Гордон - Диалоги: Квантовый мир и сознание (15.10.2003)

http://www.youtube.com/watch?v=kZJQeZpxhRE

Ниже есть краткое содержание.
Ниже есть продолжение.

Форматирование не сохранено.

Квантовый мир и сознание
↓№ 306↑ Дата выхода в эфир 15.10.2003 Хронометраж 49:40

Как и почему в одной из интерпретаций квантовой механики возникает представление о параллельных мирах? Может ли сознание человека влиять на то, в каком из миров он окажется? О роли сознания в квантовой механике и о том, можно ли перебросить мост между естественными науками и гуманитарной культурой, — физик Михаил Менский.

Участник:

Менский Михаил Борисович — доктор физико-математический наук, профессор, ведущий научный сотрудник Физического института РАН.

Обзор темы:

1. Парадоксальность квантового измерения. В квантовой механике измерение обладает контр-интуитивными, парадоксальными чертами. В частности, свойства квантовой системы, обнаруженные при измерении (например, локализация частицы, то есть свойство быть в определенном месте) могут не существовать до измерения. Такого рода парадоксальные черты квантовой механики доказаны экспериментально и даже используются для создания технических устройств, обладающих неожиданными новыми возможностями. Так, быстро развивающаяся прикладная наука, квантовая криптография, предлагает способы передавать секретный код с гарантией от его перехвата. Точнее, любая попытка перехвата пересылаемого кода, пересылаемого по «квантовому» каналу, неизбежно оставит след, который будет обнаружен принимающим и даст знать, что этим кодом пользоваться нельзя — он рассекречен. Гарантию обнаружения дают законы квантовой механики: невозможно подслушать передаваемое, не оставив следа, так как невозможно получить информацию о квантовой системе, не изменив ее состояния. В свою очередь это положение следует из знаменитого принципа неопределенности.

2. Редукция состояния (селекция альтернативы) при измерении. «Появление» при измерении квантовой системы таких ее свойств, которые не существовали до измерения, описывается как явление редукции состояния системы (его называют также коллапсом волновой функции). С формальной точки зрения редукция состоит в следующем. Начальное состояние системы (начальный «вектор состояния») является суммой (суперпозицией) некоторого числа векторов, которые соответствуют всем возможным результатам измерения. Состояние, которое возникает после измерения (редуцированное) — это один из таких векторов-слагаемых, а именно тот, который соответствует результату, полученному в данном измерении. Все остальные слагаемые исчезают, и именно в этом состоит редукция. Редукция состояния перестраивает это состояние таким образом, чтобы оно полностью соответствовало результату измерения. Заметим, что до измерения состояние не соответствует ни одному из возможных альтернативных результатов измерения. Именно это имеется в виду, когда говорят, что свойство, обнаруженное при измерении, может не существовать до измерения. В классической физике такого, разумеется, не может быть. Редукцию можно описать также как селекцию альтернативы — фиксацию одного из всех возможных альтернативных результатов измерения. Например, если до измерения волновая функция частицы отлична от нуля в широкой области, то после измерения положения частицы ее волновая функция отлична от нуля лишь в узкой области, соответствующей полученному результату измерения. Это значит, что произошла редукция состояния частицы, в данном случае нелокализованная частица стала локализованной.

3. Редукция — корректный метод расчета. Предположение о редукции, происходящей в момент измерения, было введено в квантовую механику ее основателями, прежде всего Нильсом Бором и Иоганном фон Нейманом, чтобы описать то, что происходит при взаимодействии квантовой системы с измерительным прибором, с помощью которого наблюдатель получает информацию об этой системы. Редукция квантовой системы при измерении позволяет правильно рассчитывать результаты измерений, и в этом смысле корректность этого понятия не подлежит сомнению. С практической точки зрения никакой проблемы нет: понятие редукции позволяет правильно выполнить любой расчет, все предсказания, полученные на основании таких расчетов, подтверждаются. С точки зрения стандартных требований, предъявляемых к физической теории, квантовая механика, дополненная постулатом о редукции состояния при измерении, полна и не требует никакой существенной переработки. В то же время с момента возникновения квантовой механики активно обсуждались возникающие в ней концептуальные проблемы, большая часть которых связана с процедурой измерения и понятием редукции. Эти обсуждения не только не закончились в наше время, но даже активизировались в последние два десятилетия.

4. В квантовой механике редукция — чужеродное понятие. В частности, всегда были физики, которые чувствовали, что редукция является «чужеродным» элементом, что это понятие искусственно привнесено в квантовую физику, чтобы совместить ее с классическими законами, которым, казалось бы, должны подчиняться макроскопический прибор и тем более наблюдатель. Почему понятие редукции кажется искусственным? Дело в том, что измерительный прибор, используемый при измерении, а также глаз, нервы и мозг наблюдателя, фиксирующие результат измерения, состоят из квантовых атомов и значит сами являются квантовыми системами. Следовательно, они подчиняются законам квантовой механики, тогда как классическое описание их поведения является приближенным. Согласно законам квантовой механики (уравнению Шредингера) никакие взаимодействия системы, в том числе с прибором и наблюдателем, не могут привести к редукции (то есть к устранению всех слагаемых суперпозиции, кроме одной, см. описание редукции, данное выше). Таким образом, если рассуждать строго логически, редукция невозможна. Вместо этого состояние всего комплекса, состоящего из измеряемой системы, прибора и наблюдателя, должно описываться как суперпозиция (сумма) состояний, соответствующих различным альтернативным результатам измерения.

