечне наиболее важен. Он объясняет, почему при осознавании происходит расслоение квантового мира на альтернативные «классические реальности» (являющиеся на самом деле лишь проекциями единственно реального квантового мира). Такое расслоение оказывается необходимым общим свойством всех живых существ, т.е. определением жизни.

Заметим в этой связи, что в вышеупомянутой статье «Какие проблемы физики и астрофизики представляются особенно важными и интересными в начале XXI века?» В.Л.Гинзбург особо выделяет три «великих» проблемы, и среди них названы как проблема интерпретации квантовой механики, так и вопрос о редукционизме, т.е. о том, возможно ли объяснить феномен жизни на основе уже известной физики. Мы видели, что расширенная концепция Эверетта естественно соединяет в себе обе эти проблемы и в известном смысле сводит одну из них к другой.

Более того, и последняя из трёх «великих» проблем, упомянутых в статье В.Л.Гинзбурга, именно, вопрос о возрастании энтропии, необратимости и «стреле времени»⁴ может иметь отношение к обсуждаемой нами концепции. Дело в том, что квантовый мир в этой концепции подчиняется квантовой механике, из которой исключён постулат редукции. Следовательно, в расширенной концепции Эверетта квантовый мир обратим. Необратимость 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 «на равной ноге». Представление о «ходе времени», об отношениях между настоящим, будущим и прошлым, а с ними и необратимость, появляются лишь при описании феномена жизни и характерного для него сознания⁵.

В изложенной программе, как и вообще в области концептуальных проблем квантовой механики, многое нельзя обосновать, а приходится принимать в качестве гипотез, что может создать впечатление дилетантизма. Однако на самом деле такой характер исследований неизбежен в данной области науки на современном этапе. Дело в следующем.

Даже после того, как особая роль сознания в квантовой теории измерений стала казаться очевидной (по крайней мере для людей, непосредственно занимающихся этой теорией в концептуальном плане), решение вопроса всё ещё пытались искать в привычном для физиков направлении: в попытках описать свойства той материальной субстанции, которая порождает сознание (это мог быть мозг или какаято структура внутри него). Одно время серьезные надежды в этой связи возлагались на теорию декогеренции.

Однако со временем стало ясно, что усилиями в этом направлении проблему решить не удаётся. После этого всё чаще стали понимать сознание как явление, которое можно описать феноменологически, но нельзя вывести из известных свойств материи. Ясно, что элементы такого феноменологического описания могут вводиться в теорию лишь как гипотезы. Таким образом, 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 Эверетта требует расширения методологии и в каком­то 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 эта наука, да и вообще физика, наверняка поднимется на качественно новый уровень понимания природы. Если ориентироваться на то, что уже сделано в рамках концепции Эверетта, можно надеяться, что возникнет продуктивный симбиоз физики с психологией, да и с другими средствами познания духовной жизни человека.

Вопрос о сознании в квантовой механике имеет (и всегда имел) важный общекультурный аспект: включение сознания в качестве существенного элемента квантовой физики устанавливает еще одну связь между естественнонаучным и гуманитарным познанием. Связь эта становится, на наш взгляд, особенно глубокой, если принять расширенную концепцию Эверетта⁶.

Мы показали, что на основе эвереттовской многомировой интерпретации квантовой механики можно приблизиться к пониманию необычных свойств сознания, связанных с этими свойствами таинственных явлений. Не следует, однако, понимать это слишком буквально и ждать, что теперь эти явления можно будет вывести из квантовой механики. По­видимому, самое большее, чего можно ожидать, – это устранения пропасти между естественными науками и ненаучными способами познания реальности.

Тем не менее можно надеяться, что это поможет ликвидировать высокомерие естественников, которые подчас готовы отвергать всё, что не доказано научными методами (не понимая, что эти методы лишь ограниченно применимы к таким сложным предметам исследования, как жизнь), и высокомерие гуманитариев, иногда считающих естественные науки чем­то низким, сугубо прикладным, приземлённо­материалистическим (игнорируя при этом не только фантастическую красоту естественных наук, но и применяемый естественниками вполне гуманитарный интуитивный метод познания⁷, без которого наивысшие достижения естественных наук невозможны). Устранение этой пропасти и этого взаимного неприятия является одной из очень важных задач в области культуры, которая была поставлена ещё в 30-х гг. XX в. в известной статье Чарльза Сноу «Две культуры»⁸.

Современное состояние «проблемы измерения» можно связать с некоторыми высказываниями Альберта Эйнштейна о квантовой механике. Будучи одним из главным её создателей, Эйнштейн, как известно, так и не смог примириться с той формой квантовой механики, которая в конце концов возникла и утвердилась в физике. Прежде всего он был недоволен вероятностным характером квантовомеханических предсказаний. Известно его высказывание о том, что он не верит, что Бог играет в кости. Второе возражение было выдвинуто Эйнштейном в совместной работе с Подольским и Розеном. В ней авторы пытались доказать, что квантовая механика неполна, т.к. она не описывает корректно некоторые «элементы реальности».

Все возражения Эйнштейна против квантовой механики были успешно опровергнуты Нильсом Бором, в частности, в их знаменитой дискуссии на Сольвеевских конгрессах в Брюсселе. И естественно, что Эйнштейну приписывают ошибку в этом споре с Бором. Но возможно, что и в этом случае по большому счёту он оказался прав. В книге Б.Клайна «В поисках»⁹ приведено такое высказывание Эйнштейна о копенгагенской интерпретации: эта теория «много даст, но едва ли приблизит нас к тайнам старого господа Бога». Сейчас, после того как вместо копенгагенской появилась эвереттовская (многомировая) интерпретация квантовой механики (потом она была почти забыта, а затем снова стала активно обсуждаться), это высказывание Эйнштейна звучит как очень глубокое предсказание.

