CC BY
281
ЭПИСТЕМОЛОГИЯ & ФИЛОСОФИЯ НАУКИ • 2014 • Т. XL • №2
П
роблема связи квантовой механики
и реальности: в поисках решения
1
Иван Александрович Карпенко - кандидат философских наук, доцент философского факультета НИУ ВШЭ. E-mail:
gobzev@yandex.ru
В статье анализируется ряд актуальных представлений о роли наблюдения в квантово-механическом описании физической реальности. Рассматриваются известные интерпретации квантовых явлений, описывающих свойства микромира. Изучается вопрос о причинах расхождений результатов наблюдений микромира и макромира и о потенциальной связи сознательного наблюдения с данными причинами. Делаются выводы о современном состоянии проблемы «наблюдения» в контексте квантовой механики. Исследование осуществлено на основе анализа работ ряда ведущих физиков, философов и математиков.
Ключевые слова: наблюдение, измерение, квантовая механика, сознание.
^Quantum mechanics and the measurement
relation problem: a search for solutions
Ivan Karpenko - PhD, Associate Professor. Faculty of Philosophy of National Research University Higher School of Economics
The article discusses possible role of measurement in the quantum-mechanical description of physical reality. The widely spread interpretations of quantum phenomena are considered as indicating the apparent connection between conscious processes (such as observation) and the properties of the microcosm. The reasons for discrepancies between the results of observations of the microcosm and macrocosm and the potential association of consciousness with these reasons are closely investigated. The mentioned connection is meant to be interpreted in the sense that the probable requirement for a complete understanding of quantum theory is the adequate description of consciousness within it and that the correct theory of consciousness should include quantum-mechanical theoretical apparatus. The author draws conclusions about the current state of the "measuring" problem in its relationship with consciousness. The research is based on current ideas of several leading physicists, philosophers and mathematicians.
Key words: measurement, quantum mechanics, consciousness.
Цель настоящей работы - проанализировать актуальные идеи о возможном влиянии, которое оказывает сознательное наблюдение на реальность в контексте квантовой механики (далее этот раздел науки мы будем также называть в соответствии с общепринятыми употреблениями квантовой теорией и квантовой физикой). Сознательное наблюдение в некотором смысле является важным элементом квантовой механики, хотя она и не учитывает его (математического описания сознания в ее рамках не существует). Возможно, это допустимо сформулировать следующим образом: квантовая теория неполна в
1 Исследование осуществлено в рамках Программы фундаментальных исследований НИУ ВШЭ в 2014 г.
110 Vista
том смысле, что не включает описание акта измерения как осознания реальности (сам термин «измерение» предполагает осознанную деятельность). Специфика квантовой механики в ее связи с сознанием в отличие от других наук состоит в том, что процесс наблюдения заставляет реальность на уровне микромира выбирать определенную конфигурацию. Это можно проинтерпретировать в соответствии с принципом неопределенности Гейзенберга следующим образом: измерением (измерительным прибором) наблюдатель вносит неизбежные возмущения в квантовую реальность. С одной стороны, это «участие» наблюдателя приводит к тому, что невозможно одновременно измерить положение и скорость компонентов микромира. С другой стороны, каждое новое такое наблюдение будет давать отличающиеся результаты. И, с третьей стороны, получается, что мир ведет себя по-разному, когда наблюдатель его измеряет и когда нет. Пока квантовая реальность не наблюдается, она описывается одним образом (уравнением Шрёдингера), когда осуществляется измерение, уравнения квантовой механики перестают работать и в силу вступает классическая физика, описывающая макромир. Именно в этом смысле -смысле влияния сознательного наблюдения на то, как описывать реальность (какую фактическую конфигурацию она имеет), и идет речь о принципиальном отличии квантовой механики от классической физики. Очевидно, что классическая физика ни в коем случае не строится на таких основаниях. В классической физике свойства реальности не зависят от того, смотрят на нее или нет. В квантовой физике они тоже не зависят от этого, но ровно до тех пор, пока реальность не измеряется сознающими наблюдателями. Именно в этом смысле - смысле сознательного наблюдения и будет здесь идти речь о сознании. То есть в первую очередь учитываются такие проявления сознания, как способность осмысленно воспринимать окружающую действительность (и себя).
Математик и физик Роджер Пенроуз [Penrose, 1991: 145] назвал квантовую механику «мистической» теорией как раз по причине странной корреляции между поведением реальности и тем, наблюдаем (сознаем) мы ее в конкретный момент времени или нет. Существуют различные интерпретации этого загадочного квантово-механиче-ского явления, возникающие по той причине, что в самой квантовой механике ему нет объяснения (с помощью терминов ее математического аппарата). Критический анализ этих интерпретаций и является предметом настоящего исследования. На основании проведенного анализа будут сделаны выводы о современном состоянии проблемы.