5. В сознании наблюдателя редукция (селекция) неизбежна. Итак, рассматривая и измеряемую систему, и измерительный прибор, и наблюдателя как квантовые системы, мы приходим к выводу, что полная система (включающая все эти части) остается в состоянии, в котором отражены все возможные альтернативные результаты измерения. Редукция, то есть выбор одной альтернативы, произойти не может. В то же время выбор одной альтернативы заведомо имеет место, когда наблюдатель осознает, какой результат дало измерение. Эта парадоксальная ситуация, выявляемая известными парадоксами «кота Шредингера» и «друга Вигнера», явно указывает на то, что вводимое в квантовой механике понятие редукции (селекции) имеет непосредственное отношение к сознанию наблюдателя.

6. «Проблема измерения» в квантовой механике. Попытки снять это противоречие, решить парадоксы квантовой механики, никогда не прекращались и до сих пор не привели к общепринятому решению. Стоящая при этом проблема носит название проблемы измерения. В поисках ее решения предлагались различные интерпретации квантовой механики. Еще раз оговоримся, что эта проблема возникает не из-за того, что теория неудовлетворительно описывает эксперимент, а из-за желания некоторых физиков сделать эту теорию логически более последовательной. Поэтому другие физики склонны считать проблему измерения надуманной, схоластической. Однако среди тех, кто активно искал решение этой проблемы, были практически все великие отцы-основатели квантовой механики, а в наше время вопросы, связанные с проблемой измерения, вызывают чрезвычайно большой интерес у гораздо более широкого круга физиков. Среди них такие выдающиеся исследователи, как Джон Арчибальд Уилер, Роджер Пенроуз, Дитер Цее, Давид Дойч. По-видимому, активизация интереса к этому кругу вопросов связана с появлением новых приложений квантовой механики, известных под именем квантовой информатики. Одним из направлений квантовой информатики является квантовая криптография, о которой говорилось выше, другим — теория квантовых компьютеров, которые, если будут реализованы, могут привести к невиданным скоростям вычислений в некоторых важных вычислительных задачах.

7. Много-мировая интерпретация обходится без редукции. Обычно о различных подходах к решению концептуальных проблем квантовой механики и прежде всего проблемы измерения говорят как о различных интерпретациях квантовой механики. Самый радикальный (но и наиболее критикуемый) подход — это так называемая много-мировая интерпретация, предложенная в 1957 году Эвереттом. В ней все возможные результаты измерения квантовой системы рассматриваются на равной ноге. Отвергается обычное представление, будто лишь один из возможных результатов реализуется, а остальные являются потенциальными возможностями, которые остаются нереализованными. Эта интерпретация предполагает, что редукция вообще не происходит (в сумме векторов, о которой говорилось выше, сохраняются все слагаемые). То явление, которое описывается как редукция вектора состояния, является лишь кажущимся, то есть связана с сознанием наблюдателя. С точки зрения интерпретации Эверетта различные (классически несовместимые) картины мира сосуществуют в квантовом мире, и лишь в сознании наблюдателя появляется единственная классическая картина мира. Для наглядности говорят о том, что существуют различные классические миры (эвереттовские параллельные миры), из которых сознание индивидуального наблюдателя воспринимает лишь один. Впрочем, такая формулировка иногда может вводить в заблуждение, и ее нужно поверять формулировкой в терминах суперпозиции и составляющих ее слагаемых.

8. Квантовая суперпозиция и индивидуальное сознание. Интерпретация Эверетта исходит из того, что при любых взаимодействиях квантовой системы с ее окружением (в том числе с измерительными приборами и через них — с наблюдателем) система и окружение остаются в состоянии суперпозиции, включающей все возможные альтернативные результаты измерения в качестве слагаемых (компонент суперпозиции). Селекция одной альтернативы, или редукция, то есть отбрасывание всех слагаемых, кроме одного, не может произойти, поскольку все системы эволюционируют по законам квантовой механики (в соответствии с уравнением Шредингера). Однако в сознании каждого индивидуального наблюдателя всегда имеется лишь одно из этих слагаемых, то есть в сознании селекция происходит. Но как это совместить с наличием различных классических миров, в равной степени реальных, что предполагается в интерпретации Эверетта? Ответ в том, что мозг как квантовая система тоже находится в состоянии суперпозиции, различные слагаемые которой соответствуют тому, что наблюдатель видит различные альтернативные результаты измерения, различные классические миры. Таким образом, селекция, происходящая в сознании, состоит не в отбрасывании всех классических картин, кроме одной, а в их разделении, в изоляции их друг от друга. Возникает «квантовое расщепление» сознания. Оно не противоречит тому, что любой индивидуальный наблюдатель видит лишь одну классическую картину из всех картин, содержащихся в суперпозиции. Для наглядности можно считать, что каждый наблюдатель «расщепляется» на множество наблюдателей, по одному для каждого из эвереттовских миров. Каждый из них видит ту картину, которая имеется в том мире, в котором он оказался. Это самый трудный для понимания, но и самый важный пункт в интерпретации Эверетта.

9. Вероятности альтернатив (эвереттовских миров). Каждый индивидуальный наблюдатель может задать вопрос: в каком мире окажусь я, то есть какой результат измерения я увижу, когда измерение закончится? Ответ дает распределение вероятностей по различным результатам измерения, которое рассчитывается по законам квантовой механики. Для наглядности можно считать, что имеется много миров одного и того же типа (то есть соответствующих одному результату измерения), и чем больше миров данного типа, тем больше вероятность для наблюдателя оказаться именно в нем.