Во­первых, это вновь активизировавшееся направление прежде всего отталкивается от теоремы Белла, которая наглядно формулирует как раз то расхождение между квантовой механикой и классическим пониманием реальности, которое впервые было отмечено в работе Эйнштейна—Подольского—Розена. Во­вторых, многое, и в том числе анализ, изложенный в этой книге, делает весьма правдоподобным, что «приблизиться к тайнам старого господа Бога» можно лишь в том случае, если выйти за рамки копенгагенской интерпретации и вероятностной трактовки измерения, как этого хотел Эйнштейн.

Оказывается, что в тех специфических чертах квантовой механики, которые так трудно поддаются осмыслению, проявляется отношение нашего сознания (которое воспринимает независимо друг от друга различные проекции квантового мира, интерпретируя каждую из них как классическую реальность) к квантовому миру как целому. Быть может, само существование квантового мира за пределами одной классической реальности – это и есть «тайна господа Бога». Это наталкивает на мысль, что сознание может выйти из тесных рамок классической реальности в широкий и таинственный квантовый мир, тем самым приблизившись к постижению «божественных тайн» самым непосредственным образом.

Конечно, эти гипотетические свойства сознания (или свойства реальности) совсем не обязательно совпадают с тем, что люди называют Богом (тем более с тем, как Бог понимается в рамках определённой конфессии). Однако открывающуюся таким образом квантовую реальность, гораздо более широкую, чем привычная классическая реальность, следует обозначить каким­то словом, передающим её смысл. Быть может, отождествление её с Богом и не совсем адекватно, но зато даёт в наше распоряжение яркий и в своей основе правильный образ. Полной адекватности при этом ожидать не приходится. Ведь и Эйнштейн в своём высказывании использовал имя Бога скорее как метафору чегото выходящего за рамки рутинного научного анализа. Если изложенная нами расширенная интерпретация Эверетта верна, то Эйнштейн был в определённом смысле прав и в своём споре с Бором, точнее – в том, что, даже согласившись с конкретным содержанием его доводов, сохранил убеждение, что ими не исчерпывается истина.

Эйнштейн, правда, не сумел превратить свою догадку на этот счёт в более точные и развёрнутые утверждения, не смог реализовать их в форме более удачной интерпретации квантовой механики. Слишком уж его догадка опережала время, в 30-е гг. XX в. было ещё слишком рано ждать её адекватного воплощения. Время Эверетта ещё не пришло.

Но, хотя и не имея возможности реализовать свою догадку, Эйнштейн всё же сделал шаг в направлении её реализации. В знаменитой работе 1935 г. он вместе с Подольским и Розеном сформулировал мысленный эксперимент, который по именам авторов называется теперь эффектом ЭПР.

Целью Эйнштейна и его соавторов и в этом случае было продемонстрировать несостоятельность квантовой механики, и этого им в очередной раз сделать не удалось. Однако именно эффект ЭПР, один из самых широко обсуждаемых квантовомеханических эффектов, послужил отправной точкой для такого развития квантовой механики, которое приблизило её к идеалу, которого хотел Эйнштейн. Именно в этой работе было показано, что реальность понимается в квантовой механике не так, как мы привыкли её понимать, опираясь на опыт классической физики и здравый смысл. Только сейчас начинает в полной мере проясняться значение того факта, что реальность в классическом понимании и реальность квантового мира не совпадают. При этом оказалось, что не нужно выбирать между ними, а нужно понять, какие из известных нам феноменов соответствуют каждой из этих реальностей.

Михаил Борисович Менский – физик­теоретик, д.ф.-м.н., профессор, ведущий научный сотрудник Физического института РАН им. П.Н.Лебедева, член редколлегии журнала «Успехи физических наук». Окончил физфак МГУ им. М.В.Ломоносова (1962). Работал в области квантовой теории поля, классической и квантовой гравитации, квантовой теории измерений. Автор 135 статей в научных журналах, 4 монографий (две – на русском языке, из них одна переведена на японский; две – на английском языке, из них одна переведена на японский и одна – на русский) и популярной книги «Человек и квантовый мир», фрагменты которой и были представлены выше. Вместе с женой вырастил дочь и сына, теперь принимает участие в воспитании внука.

 

______________________________

¹Нильс Бор. Дискуссии с Эйнштейном о проблемах теории познания в атомной физике. В сб.: Нильс Бор. Атомная физика и человеческое познание (М., ИЛ, 1961); Эрвин Шрёдингер. Что такое жизнь? Физический аспект живой клетки (Регулярная и хаотическая динамика. – Ижевск, 1999).

²Дэвид Дойч. Структура реальности. Пер. с англ. – Ижевск, РХД, 2001.

³См. раздел 5.2 и работу М.Б.Менского «Концепция сознания в контексте квантовой механики» (Успехи физических наук, 2005, 175, 413).

⁴В перечислении В.Л.Гинзбурга эта проблема названа как раз первой.

⁵ Напомним, что под сознанием в этом контексте понимается лишь самый глубинный (самый примитивный) уровень сознания, который можно назвать осознаванием.

⁶См. в этой связи работу М.Б.Менского «Квантовая механика, сознание и мост между двумя культурами» (Вопросы философии, 2004, № 6, с. 64).

⁷См. Е.Л.Фейнберг. Две культуры. Интуиция и логика в искусстве и науке. – Фрязино, Век-2, 2004.

⁸Русский перевод в сборнике: Чарльз Перси Сноу. Портреты и размышления. – М.: Прогресс, 1985.

⁹Пер. с англ., М.: Атомиздат, 1971.