Предварительно нужно сделать одно замечание эпистемологического характера. Дело в том, что современные физические теории имеют полностью адекватное представление только в математическом виде. Это значит, что невозможно предельно корректно гово-
«I
■н
рить о квантовой физике на естественном языке, а не на языке математики, потому что в первом не существует эквивалентных понятий для выражения тех математических абстракций, которые необходимы для точного описания физических явлений. Это приводит и к более серьезной проблеме: как в таком случае возможна философия современной физики (и шире - естественных наук)? Возможна ли она вообще? Быть может, философия должна быть математической (т.е. оперировать языком математики)? Но будет ли это философия? Например, А. Койре (в целом признающий проблему «перевода») смело называет И. Ньютона, а затем и А. Эйнштейна выдающимися философами-метафизиками [Койре, 1985: 24] и одновременно утверждает, что философия всегда предшествует науке, служит для нее основанием. В таком случае понятие «философия» несколько размывается. В рамках данной статьи нет возможности обсуждать проблему философии науки, поэтому просто ограничимся ее констатацией. Некоторые интересные соображения об этих и других родственных проблемах содержатся, например, в работах А.Л. Никифорова [Никифоров, 2001] и В.Н. Поруса [Порус, 2012: 362].
О связи природы, философии и математики широко известно категоричное высказывание Г. Галилея о том, что книга природы написана на языке математики [Галилей, 1987: 41]. Многие математики, в том числе Пенроуз (возможно, один из самых радикальных в этом плане), полагают, что математические объекты (геометрические, математические понятия и теории) существуют реально, и это есть единственная подлинная реальность [Penrose, 1991: 96-97; 2004: 12-13]. Он неоднократно называет себя платоником и утверждает, что объекты математики существуют объективно (не все), вне времени, вне пространства, они есть изначально - в мире идей, они-то и представляют собой истину. Точнее, математические (и геометрические) объекты и составляют мир идей. В этом смысле ученый не изобретает их, а открывает. Действительно, в некоторых диалогах Платона («Государство», «Тимей», «Послезаконие») ясно говорится о том, что математические категории принадлежат идеальному миру, т.е. являются умопостигаемыми реальными сущностями, эйдосами. Например, в «Государстве» Платон говорит об идеальном четырехугольнике [Платон, 2007(1): 510d]; в «Послезаконии» Платон аналогично высказывается о числах следующим образом [Платон, 2007(2): 977d, 978с]: он утверждает, что числа идеальные сущности (суть идеи), а стало быть, математика, оперирующая ими, верховная наука. В этом смысле - смысле их предустановленного существования -и можно говорить о том, что математик не изобретает, а открывает математические сущности.
Показательно также знаменитое пифагорейское «все есть число» (любопытно, что, по мнению Джонатана Барнза [Барнз, 2007: 21], не
существует ни одного убедительного свидетельства, что Пифагор вообще интересовался математикой!). Но интересен нюанс, на который указывает П. Гайденко и который, возможно, неизвестен Пенроузу: если числа безусловно объекты идеального мира и существуют именно в этом смысле как идеи, так как они только умопостигаемы и не нуждаются в пространственном представлении, то с объектами геометрии дело обстоит иначе [Гайденко, 2012: 127-128]. Геометрические фигуры зависимы от пространства и потому должны быть помещены между чувственным миром и идеальным миром. Но как в этом случае быть, например, с множеством Мандельброта - чисто математической абстракцией, которая, тем не менее, представима графически и может рассматриваться как геометрический объект? То же можно сказать о сфере Римана, о сложении векторов по правилу параллелограмма, о геометрическом представлении комплексных чисел (с осями действительных и мнимых чисел), о Гильбертовом пространстве. Таким образом, многие из умопостигаемых математических сущностей оказываются в то же время представимы пространственно, т.е. имеют аналогии в мире чувственно воспринимаемого. Кстати, мир идей Платона совсем не тождествен миру объектов математики: не ясно, например, как относится Пенроуз к факту наличия в нем идеи кровати [Платон, 2007(1): 597а]. Эти соображения в данном контексте призваны попытаться ограничить представления об «идеальности» математических сущностей, чтобы все-таки сохранить их связь с наблюдаемой реальностью.
Перед тем как перейти к анализу существующих гипотез по поводу различия в поведении наблюдаемой и ненаблюдаемой реальности, вкратце напомним некоторые ключевые положения квантовой теории. Ее специфика выражается в том, что она представляет микромир устроенным принципиально иначе, чем макромир, хотя второй вроде бы и «состоит» из элементов первого. Иначе говоря, то, что происходит на уровне микромира, не наблюдается на уровне привычных для непосредственного наблюдения масштабов. Причина такой странности заключается в так называемом корпускулярно-волновом дуализме: элементарные компоненты (фотоны, электроны и т.п.) ведут себя и как частицы, и как волны. Иначе говоря, корректное описание реальности возможно только в случае применения двух противоположных классических понятий. Такая особенность квантовой механики (использование взаимоисключающих наборов понятий для описания квантовой реальности) получила название принципа дополнительности Нильса Бора. Это явление было подтверждено экспериментально в знаменитом двухщелевом эксперименте, в ходе которого частицы (даже единичные) создают волновую (интерференционную) картину, что чаще всего интерпретируется как волновое поведение элементарных частиц, т.е. одна испущенная частица проходит сразу через две
«I
■н
щели, являясь, таким образом, волной. Но, и это самое удивительное, если рядом с одной из щелей установлен детектор, который фиксирует прохождение частицы, то интерференционная картина не возникает, т.е. частица ведет себя собственно как частица. С одной стороны, исходя из этого эксперимента можно сделать вывод о том, что понятия частицы и поля не фундаментальны, чем и вызвано противоречие с нашей интуицией, и нужно искать более фундаментальные компоненты мира, которые объяснят эксперимент должным образом. С другой стороны, микромир действительно существует по таким правилам: интерференция имеет место, когда отсутствует знание того, через какую из щелей проходит частица, и наоборот. Таким образом, факт сознательного наблюдения как будто определяет конфигурацию реальности, причем расстояние между двумя путями теоретически может достигать многих световых лет. Независимо от этого интерференционная картина зависит от наличия либо отсутствия детектора частиц [Greene, 2004: 190].