10. Отождествление селекции альтернатив с «осознаванием». На наш взгляд, концепция, вытекающая из интерпретации Эверетта, становится более четкой и последовательной, если не просто признать, что селекция связана с сознанием, но отождествить селекцию альтернатив с работой сознания. Говоря точнее, селекция альтернатив отождествляется с актом осознавания, перехода от состояния, когда результат измерения еще не осознан наблюдателем, к состоянию, в котором результат измерения осознан (М. Б. Менский, УФН, т. 170, No. 6, стр. 631 (2000)). Таким образом, осознавание (элементарный акт сознания, его «начало») отождествляется с тем, что в квантовой физике описывается как редукция — фиксация альтернативы, «коллапс» состояния. После такого отождествления становится понятно, почему редукция оказывается чужеродной в квантовой механике: потому, что редукция — это уже не просто физика, а нечто качественно новое, — работа сознания, которая физикой, разумеется, полностью не определяется. При таком подходе феномен сознания описывается как бы с двух сторон — со стороны психологии и со стороны квантовой физики (как последний этап в описании измерения квантовой системы). Сознание оказывается границей между физикой и психологией, имеющей прямое отношение к обеим этим сферам. Описание сознания лишь в рамках одной из этих сфер является неполным.

11. Сознание — место встречи двух культур. Таким образом, концептуальный анализ квантовой механики приводит к необходимости ввести в эту теорию сознание наблюдателя как необходимый элемент. Это, в свою очередь, открывает путь к непосредственному контакту между естественными науками с одной стороны и различными способами изучения духовного мира человека — с другой. Эти две сферы интеллектуальной деятельности людей («две культуры», в популярной в свое время терминологии Чарльза Сноу), которые обычно считаются взаимно исключающими, встречаются при изучении феномена сознания. Каждая из них подходит к этому феномену со своими специфическими методами, но достигает при этом лишь одностороннего знания о нем. Познание самых интересных аспектов феномена сознания возможно лишь при взгляде на него одновременно с двух сторон: естественнонаучной и гуманитарной. Только таким образом можно построить теорию сознания, включающую его самые глубинные слои («осознавание», корень сознания, обозначаемый в восточной философии как «дзен» или «чень»).

12. Сознание — граница между материализмом и идеализмом. С точки зрения западной философии отношение к сознанию (вторично оно или первично по отношению к материи) характеризует различие между материализмом и идеализмом. Многие физики, в том числе Паули и Вигнер, приходили к выводу, что квантовая механика, которая вынуждена включить в рассмотрение сознание наблюдателя, несовместима с материализмом. С точки зрения развиваемой нами концепции сознание (а именно, глубинные слои его, корень сознания) лежит на границе между материализмом и идеализмом и связывает эти два философских направления, вопреки общепринятому убеждению об их несовместимости. Материя первична, а сознание вторично в том смысле, что объективно существует квантовый мир, а сознание воспринимает лишь одну из возможных его «проекций», которая интерпретируется сознанием как классическая реальность. Сознание первично, а материя вторична в том смысле, что классическая реальность (которую принято считать единственной реальностью) возникает лишь в сознании и в результате его деятельности, а в квантовом мире существует лишь как одна из огромного множества компонент (проекций), которые характеризуют этот гораздо более богатый мир.

13. Можно ли проверить много-мировую интерпретацию? В своей оригинальной версии много-мировая интерпретация не может быть проверена экспериментально, так как она оставляет справедливыми обычные предсказания квантовой механики. Между параллельными мирами Эверетта не может быть никакого контакта, каждый наблюдатель видит лишь один из них, и нет никой возможности доказать или опровергнуть существование других. Вероятность оказаться в данном мире (то есть получить данный результат измерения) рассчитывается по обычным квантово-механическим правилам. Отсутствие возможности проверить интерпретацию Эверетта при том, что ее предположения (реальность всех альтернатив) чрезвычайно радикальны, — главное возражение против этой интерпретации. Поэтому предлагались варианты много-мировой интерпретации, в которых между различными мирами имеется взаимодействие. Однако такие предложения кажутся искусственными.

14. Сознание выбирает мир, в котором живет? Но если отождествить селекцию альтернатив с работой сознания (как говорилось выше), то можно предположить, что вероятности альтернатив определяются уже не только законами физики, но в какой-то мере зависят от работы сознания. При этом достаточно правдоподобной представляется гипотеза о том, что сознание человека при некоторых условиях (находясь в особом, «активном» состоянии) не просто пассивно фиксирует одну из альтернатив, но во-первых может сравнивать альтернативы, то есть воспринимать одновременно разные миры, а во-вторых способно влиять на вероятность каждой из альтернатив, то есть на то, какую из альтернатив увидит данный индивидуальный наблюдатель (в каком из миров он окажется). Предварительный анализ показывает, что эта гипотеза не является внутренне противоречивой (М. Б. Менский, УФН, т. 170, No. 6, стр. 631 (2000)). Если принять ее, то много-мировую интерпретацию можно проверять, однако не в обычных экспериментах, а в экспериментах с индивидуальным сознанием, то есть при наблюдении того, что происходит в индивидуальном сознании.

15. Подтверждения этой гипотезы уже имеются? Есть основания думать, что многие необычные явления, связанные с человеческой психикой, как раз и являются подтверждением эвереттовской интерпретации и гипотезы об активном сознании. Активное состояние сознания, в котором оно может влиять на выбор альтернативы, а значит, и анализировать различные альтернативы, различные эвереттовские миры, — естественно отождествить с состоянием «сверхсознания», которое получило множество подтверждений в исследованиях по психологии, в частности, по психологии творчества. Следует отдавать себе отчет в том, что при таком подходе меняется методология: в качестве доказательства принимаются не только результаты экспериментов, которые можно многократно повторять, но и наблюдение над индивидуальным сознанием, которое заведомо уникально. Впрочем, в наше время даже в естественных науках все больше распространяется методика доказательства, основанная на наблюдении уникальных явлений. В таких областях науки, как космология, для такой методики нет альтернативы.

Из статьи: М. Б. Менский. Квантовая механика: новые эксперименты, новые приложения и новые формулировки старых вопросов. (Успехи физических наук. 2000. Т. 170. № 6.)

Ряд теорий, которые претендуют на более высокий уровень фундаментальности, чем обычная квантовая теория — это:

— квантовая механика Давида Бома,

— теория совместных квантовых историй,

— многомировая интерпретация квантовой механики.

Наиболее радикальным вариантом углубления теории является мпогомировая интерпретация квантовой механики, предложенная Эвереттом и развитая Уилером. Иногда она называется интерпретацией Эверетта-Уилера. В этом подходе рассматривается замкнутая система, включающая и измеряемую подсистему, и прибор, и наблюдателя (словом, всю Вселенную, весь мир). Соответственно, декогеренции не происходит и нет никакой причины для того, чтобы суперпозиция альтернативных чистых состояний превратилась в смесь. Согласно интерпретации Эверетта, каждая из компонент суперпозиции описывает целый мир, и ни одна из них не имеет преимущества перед другой. Имеется столько миров, сколько альтернативных результатов имеет рассматриваемое измерение. В каждом из этих миров имеется и измеряемая система, и прибор, и наблюдатель. И состояние системы, и состояние прибора, и сознание наблюдателя в каждом из этих миров соответствует лишь одному результату измерения, но в разных мирах результаты измерения различны.

Таким образом, если в теории декогеренции возможны разные результаты измерения, но реализуется (с соответствующей вероятностью) лишь один из них, то в интерпретации Эверетта одинаково реальны все результаты измерения, но реализуются они в разных мирах. Заметим, что в интерпретации Эверетта проблема выбора (селекции) результата измерения все же существует, она лишь иначе формулируется. Вопрос: «Какой из результатов измерения реализуется?» — теперь не стоит, потому что одинаково реальны все результаты. Зато появляется вопрос: «В каком из эвереттовских миров оказался данный наблюдатель?»

В более наглядной формулировке, предложенной Уилером, в момент квантового измерения перед наблюдателем как бы оказывается железнодорожная стрелка, и его поезд может пойти в одном из нескольких направлений. В зависимости от того, в каком направлении пойдет поезд, наблюдатель увидит тот или иной результат измерения. Возможные направления поезда соответствуют альтернативным результатам измерения или различным эвереттовским мирам. Поезд всегда пойдет лишь по одному из направлений, но все остальные столь же реально существуют, и в других направлениях то же измерение дает другие результаты.

Квантовая механика и сознание. Таким образом, в интерпретации Эверетта-Уилера трудный вопрос о селекции, т. е. о выборе одного из множества альтернативных результатов измерения, по крайней мере освещается с иной точки зрения. Попробуем все же выяснить, нельзя ли далее продвинуться в решении этого вопроса.

Прежде напомним вывод, к которому мы пришли ранее относительно теории открытых измеряемых систем. Эта теория означает, что влияние окружения на систему учитывается, хотя конкретная модель окружения не включается в описание. Мы выяснили, что такая теория:

— с точки зрения физики полна, так как может включать любую часть Вселенной, за исключением, быть может, каких-то глубоких структур в мозгу, в которых отображается информация о результате измерения;

— не содержит парадоксов (приводит к смешанным состояниям, а не к суперпозициям);

— может описывать выбор альтернативного результата измерения (селекцию) лишь феноменологически, механизм выбора не обсуждается.

Упомянутое в последнем пункте феноменологическое описание селекции можно формализовать в случае мгновенного (в реальности — пренебрежимо малой длительности) измерения постулатом редукции фон Неймана, а в случае непрерывного измерения — ограниченным интегралом по путям или мнимым потенциалом.

Такое описание селекции решает, разумеется, все практические задачи. Однако с концептуальной точки зрения именно то, что в теории открытых систем селекция описывается феноменологически, можно воспринимать как слабый пункт, требующий поиска более полной или более фундаментальной теории. По-видимому, такая теория должна базироваться на рассмотрении таких замкнутых систем, когда модель окружения фигурирует в теории в явном виде.

Как мы могли уже убедиться, такая теория приводит к суперпозициям макроскопически различимых состояний (к парадоксу шрёдингеровского кота), поскольку не содержит механизма декогеренции. Кроме того, стремясь описать измерение в терминах замкнутой системы, мы вынуждены все дальше и дальше отодвигать границы рассматриваемой системы, так что в конце концов она начинает захватывать органы чувств наблюдателя и те структуры в его мозгу, которые ответственны за отображение информации о результате измерения.

Если хотя бы одна такая структура останется вне того, что мы включаем в измеряемую систему, то 1) возникает декогеренция, в результате которой мы избавляемся от парадоксальной суперпозиции различимых состояний, но зато 2) селекция (выбор) одной из альтернатив описывается лишь феноменологически, но не вскрывается ее механизм.

Если же мы включаем в рассматриваемую систему все степени свободы, в которых могла бы быть отражена информация об альтернативе (переходим к теории замкнутой системы), то декогеренции не происходит, в силу чего: 1) остается суперпозиция и 2) по-прежнему не видно никакого механизма селекции одной из альтернатив (в данном случае — одной из компонент суперпозиции).