Прохождение единичной частицы (в случае наличия детектора) через одну щель либо через другую щель определяется классическим методом подсчета вероятностей. Грубо говоря, существуют две альтернативы, каждая весом 50 % (альтернатива А + альтернатива В = 1). Однако в случае отсутствия детектора интерференционная картина должна получаться за счет суммирования альтернатив (их суперпозиции), и здесь вступают в силу комплексные числа (которые «играют абсолютно фундаментальную роль в структуре квантовой механики» [Penrose, 1991: 236]) в качестве коэффициента (дополнительных весов) к совокупности альтернатив (А + iB). Квантовая механика утверждает, что различные альтернативы для поведения одного и того же объекта определяются суперпозицией этих состояний с комплексно-значными весами. Проблема в том, что мы этого никогда не наблюдаем в макромире.
Поскольку частица ведет себя как волна (когда мы ее не наблюдаем), то для описания вероятности ее нахождения в том или ином месте используются не классические вероятности, а понятие амплитуды. Математически это выражается в том, что каждая из возможных альтернатив умножается на комплексное число, что и составляет амплитуду вероятности. Более наглядно (но не точно!) это можно представить на примере волнистой линии: чем выше гребень волны, тем больше амплитуда. Соответственно наибольшая вероятность обнаружить частицу там, где гребень выше, меньшая вероятность - где он ниже. Однако несмотря на малую вероятность нахождения частицы в «местах» с низкой амплитудой, обнаружить ее там все же можно. Это означает, что теоретически существует очень много вероятных положений частицы. Возникает закономерный вопрос: можно ли выяснить, где находилась частица до измерения ее положения? Ответ:
нельзя. Более того, стандартная квантовая механика говорит, что она находилась везде, где только могла находиться, т.е. ее состояние описывалось суперпозицией (суммированием всех векторов состояний). Иначе говоря, до измерения она не имела конкретного положения. Это принципиально противоречит нашей интуиции и тому, что повседневно наблюдается в окружающем мире. Получается, что акт измерения (сознательное наблюдение), локализация частицы в пространстве заставляют ее занять определенное место; до этого же она находилась везде, где только могла, и ее состояние описывалось волновой функцией. Акт измерения по существу заключается в переходе с квантового уровня на классический, в «увеличении» до макроскопического уровня. В физике и математике это формулируется как взятие квадрата модуля квантовой комплексной амплитуды или коллапс волновой функции. Если возвратиться к приведенному выше примеру с волнистой линией, это сводится к следующему: в тот момент, когда мы производим измерение положения частицы, локализуем ее, один гребень превращается в пик, а все остальные падают до нуля. Выглядит это так, как будто наше наблюдение заставляет частицу выбрать определенное положение (а законы квантовой механики перестают описывать ее состояние).
Напомним, что классическая физика детерминистична: зная положение и импульс (или скорость) объекта, можно теоретически вычислить, где он находился до измерения и где окажется после. Но в квантовой механике говорить о том, что частица находилась в каком-то конкретном месте в конкретное время, до измерения нельзя, как уже указывалось выше, в силу принципа неопределенности Гей-зенберга, который гласит, что невозможно точно измерить положение и импульс частицы. Чем точнее известен импульс частицы, тем менее ясно, где она находится, и наоборот. Например, если волны вероятности имеют одинаковую амплитуду и длину, то импульс частицы определен совершенно точно. Значит, акт наблюдения (коллапс волновой функции) приведет к обнаружению частицы с равной вероятностью в любой точке. Таким образом, положение частицы совершенно не определено. Оптимальная ситуация в квантовой механике, когда удается определить так называемый волновой пакет: когда импульс и положение ограничены в определенном диапазоне и соответственно определены приблизительно.
Эволюцию во времени квантовой системы описывает уравнение Шрёдингера. Его вид в данном случае не играет роли, здесь важно то, что оно не включает в свой состав описание акта измерения, - когда происходит наблюдение, уравнение перестает работать. В этом смысле оно описывает мир как детерминистичный: эволюция волновой функции как суперпозиции вероятностей предсказуема, но индетерминизм возникает тогда, когда производится наблюдение, попытка
«I
■н
выяснить, каково же положение (или импульс) частицы, т.е. переход с квантового уровня на классический. Индетерминизм обусловлен тем, что выбор реальностью характеристик наблюдаемых компонентов микромира происходит принципиально случайно. Самого Эрвина Шрёдингера эта ситуация (несоответствие между тем, как представляет мир квантовая механика, и тем, что наблюдается) не устраивала. В макромире никогда не наблюдаются суперпозиции. Широко известен его мысленный эксперимент «кот Шрёдингера» и множество его модификаций. Здесь будет предложен еще один краткий вариант эксперимента, модифицированный с учетом целей настоящего исследования.