Может быть, селекция вообще никогда не происходит? В интерпретации Эверетта предполагается именно это: все альтернативы одинаково реальны. Однако одно обстоятельство убеждает, что выбор все же всегда делается: в реальном опыте каждый экспериментатор имеет дело лишь с одной альтернативой. Открывая ящик со шрёдингеровским котом, любой экспериментатор увидит либо живого, либо мертвого кота.

Таким образом, пытаясь оставаться в рамках обычных физических концепций, мы всегда имеем дело со всей совокупностью альтернатив, но описывая происходящее с точки зрения сознания конкретного наблюдателя мы всегда имеем дело лишь с одной из них. По-видимому, приходится сделать вывод, который очень труден для физика: теория, которая могла бы описывать не только множество альтернативных результатов измерения и вероятностное распределение по ним, но и механизм выбора одного из лих, обязательно должна включать сознание.

В различных формах мысль о необходимости включения наблюдателя и даже сознания в теорию высказывалась с первых лет существования квантовой механики. Например, это было характерно для взглядов Паули. В работе Вигнера содержится даже гораздо более сильное утверждение: сознание не только необходимо включить в теорию измерения, но сознание может влиять на реальность. Подобную мысль высказывал и Шрёдингер. Позже мы еще вернемся к странному утверждению о влиянии сознания на реальность. Сейчас же лишь заметим, что роль сознания в интерпретации квантовой механики обсуждалась в последние годы очень широко.

Выбор альтернативы — это и есть работа сознания? Можно ли что-либо добавить к тому, что уже говорилось по поводу роли сознания в квантовом измерении? Кажется существенным сделать еще один шаг, на первый взгляд небольшой, но по нашему мнению принципиальный.

Мы уже отмечали, что оставаясь в рамках концепций, типичных для физики, мы не можем описать механизм выбора одной из альтернатив. Это нерешенная задача. Предыдущие аргументы дают намек, что решение этой задачи следует искать, включая в рассмотрение сознание наблюдателя. С другой стороны, хотя психологи давно исследуют работу сознания, по-видимому, никто никогда не ответил в достаточно удовлетворительной форме, что же такое сознание или как и почему происходит осознание? Функция сознания остается таинственной и непонятной. Это также нерешенная задача.

Таким образом, мы имеем дело с двумя нерешенными проблемами: 1) как происходит выбор одной альтернативы при квантовом измерении и 2) как функционирует сознание. В истории науки известно, что иногда две трудные проблемы решаются одновременно, как бы помогают решать одна другую. Возможно, в данном случае мы имеем дело именно с такой парой глубоко связанных друг с другом проблем.

Основываясь на этом, мы предлагаем следующую гипотезу: Функция сознания состоит в том, чтобы выбрать один из альтернативных результатов квантового измерения. Если сформулировать нашу гипотезу в рамках многомировой интерпретации Эверетта, она звучит несколько иначе: функция сознания состоит в том, чтобы выбрать один из альтернативных эвереттовских миров. На вопрос: что такое осознание? следует ответить: это выбор альтернативы при квантовом измерении. Лишь после того, как выбор сделан, возникает определенная картина происходящего, описываемая языком классической физики (например, лишь после этого стрелка прибора оказывается в определенном положении). Пока же выбор не произошел, есть лишь квантовая картина с присущим ей множеством альтернатив. Можно сказать так: лишь выбор альтернативы определяет, что же происходит в реальности. Но ведь это именно то, что принято понимать под осознанием: только осознание отвечает на вопрос, что же происходит в реальности. Таким образом, гипотеза об отождествлении сознания с квантовой селекцией вполне соответствует нашей интуиции.

Сформулированная гипотеза близка к тому, что предлагал Сквайре. Он считал, что сознание — это окно, открывающееся в квантовый мир. Оно не позволяет видеть весь квантовый мир, но лишь один его фрагмент (соответствующий одному из альтернативных результатов квантового измерения или одному из эвереттовских миров).

Подчеркнем все же некоторое отличие предлагаемой нами гипотезы от того, что обсуждалось в литературе до сих пор. Многие авторы говорили о том, что при объяснении квантового измерения следует так или иначе включать в рассмотрение сознание наблюдателя. Мы же считаем, что функция сознания (осознание) сама по себе есть один из этапов квантового измерения, именно — выбор (селекция) альтернативы. Сознание, следовательно, не нужно включать в теорию измерения. Оно уже включено в нее. Нужно лишь узнать в одном из элементов теории измерения (этим элементом является выбор альтернативы) то, что в другом контексте называется осознанием.

Может возникнуть одно возражение против такой гипотезы. Если функция сознания состоит в том, чтобы выбрать один из результатов измерения, то почему они выбираются с разными вероятностями, именно с теми, которые предсказывает квантовая механика? Оказывается, однако, что в теории Эверетта на этот вопрос имеется очень простой и красивый ответ. В этой теории показывается, что среди всех параллельных миров есть тождественные (т. е. такие, в которых все подсистемы имеют одно и то же состояние). При этом мир некоторого определенного типа встречается тем чаще, чем больше квантовомеханическая вероятность соответствующей альтернативы.

Это замечание является существенной поддержкой нашей гипотезы об отождествлении функции сознания с селекцией эвереттовского мира. При этом можно ответить на известное возражение Эйнштейна Бору. Имея в виду вероятностную интерпретацию квантовой механики, Эйнштейн сказал: «Я не верю, что Бог играет в кости». Исходя из сформулированной гипотезы, можно на это ответить: «Да, Бог не играет в кости, он равно приемлет все возможности. В кости играет сознание каждого наблюдателя».