Позволим себе некоторую вольность и вообразим вместо кошки Сократа, сидящего с чашей яда. Далее допустим, что поблизости нет других людей и его никто не наблюдает. В оригинальном мысленном эксперименте Шрёдингера важную роль играет то обстоятельство, что субатомные ненаблюдаемые эффекты, описываемые волновой функцией, определяют итоговое состояние кошки как суперпозицию живого и мертвого состояний. Однако дело в том, что ничто не говорит в квантовой механике, что макромир должен вести себя отличным образом от микромира (тем более что все объекты макромира, измерительный прибор, да и сам наблюдатель состоят из элементарных частиц2). Поэтому мы умышленно будем игнорировать микроскопические состояния. Итак, если Сократа никто не наблюдает (не «измеряет»), то его состояние описывается как суперпозиция возможных альтернатив, иначе говоря, он выпил яд и умер плюс не выпил и жив. С точки зрения граждан Афин, которые находятся снаружи (и с точки зрения квантовой механики), Сократ одновременно жив и мертв. И только в тот момент, когда кто-нибудь из них заходит в комнату, Сократ выбирает определенное состояние - он либо жив, либо мертв, но никто никогда не увидит его одновременно и живым и мертвым.
Вспомним про комплексные веса вероятностей: это значит, что суперпозиция состояния Сократа не сводится просто к сложению двух состояний, живого и мертвого, но предполагает все возможные комплексные комбинации - и все они разные! Для наглядности (не корректно) это можно представить таким образом: например, возможен такой вектор состояния, что Сократ на 16 % мертв и на 84 % жив (это напоминает драматическую историю из сказки А. Толстого про приключения Буратино: Буратино «скорее жив, чем мертв» и т.д.). Но заходящий в комнату наблюдатель почему-то никогда не увидит такого состояния - в результате коллапса волновой функции (который он провоцирует актом наблюдения происходящего в комнате)
Речь может идти о «струнах», «бранах» - на суть эксперимента это не влияет.
2
Сократ оказывается либо полностью живым, либо полностью мертвым. Но самая главная проблема заключается даже не в этом. А в том, что думает по этому поводу сам Сократ. Очевидно, что он ничего такого (сложной суперпозиции своих состояний) не воспринимает. Он сознает себя, пока он жив, и не осознает (надо полагать), когда мертв. Получается, что для разных наблюдателей реальность различается: поскольку Сократ сам себя измеряет, то он точно знает, что не подчиняется уравнению Шрёдингера и что он, разумеется, жив. Для тех же, кто находится снаружи и не видит его, он находится в сложной суперпозиции живого и мертвого состояний и описывается уравнением Шрёдингера. Противоречие вроде бы снимается в том случае, если Сократ умирает и больше не сознает происходящее. Однако снимается ли? Ведь для внешних наблюдателей он по-прежнему живой + мертвый, потому что в принципе нельзя сказать, что Сократ умер, ведь, умерев, он больше себя не сознает и его никто не наблюдает.
Здесь уже возникает вопрос: есть ли основания полагать, что наблюдение непременно должно быть осознанным? Можно ли, например, присутствующего в комнате комара (в данном случае игнорируем известный пример Томаса Нагеля с летучей мышью и будем полагать, что комар однозначно не обладает сознанием) считать наблюдателем, который провоцирует коллапс волновой функции? Вполне вероятно, что да, учитывая, что в противном случае ему вряд ли не удалось бы укусить Сократа (описываемого суперпозицией всех возможных состояний).
Как уже отмечалось выше, некоторые из проблем подобного рода не устраивали самого Шрёдингера и он считал, что его уравнение не может быть применено к макроскопическим объектам, например таким, как Сократ. Однако это всего лишь его частное мнение, и в самой квантовой механике не существует веских оснований, почему так нельзя делать. Этому противоречат только данные нашего восприятия, осознание окружающей действительности, интуиция - но все это едва ли веские научные аргументы (для более подробного знакомства с принципами, выводами и предсказаниями квантовой теории см., например, работы Поля Дирака [Dirac, 1978] и Джона Белла [Bell, 1987]).
Проблемы, порождаемые квантовой механикой, имеют различные интерпретации и варианты решений. Рассмотрим некоторые (наиболее известные) из них.
1. С точки зрения Нильса Бора, сама проблема измерения, т.е. попытка объяснить, почему при переходе с микроуровня на макроуровень правила физики меняются, проблемой не является. Нет смысла говорить о том, что в принципе не дано для наблюдения. Надо работать с тем, что есть, и не задаваться бессмысленными, не имеющими
«I
■н
ответа вопросами. Иначе говоря, нет иной реальности, чем та, которую показывает наука.
2. Другая точка зрения, апеллирующая к нашему сознанию (и идущая от Гейзенберга), заключается в том, что волновая функция не реальна, не является объективным явлением мира, а всего лишь отражает знание человека о реальности. Соответственно коллапс волновой функции означает изменение знания.
3. Следующий подход восходит к Дэвиду Бому [Bohm, 1983: 369], который, как и А. Эйнштейн [Pais, 2005: 454-457], придерживался детерминистических взглядов на реальность: частицы на самом деле обладают определенными положениями и скоростями вне зависимости от того, наблюдаем мы их или нет. Но в соответствии с принципом неопределенности мы не можем знать одновременно и то и другое. Интересно, что в теории Бома отрицается принцип дополнительности Бора в том смысле, что вместо корпускулярно-волнового дуализма постулируется отдельное существование частицы и ее волны. Этот подход известен как подход со «скрытыми переменными». Таким образом, есть предел наших знаний о реальности, но сама реальность обладает объективными характеристиками независимо от наших знаний о ней (независимо от того, наблюдаем мы ее или нет).
4. Четвертый подход, пожалуй, самый оригинальный, принадлежит группе ученых Жирарди, Римини и Веберу [Bell, 1987: 201]. Они, видимо, учли то обстоятельство, что можно вносить изменения в уравнение Шрёдингера таким образом, что оно по-прежнему будет «работать». Суть нововведения в том, что волновая функция рано или поздно коллапсирует сама по себе, без вмешательства наблюдателя с его сознательными измерениями. Но происходит это крайне редко -примерно раз в миллиард лет для каждой отдельной частицы. Именно эта «редкость» гарантирует то, что расхождений с привычным кван-тово-механическим описанием мира не наблюдается (и это плюс, поскольку результаты квантовой механики крайне точны, в противном случае возникло бы противоречие). То есть время от времени отдельные частицы «как бы» измеряют сами себя, но вся их эволюция до этого случайного маловероятного события описывается стандартной волновой функцией. Новая теория, таким образом, объясняет принципиальное расхождение между поведением микромира и макромира: поскольку объекты макромира состоят из огромного множества элементарных частиц, то в них постоянно происходит коллапс функций отдельных частиц. Это вызывает своеобразную цепную реакцию (что обусловлено «запутыванием» всех волновых функций), которая заставляет коллапсировать функции других частиц. Таким образом, объект макромира всегда занимает определенное положение, имеет определенную скорость (хотя даже в макромире с оговорками) и не наблюдается как сложная суперпозиция всех возможных состояний.
Этот подход интересен тем, что развенчивает мистический ореол квантовой механики (как и подход Бома), исключая волшебную роль сознательного наблюдения в поведении реальности. (Однако нужно иметь в виду, что все перечисленные подходы являются лишь допустимыми интерпретациями и нет явных экспериментальных подтверждений того или иного из них.)
5. Следующий подход известен как квантовая декогеренция [Greene, 2004: 209-212]. Он сводится к положению, что окружающий мир, его воздействие на объекты заставляют эти объекты выбирать определенные, привычные для наблюдения конфигурации. Уравнение Шрёдингера применяется не только к микромиру, но и к макромиру, но с учетом того, что объекты реального мира не изолированы, а подвержены влиянию со стороны (поля, элементарные частицы). И хотя с макроскопической точки зрения влияние незначительно, в действительности его достаточно, чтобы нарушить когерентность макрообъекта. Это влияние на волновую функцию, описывающее эволюцию микромира во времени, уничтожает интерференцию. Значит, окружающий мир как бы сам по себе «совершает измерения» и роль человека с его сознательным наблюдением снова перестает иметь значение. Но есть и другая точка зрения: по поводу декогерен-ции Пенроуз делает интересное замечание, что она на самом деле возвращает нас к проблеме сознания и неявно предполагает признание множественности миров [Penrose, 2004: 1031].
6. Уравнение Шрёдингера не может быть применено к существам, наделенным сознанием (концепция Эугена Вигнера [Wigner, 1983: 168-182]). Оно объективно описывает реальность до тех пор, пока последняя не осознается присутствующими в относительной близости наблюдателями. С точки зрения Пенроуза, это приводит к парадоксам [Penrose, 1991: 294-295]. Если допустить, что есть другие разумные наблюдатели во Вселенной, факт коллапса волновой функции будет представлять для разных наблюдателей разные картины одной и той же области пространства (поскольку в момент наблюдения те или иные характеристики реальности задаются случайным образом). Допустим, обитатели Млечного Пути в ходе наблюдений зафиксировали где-то в скоплении Волос Вероники взрыв сверхновой. А обитатели Туманности Андромеды в ходе наблюдений обнаружили, что его не было. Так был он или нет в принципе (независимо от временной относительности, задаваемой специальной теорией относительности)? Как можно говорить об объективности реальности, если она различается не только в зависимости от того, наблюдают ее или нет, но и в зависимости от того, кто ее наблюдает?
7. Джон Уилер [Wheeler, 1983: 182-217] предложил даже более радикальную точку зрения: поскольку реальность выбирает конкретное состояние (одну из возможных альтернатив) только в результате
«I
■н
сознательного наблюдения, то и вся эволюция Вселенной до момента формирования сознания становится определенной (т.е. обретает фиксированные конкретные значения) только после формирования сознания. Иначе говоря, историческое исследование проявляется в коллапсе волновой функции прошлого. Это очень интересная концепция, особенно с учетом того, что она вызывает дополнительные вопросы, например: что значит «наблюдать прошлое» в квантово-механиче-ском смысле - если речь, конечно, идет именно о нашей истории, а не о наблюдении космоса. В последнем случае мы, разумеется, в буквальном смысле видим прошлое. Хотя и такой смысл тоже порождает известные трудности: фотон, идущий из другой галактики (в случае эксперимента со светоделителем), порождает интерференционную картину на Земле. Значит, в течение многих световых лет его состояние описывалось волновой функцией, и он как бы был «размазан» по всем местам, где мог бы оказаться - а это великое множество альтернатив. Но если установить детектор, интерференция пропадает, а значит, на протяжении всей истории фотон имел конкретный путь. Детектор убираем: снова явление интерференции. Это выглядит так, как будто прошлое меняется в зависимости от акта наблюдения, - переписывается многолетняя история. Важно оговориться, что с математической точки зрения этот факт не порождает никакого парадокса. Парадоксальность скорее следствие определенного рода философской интерпретации.