Рассуждая далее на основе высказанной гипотезы, можно заметить, что от нее остается лишь небольшой шаг до мысли Вигнера о том, что сознание может влиять на реальность. Действительно, если обычно сознание выбирает один из эвереттовских миров наугад, вслепую, то почему не предположить, что может существовать такое сознание (наделенное особым талантом или специальным образом тренированное), которое может делать этот выбор целенаправленно. В таком случае выбор может быть предопределен или по крайней мере вероятность определенного выбора может быть повышена усилием воли. В терминологии Уилера, наблюдатель, наделенный таким «активным» сознанием, может по своей воле переключать стрелку и направлять поезд по избранному им пути (или по крайней мере увеличивать вероятность того, что поезд пойдет по избранному пути).

Разумеется, это не доказательство, а чистая спекуляция, однако в данном контексте она кажется естественной. Тем не менее в такую спекуляцию не так-то легко поверить. Сделаем замечания, которые снимают два возможных возражения. На первый взгляд кажется, что гипотеза о влиянии сознания на выбор альтернативы (назовем ее гипотезой об активном сознании) ведет 1) к несогласованности наблюдений различных экспериментаторов и 2) к возможности нарушения законов природы. Однако это не так или не совсем так.

Кажется, что если исход измерения в какой-то мере зависит от наблюдателя, то два разных наблюдателя одного и того же измерения могут видеть разные результаты. Скажем, руководитель экспериментальной группы и его ассистент, взглянув на прибор, увидят разные показания, потому что руководитель хочет, чтобы показания были высокими, а ассистент стремится к низким (это может быть, если они верят в различные теории и каждый хочет, чтобы его теория подтвердилась). Разумеется, в практике такое не происходит, и это могло бы немедленно дискредитировать гипотезу о влиянии сознания на результат измерения. Однако более тщательный анализ показывает, что гипотеза об активном сознании никогда не приведет к такого рода несогласованностям.

Обратимся к наглядной модели. Если какой-то наблюдатель усилием воли увеличивает вероятность своего попадания в некоторый из эвереттовских миров, то вместе с ним в этом мире он обнаруживает и всех других людей, которые имеют доступ к информации о результате измерения (или его последствий).

В приведенном выше примере, если и руководитель группы, и его ассистент обладают активным сознанием, то руководитель, взглянув на прибор, скорее всего удостоверится, что прибор выдал высокие показания (и продемонстрирует это своему ассистенту, который вынужден будет согласиться); с сознанием ассистента все будет наоборот: скорее всего он увидит, что прибор дает низкие показания, и продемонстрирует это своему руководителю. Руководитель и ассистент скорее всего по-разному переключат железнодорожную стрелку и скорее всего увидят (каждый в своем сознании) разные эвереттовские миры, однако каждый из этих миров будет внутренне согласован. Правда, этот произвол с переключением стрелок вселяет сомнения в объективности науки. К этому мы вскоре вернемся.

Второе из упомянутых выше сомнений состоит в следующем. На первый взгляд кажется, что если усилием воли можно попасть в тот из эвереттовских миров, который больше нравится, то тем самым меняются вероятности различных результатов измерения, т. е. обычные выводы квантовой механики неверны, нарушаются законы природы. Первое возражение против этого состоит в том, что попасть можно лишь в такой эвереттовский мир, который существует и в который всегда можно попасть также и обычным образом, когда сознание выбирает один из миров наугад. Следовательно, если один из людей обладает способностью по своему желанию выбирать некоторый определенный результат измерения, то окружающие всегда могут объяснить это случайностью: вероятность этого, пусть малая, всегда существует. Другое дело, что такой человек мог бы демонстрировать такие способности повторно. Каждый раз его успех может быть объяснен случайным совпадением, но если это будет происходить много раз, то вероятность случайного совпадения будет уменьшаться и может стать чрезвычайно малой. При этом все же нет никакой возможности доказать с достоверностью, что это не случайное совпадение.

К тому же представлением о том, что данному человеку удается многократно повторить маловероятное событие (сотворить чудо), возникает лишь в сознании самого «чудотворца» (в силу того, что это сознание специальным образом выбирает эвереттовский мир). И это лишь в его сознании другие наблюдатели оказываются свидетелями этого многократного повторения и тем самым убеждаются в его способностях. Если же мы рассмотрим, как то же самое выглядит с точки зрения одного из наблюдателей, обладающего обычным сознанием, то окажется, что он в огромном большинстве случаев увидит, что событие, обещанное чудотворцем, не происходит. Ведь его сознание, выбирая эвереттовский мир наугад, окажется скорее всего в таком мире, в котором маловероятное событие не осуществляется. Вывод состоит в том, что нарушение законов природы может оказаться возможным в индивидуальном опыте некоторых людей (обладающих активным сознанием), но люди с обыкновенным сознанием, пользуясь методами статистики, не подтвердят этого.