8. Ученик Уилера, Хью Эверетт [Everett, 1983: 315-324], выдвинул, вероятно, самую популярную в массовой культуре интерпретацию квантовой теории: идею о параллельных мирах (часто ее называют многомировой интерпретацией). Суть идеи, предложенной Эве-реттом, заключается в том, что коллапс волновой функции вообще никогда не происходит и уравнение Шрёдингера совершенно верно описывает реальность. Дело в том, что реализуются все возможные альтернативы, предусмотренные волновой функцией, и каждая из них в своей отдельной параллельной Вселенной. Таким образом, постоянно возникает множество дополнительных вселенных со всеми возможными комбинациями альтернативных событий. Эта интерпретация во многом снимает проблему измерений и, казалось бы, устраняет мистическую роль сознания в эволюции мира. Но на самом деле это не так. Возникает закономерный вопрос: почему же, если существует такое множество миров, которых становится все больше и больше, мы сознаем себя именно в одном конкретном мире и почему не сознаем других миров? На это можно возразить, что может быть, и сознаем - в каждом из миров независимо. Но тогда рушится интуитивное представление о единстве сознания, о Я: как тогда можно говорить, что это Мы в других мирах, если у каждой нашей копии отличающееся сознание?
Другая проблема касается экспериментального подтверждения теории параллельных миров. По понятным причинам это представляется крайне затруднительным (на самом деле невозможным). Но некоторые физики, например Александр Гуц [Гуц, 2004: 320-325] и Дэвид Дойч, полагают, что такая проверка возможна благодаря существованию так называемых теневых частиц. Дойч, обсуждая явление интерференции для одного фотона, приходит к выводу, что интерференция обусловлена действием «теневых фотонов», невидимых частиц, которые свидетельствуют о существовании множества параллельных вселенных (где эти фотоны и обитают) [Deutsch, 1997: 43-45].
9. Михаил Менский предлагает еще более смелый подход. Принимая идею Эверетта, он не соглашается с выводом о том, что роль сознания в объективном формировании реальности сводится к нулю. Наоборот, он утверждает, что сознание и отвечает за выбор альтернатив! Даже более радикально: сознание - это и есть выбор альтернатив между параллельными мирами [Менский, 2011: 108] (буквально сознание - разделение альтернатив). Очевидно, Менский так захвачен этой идеей, что повторяет ее вновь и вновь на протяжении всей книги. Притом в его интерпретации сохраняется и объективно реальный (с его точки зрения) мир: мир всех квантовых суперпозиций; субъективное разделение же на альтернативы - суть наше сознание. Но человек в состоянии воспринимать этот объективный мир, мир квантовых суперпозиций, когда она находится без сознания. В трансе, во сне или в процессе медитации (по сути это новая интерпретация бессознательного). Менский считает, что его концепция объясняет такие, по его мнению, распространенные явления, как ясновидение, телепатия и прочие чудесные способности. Именно в бессознательном состоянии (в указанных выше смыслах) у человека возникает возможность (предпосылки) «сверхинтуиции» (прямого усмотрения истины). Как бы воспринимая все миры в их суперпозиции, индивид получает знание обо всех возможностях и реализациях. Название одной из последних глав в книге Менского «Почему квантовая концепция сознания оказалась успешной» [Там же: 108]. Здесь необходимо подчеркнуть, чтобы не вводить никого в заблуждение, что это неправда. Квантовая концепция сознания Менского ни в коей мере не является успешной (во всяком случае, если под успехом понимать признание научным сообществом), по крайней мере в нашей Вселенной! Причина заключается в том, что рассуждения Менского носят чисто спекулятивный характер.
Менский обращает внимание на то, что один из основателей квантовой физики Вольфганг Паули сотрудничал с Карлом Юнгом в связи с вопросом о роли сознания (и бессознательного) в физике, но результаты их сотрудничества практически не публиковались. Однако это
«I
■н
не совсем так: Паули совместно с Юнгом была написана работа «The Interpretation of Nature and the Psyche» [Pauli, Jung, 1955]. Исследование Паули посвящено анализу влияния архетипов на формирование научных идеи Кеплера, а Юнга - в связи с теорией синхроничности, используемой, кстати, для объяснения интересных Менскому мистических сверхспособностей.
10. Еще одна точка зрения на проблему измерений касается природы наблюдателей. Является ли сознание необходимым условием наблюдения для того, чтобы волновая функция коллапсировала? Очевидно, что для такого утверждения нет достаточных оснований. Таким образом, можно выдвинуть следующее предположение: макромир таков, каким мы его наблюдаем, потому что он постоянно «измеряется» всевозможными наблюдателями, например животными (или бактериями).
Сделаем некоторые выводы о существующих точках зрения на проблему наблюдения в квантовой механике (в данном контексте это допустимо сформулировать так: об интерпретациях причин различия микромира и макромира). Исходя из предложенных интерпретаций вопрос может быть сформулирован следующим образом: какую роль играет сознательное наблюдение в квантовых процессах (и, возможно, не обязательно сознательное)? Анализу этого вопроса как раз и была посвящена большая часть настоящей работы. Вопрос можно «перевернуть» следующим образом: играют ли роль квантовые процессы в механизме сознательного наблюдения? Можно ли рассматривать мозг как некий, возможно, квантовый компьютер, производящий вычисления (которые и сводятся к тому, что мы называем сознанием)? Если мозг представлять в виде аналога классического компьютера, то сознание - это фактически программа, которая задает алгоритмы вычислений (вспомним «машины» Алана Тьюринга) и соответственно само является алгоритмом. В такой интерпретации мозг решает вычислимые задачи. Однако здесь применима известная теорема Курта Гёделя о неполноте, из которой следует, что не может существовать универсальной машины Тьюринга, которая могла бы решить любую задачу. Обязательно найдутся такие задачи, которые не могут быть решены алгоритмически. Если придумать алгоритм для таких задач, все равно найдутся новые задачи, которые не могут быть решены алгоритмически. Важно, что эти задачи в принципе могут быть решены, но уже существующие алгоритмы для этих целей бесполезны. Если принять, что сознание - это подобная программа, содержащая алгоритмы и сама являющаяся по сути алгоритмом, то придется признать, что существует множество задач, которые не могут быть решены сознанием.
Другая проблема, указанная Сёрлом [Searle, 1980], заключается в том, что у такой программы не будет «понимания» производимых вы-
числений, в этом смысле она не аналогична сознанию. Таким образом, мозг и сознание человека нельзя рассматривать как классический компьютер (с соответствующим программным обеспечением). Несмотря на это, Дойч [Deutsch, 1997: 238, 337] утверждает, что мозг -это именно классический компьютер, основанный на классической физике, т.е. он не подчиняется квантово-механическим законам. Правда, сознание, по Дойчу, необходимо функционирует с учетом признания существования наших копий в параллельных вселенных, в реальности которых он не сомневается [Там же: 339]. С учетом мультиверса мозг человека превращается в универсальный компьютер, замысловато обходя проблему неразрешимости (которую, похоже, Дойч вообще не признает проблемой).
Пенроуз придерживается того мнения, что сознание не программа-алгоритм, а мозг - не универсальный компьютер именно в силу факта невычислимости ряда задач. Он утверждает, что, более того, сам факт возможности оценки правомерности работы того или иного алгоритма говорит о том, что сознание не алгоритмично, поскольку эта оценка не алгоритмична [Penrose, 1991: 441-413]. Действительно, как мы решаем, что нужно применять ту или иную математическую операцию, как мы решаем, что такой результат правомерен, а такой нет, как мы осуществляем отбор и формулируем критерии истинности? Даже если бы существовал алгоритм задания любого алгоритма, то возник бы вопрос: а каковы критерии правомерности этого алгоритма? Алгоритмичны ли они? В связи с квантовой механикой этот вопрос может ставиться так: является ли коллапс волновой функции алгоритмическим процессом или нет? Если нет, а скорее всего это именно так, значит, сознание как наблюдатель за реальностью может выполнять невычислимые процессы и однозначно не может быть интерпретировано как классическая компьютерная программа. Таким образом, с этой точки зрения, в основе сознания лежат невычислимые процессы и сам мозг не может рассматриваться как классический компьютер.
Эти рассуждения остаются верными, если не учитывать возможный дуализм сознания и тела и полагать, что процессы сознания должны быть редуцированы к функциям мозга. Например, упомянутый выше Менский придерживается противоположного мнения, что не сознание - инструмент мозга, а ровно наоборот - мозг инструмент сознания.
В своем последнем монументальном труде, монографии «Путь к реальности» (2004), Пенроуз, связывая квантовую механику и сознание, утверждает, что вопреки стандартной точке зрения не сознание определяет субъективное наблюдение и его результаты, а, напротив, физически реальный коллапс волновой функции ответствен за сознание [Penrose, 2004: 1032]. Интересно, что это согласуется с известной
«I
■н
точкой зрения Койре о том, что «объективная структура бытия определяет роль и значение наших познавательных способностей». Притом Пенроуз также не считает мозг и квантовым компьютером, по той простой причине, что мозг, как макроскопический объект, функционирует в полном соответствии с законами классической физики. Но он полагает, что для полного понимания феномена сознания необходимо модифицировать квантовую механику таким образом, чтобы соединить ее с общей теорией относительности (интересно, что физики занимаются этим уже давно, правда, не в целях понимания природы сознания). Это означает, что гравитация, по Пенроузу, играет ключевую роль в проблеме измерения: именно гравитационные эффекты обеспечивают объективную редукцию (аналог коллапса волновой функции), за счет чего реализуется привычный классический макромир, который служит приближением квантовой реальности.
Таким образом, наличие сознательного наблюдателя вообще оказывается лишним, сознание больше не является определяющим в поведении реальности. Обратим внимание, что такой взгляд на проблему процесса наблюдения в рамках квантовой механики становится возможен там, где вносятся изменения в стандартную квантовую теорию (вспомним подходы Бома и Жирарди, Римини, Вебера).