Рассмотрим эту ситуацию с несколько иной точки зрения. Предположим, что человек, умеющий по своему желанию увеличивать или уменьшать вероятность попадания в тот или иной эвереттовский мир, является ученым-экспериментатором (как в рассмотренном ранее примере). Если это возможно, то под сомнением оказывается объективность научных исследований. Какой же объективностью обладает научный результат, если получивший его ученый может на него влиять и в конце концов может получить тот результат, который он хочет? Ответ на это сомнение уже содержится в предыдущем рассуждении, но все же мы повторим его в несколько иной формулировке. Если данный экспериментатор обладает активным сознанием, то в некотором смысле он является чудотворцем и полученные им результаты могут противоречить предсказаниям квантовой механики. Однако, как уже было отмечено, чудо (т. е. реализация заранее намеченного им результата) происходит лишь в его собственном сознании. Кроме того, даже он сам может объяснить это «чудо» случайным совпадением, поскольку полученный им результат допускается квантовой механикой, хоть и с малой вероятностью. Наконец, любой другой наблюдатель, не обладающий активным сознанием, т. е. выбирающий эвереттовский мир наугад, как правило будет оказываться в таком мире, в котором результат опыта соответствует наиболее вероятной из предсказанных квантовой механикой альтернатив (и в котором, следовательно, экспериментатор-чудотворец терпит неудачу). Индивидуальный опыт любого человека с пассивным сознанием всегда будет подтверждать обычные квантовомеханические вероятностные предсказания, и любые «чудотворцы» будут таким опытом посрамлены.

Чтобы сделать последний вывод более наглядным, скажем так. Пока экспериментатор-чудотворец, обладающий активным сознанием, работает наедине в своей лаборатории, он с большой вероятностью получает тот результат, к которому стремится, и лишь с малой вероятностью — результат, наиболее вероятный с точки зрения квантовой механики. Пусть теперь результат опубликован и с ним знакомится большое число людей. Рассмотрим любого из этих людей, который не обладает активным сознанием, не является чудотворцем (или даже является им, но не заинтересован в некотором специальном исходе данного эксперимента) и спросим себя, какой результат эксперимента он увидит в публикации. Ответ очевиден. Его сознание окажется в том или ином эвереттовском мире в соответствии с обычным квантовомеханическим вероятностным распределением. Следовательно, этот человек скорее всего увидит в публикации тот результат, который является наиболее вероятным согласно квантовой механики. Даже если экспериментатор-чудотворец стремился к результату, маловероятному по квантовомеханическим законам, аудитория журнала, состоящая из обычных людей, скорее всего обнаружит в публикации наиболее вероятный результат.

Окончательный вывод можно сформулировать так. Даже если принять гипотезу о возможности активного сознания, тем не менее объективность научных выводов гарантируется тем, что каждый научный результат широко публикуется и затем используется большим количеством ученых, не обладающих активным сознанием и не имеющих возможности влиять на выбор квантовомеханической альтернативы. Это делает гипотезу об активной роли сознания приемлемой. Она не приводит к абсурдным выводам. Разумеется, это не является еще ее доказательством. Верна ли эта гипотеза, остается неясным. Возможно, что ее принципиально нельзя доказать или опровергнуть. Тогда каждый может верить в эту гипотезу или не верить в нее. Ни в том, ни в другом случае не возникнет противоречия с тем, что наблюдается на практике.

Это напоминает довольно широко распространенное мнение, что существование Бога является только вопросом веры. В сознании глубоко верующего, в его индивидуальном опыте, существование Бога может иметь весьма веские доказательства. Но оно не может быть ни доказано, ни опровергнуто научными методами.

Квантовый мир и классический мир. Если принять точку зрения, которая развивалась в предыдущем разделе, то взаимоотношение между квантовым и классическим мирами выглядит совершенно иначе, чем обычно. Обычная интерпретация взаимоотношений этих миров иллюстрируется следующей схемой:

Квантовый вектор состояния
|
Классическая реальность

Классический мир — это то, что мы наблюдаем, поэтому он интерпретируется как реальность. Квантовый же мир (вектор состояния или волновая функция) существует лишь как некоторый математический образ, позволяющий предсказать классическую реальность, да и то лишь вероятностным образом. Во всяком случае, при таком подходе кажется неправильным интерпретировать квантовый мир как объективно существующий.

Если же принять интерпретацию Эверетта, дополнив ее вдобавок гипотезой, что выбор одного из параллельных эвереттовских миров — это функция сознания, тогда возникает совершенно другая схема взаимоотношений квантового и классического миров:

Объективный квантовый мир
|
Иллюзия классической реальности

В этой схеме квантовый мир объективен, потому что он не зависит от сознания. Он существует в форме параллельных миров, каждый из которых не менее реален, чем все остальные. Что же касается классического мира, то он возникает лишь после того, как сознание выбирает один из параллельных миров. При этом остальные миры вовсе не перестают существовать, поэтому то, что лишь один, выбранный мир, реален — это лишь иллюзия, возникающая в сознании наблюдателя.

Такие взаимоотношения можно проиллюстрировать рисунком, на котором квантовый мир символически изображен как некоторая сложная объемная фигура, а то, что мы называем «классической реальностью», является лишь одной из проекций этой фигуры. Работа сознания состоит в том, чтобы выбрать одну из возможных проекций, однако ни в каком случае эта проекция не отобразит всей сложности объективно существующего квантового мира.

Заключение. Анализ показывает, что эта проблема по существу лежит вне физики, и по этой причине вполне оправдана точка зрения, что такой проблемы вообще нет. Во всяком случае, этой точки зрения придерживается большинство физиков, она является вполне последовательной и не ведет ни к каким неприятностям и противоречиям в чисто физических задачах. Оставаясь на этой точке зрения, можно вполне успешно решать все практические задачи. Следовательно, с достаточным основанием можно считать, что теория декогеренции и основанная на ней теория открытых измеряемых систем вполне закончена и не нуждается ни в каком развитии, кроме чисто технического (последнее как раз происходит весьма активно).