Что касается квантового компьютера (на данный момент гипотетического устройства, совершающего вычисления на основе суперпозиций, с логическими элементами, содержащими операции с комплексными числами), вероятно, пока что имеет смысл говорить о его применимости лишь в связи повышением эффективности вычислений [Penrose, 1991: 402]. Нет явных оснований полагать, что квантовое суммирование вероятностей ближе к реальной работе сознания, чем классические вычисления. Хотя возможность того, что само сознательное наблюдение может оказаться квантовым процессом, является интригующей. Правда, для ответа на этот вопрос потребуется сначала создать искусственный квантовый интеллект.
Сторонники той точки зрения, что сам акт сознательного наблюдения способен менять реальность в квантовых процессах (провоцировать коллапс волновой функции), иногда привлекают в качестве аргумента сильную формулировку антропного принципа, согласно которой Вселенная такова, потому что в ней есть наблюдатели. Иначе говоря, во Вселенной с другими физическими свойствами люди не смогли бы существовать. Значит, она с необходимостью предполагает наличие сознания. Это не убедительно: исходя, например, из принципа полноты (о принципе полноты подробно см.: [Карпенко, 2013]) и закона достаточного основания можно предположить, что существуют все возможные вселенные со всеми наборами законов природы, в том числе и наша. Таким образом, антропный принцип теряет смысл
и существование сознательных наблюдателей свидетельствует лишь о том, что должны быть реализованы все возможности.
В целом вопрос о том, действительно ли сознательное наблюдение способно влиять на физические свойства реальности, тем самым провоцируя различие микромира и макромира, на сегодняшний день остается открытым. Как было показано, это в большой степени вопрос интерпретации, вполне вольной - по той причине, что математического описания «сознательного наблюдения» в рамках квантовой теории не существует. Тем не менее это важная проблема, и, возможно, как надеются некоторые физики, ее решение позволит лучше понять принципы квантовой механики (или даже природу сознания -в том случае, если сознание сможет быть описано как квантовый процесс). Но, к сожалению, не исключен и такой вариант, что ответ не может быть найден в принципе и законы природы накладывают фундаментальные ограничения на возможность познания. Как сказал Гераклит, «природа любит скрываться» [Гераклит, 2012: 193].
Библиографический список
Барнз, 2006 - Барнз Д. Пифагор // Греческая философия. В 2 т. Т. 1. М., 2006.
Гайденко, 2012 - Гайденко П.П. История греческой философии в ее связи с наукой. М., 2012.
Галилей, 1987 - Галилео Галилей. Пробирных дел мастер. М., 1987.
Гераклит, 2012 - Гераклит Эфесский. Все наследие: на языках оригинала и в рус. пер. : крат. изд. ; подгот. С.Н. Муравьев. М., 2012.
Гуц, 2004 - ГуцА.К. Элементы теории времени. Омск, 2004.
Карпенко, 2013 - Карпенко А.С. Философский принцип полноты. Часть I// Философия и культура. 2013. № 12. Ч. I. С. 1508-1522; Ч. II. С. 1660-1679.
Койре, 1985 - КойреА. Очерки истории философской мысли. М., 1985.
Менский 2011 - Менский М.Б. Сознание и квантовая механика. Жизнь в параллельных мирах (Чудеса сознания - из квантовой реальности). Фрязино, 2011.
Никифоров, 2001 - Никифоров А.Л. Природа философии. Основы философии. М., 2001.
Платон, 2007(1)-Платон. Государство//Соч. В 4т. Т. 3, ч. 1. СПб., 2007.
Платон, 2007(2) - Платон. Послезаконие // Соч. В 4 т. Т. 3, ч. 2. СПб., 2007.
Порус, 2012 - Порус В.Н. Перекрестки методов (опыты междисципли-нарности в философии культуры). М., 2012.
Bell, 1987 -BellJ.S. Are the Quantum Jumps? // Speakable and Unspeakable in Quantum Mechanics. Cambridge, 1987.
Bohm, 1983 - Bohm D.A. Suggested Interpretation of the Quantum Theory in Terms of 'Hidden' Variables, I and II // Quantum Theory and Measurement. Princeton, 1983.
Deutsch, 1997 - Deutsch D. Fabric of Reality. N.Y., 1997.
«I
Dirac, 1978 - Dirac P.A.M. The Principles of Quantum Mechanics. Oxford, 1978.
Everett, 1983-EverettH. Relative State Formulation of Quantum Mechanics// Quantum Theory and Measurement. Princeton, 1983.
Greene, 2004 - Greene B. The Fabric of The Cosmos. Space, Time, and The Texture of Reality. N.Y., 2004.
Pais, 2005 - Pais A. Subtle Is the Lord: The Science and the Life of Albert Einstein. N.Y., 2005.
Pauli, Jung, 1955 - Pauli W., Jung C.J.The Interpretation of Nature and the Psyche. N.Y., 1955.
Penrose, 1991 - Penrose R. The Emperor's New Mind: Concerning Computers, Minds, and The Laws of Physics. N.Y., 1991.
Penrose, 2004 - Penrose R. The Road to Reality. A Complete Guide to the Laws of the Universe. L., 2004.
Searle, 1980 - Searle J. Minds, Brains and Programs // The Behavioral and Brain Sciences. Cambridge, 1980. Vol. 3.
Wheeler, 1983 - Wheeler J.A. Law Without Law // Quantum Theory and Measurement. Princeton, 1983.
Wigner, 1983 - Wigner E.P. Remarks on the Mind-Body Question// Quantum Theory and Measurement. Princeton, 1983.
1 ■ H