Однако были все же физики, и среди них весьма уважаемые, в том числе Вигнер, которые не удовлетворялись этим уровнем решения «проблемы измерения». Выше обсуждались попытки выхода на более фундаментельный уровень и были кратко охарактеризованы некоторые из путей совершенствования теории, которые позволяют вывести ее за рамки теории декогеренции и сформулировать в терминах замкнутых, а не открытых систем.

По нашему мнению, наиболее интересной и последовательной среди этих расширенных теорий является многомировая интерпретация квантовой механики Эверетта-Уилера. Мы дополнили эту интерпретацию гипотезой о том, что выбор одного из эвереттовских миров — это и есть то, что называется работой сознания. Этот небольшой, но по нашему мнению принципиальный шаг приводит к очень красивой теоретической конструкции и может предоставить совершенно новую основу для теории сознания.

Если попытаться на основе всего сказанного заглянуть в будущее, то можно предположить, что:

— практические приложения запутанных состояний будут и в дальнейшем расширяться,

— эксперименты по квантовой механике включат с течением времени работу мозга и сознание,

— квантовая теория измерений может привести к теории сознания как фундаментального физического свойства, которым тем не менее обладает лишь живая материя.

Последний пункт пока остается в значительной мере спекулятивным, однако он заслуживает особого внимания уже потому, что в случае успеха может привести к радикальному расширению предмета физики, по существу к переходу физики на качественно новый уровень.

Из статьи: М. Б. Менский. Квантовое измерение: декогеренция и сознание. (Успехи физических наук. 2001. 171. № 4.)

Для физика вполне достаточно вероятностных предсказаний и случайный выбор той или иной альтернативы само собой разумеется. Приходится еще раз повторить: вопрос о механизме выбора альтернативы возникает лишь на метафизическом уровне рассмотрения. Никто не обязан рассматривать вопрос на этом уровне. Обычный физический уровень рассмотрения вполне достаточен для решения всех практических вопросов. Получающаяся теория логически замкнута, ее можно проверить экспериментально, и при этом она великолепно подтверждается.

Переход на метафизический уровень и постановка дополнительных вопросов для многих кажется ненужной игрой, и эта точка зрения вполне допустима, а со многих точек зрения имеет огромные преимущества. То, что я пытался сказать во второй части своей статьи, было сформулировано весьма осторожно: если мы по тем или иным причинам (в конце концов, просто из любопытства или в качестве интеллектуальной игры) перейдем на метафизический уровень и позволим себе задавать «нефизические» вопросы, то одним из них будет вопрос о механизме выбора альтернативы, а одним из решений этого вопроса (на мой взгляд, — красивым) является отождествление сознания и селекции.

Конечно, такое решение проблемы селекции является чисто словесным и потому с точки зрения физика может вообще не представлять ценности. Однако для метафизики характерны именно словесные решения. В данном же случае решение представляется красивым, потому что оно решает (сближает между собой) две трудные концептуальные проблемы из совершенно разных областей науки: 1) что означает понятие селекции в квантовой физике и 2) что означает понятие или явление осознания в психологии. Мы получаем объяснение (или описание) трудного понятия из области психологии в терминах, характерных для физики, и наоборот.

Кроме всего прочего, такая постановка вопроса делает очень естественной гипотезу о существовании активного сознания, способного изменить для данного наблюдателя вероятности различных альтернатив. Заметим только, что она корректна лишь в случае, если число эвереттовских миров бесконечно.

Библиография

Бор Н. Дискуссии с Эйнштейном о проблемах теории познания в атомной физике/Нильс Бор. Атомная физика и человеческое познание. М., 1961

Дойч Д. Структура реальности/Пер. с англ. М.; Ижевск, 2001

Марков М. А. О трех интерпретациях квантовой механики: об образовании понятия объективной реальности в человеческой практике. М., 1991

Менский М. Б. Квантовая механика: новые эксперименты, новые приложения и новые формулировки старых вопросов//Успехи физических наук. 2000. Т. 170. № 6

Менский М. Б. Квантовое измерение: декогеренция и сознание//Успехи физических наук. 2001. Т. 171. № 4

Менский М. Б. Квантовые измерения и декогеренция. Модели и феноменология/Пер. с англ. М., 2001

Пенроуз Р. Новый ум короля: О компьютерах, мышлении и законах физики/Пер. с англ. М., 2003

Шредингер Э. Что такое жизнь? Физический аспект живой клетки. Ижевск, 1999

Everett H. Relative state formulation of quantum mechanics//Rev. Mod. Phys. 1957. V. 29; Reprinted in: Quantum Theory and Measurement/Ed. by J. A. Wheeler, W. H. Zurek. Princeton, 1983

Squires E. The Mystery of the Quantum World. Bristol; Philadelphia, 1994

The Many-Worlds Interpretation of Quantum Mechanics/Ed. by B. S. DeWitt, N. Graham. Princeton, 1973

Vaidman L. The Many-Worlds Interpretation of Quantum Mechanic//The Stanford Encyclopedia of Philosophy/Ed. by Edward N. Zalta.

Whitaker A. Many minds and single mind interpretations of quantum theory//Decoherence: Theoretical, Experimental, and Conceptual Problems/Ed. by Ph. Blanchard, D. Giulini, E. Joos, C. Kiefer, I.-O. Stamatescu. Berlin, 2000

Wigner E. P. Remarks on the mind-body question//The Scientist Speculates/Ed. by L. G. Good. London, 1961; Reprinted in: Quantum Theory and Measurement/Ed. by J. A. Wheeler, W. H. Zurek. Princeton, 1983

Тема № 306

Эфир 15.10.2003

Хронометраж 49:40

http://gordon0030.narod.ru/archive/18138/index.html