Вселенная

Некоторым людям свойственно чрезмерно увлекаться необычными возможностями — они охотно хватаются за излюбленные модные словечки и пользуются ими, как вздумается. Именно так обычно складывается ситуация с выражением «квантовое сознание», которое употребляется в дилетантских беседах. Согласно квантовой механике, суперпозиция превращается в конкретный результат как раз в процессе наблюдения, по крайней мере для любого отдельно взятого наблюдателя. Несложно извратить эту формулировку так, словно сознательное наблюдение в буквальном смысле порождает реальность.

Это предельно антикоперниковский ход, попытка вернуть человеку центральное место в нашей картине мироздания. Естественно, можно ощутить себя незаметным на фоне безбрежности космоса, и, пожалуй, вам претит слушать, что атомы вашего тела подчиняются обезличенным законам физики, а вам говорят: «Эй, не волнуйтесь — вы личности, и каждый из вас ежесекундно создаёт мир, просто рассматривая его». Сторонники такого подхода иногда могут ввернуть что-нибудь о «запутанности» — это явление также не тайна, а просто интересное свойство квантовой механики, — чтобы вы почувствовали собственную «связь» со всеми другими частичками Вселенной. На закуску вам могут сообщить, что квантовая механика вообще отменяет существование физического мира и оставляет нам лишь идеализм, где всё сущее есть просто проекция разума.

Ничто из того, что известно нам о физике, не свидетельствует об истинности таких воззрений. Хотя квантовая механика и таинственна, это всё-таки — во всех предложенных формулировках — обычная физическая теория, подчиняющаяся объективным законам, которые выражаются в виде уравнений. В частности, даже в тех интерпретациях, где волновая функция действительно коллапсирует в случае наблюдения за системой, сам наблюдатель никак не влияет на конечный результат измерения. Результат просто подчиняется правилу — правилу Борна, описывающему квантовые вероятности, согласно которому вероятность каждого результата равна квадрату значения волновой функции. Ничего потустороннего, ничего личного, ничего сугубо человеческого. Просто физика.

* * *

«Квантовое сознание» в такой дурной формулировке отличается от другой идеи, которая пусть и спекулятивна, но хотя бы разумна с физической точки зрения: квантовые процессы играют важную роль в функционировании мозга. В некоторой степени это утверждение является тривиально верным. Мозг состоит из частиц, представляющих собой вибрации квантового поля, и эти вибрации подчиняются законам квантовой механики. Однако нейрофизиология в основном исходит из предположения, согласно которому важные процессы, происходящие в мозге, хорошо описываются аппроксимациями, взятыми из классической физики. Нам не требуется работать с волновыми функциями или запутанностью, чтобы запустить ракету к Луне, и кажется разумным, что эти явления не нужны и для того, чтобы разобраться в том, что происходит в мозге.

Мозг — тёплая влажная среда, а не холодный и выверенный лабораторный аппарат. Каждую частицу у вас в голове постоянно бомбардируют другие частицы, в результате чего возникает непрерывная череда «коллапсов» (или, как сказали бы бесстрашные эвереттовцы вроде меня, волновая функция постоянно ветвится). У частиц почти нет времени, чтобы зависнуть в суперпозиции, запутаться с другими частицами и т. д. Поддерживать квантовую когерентность в мозге, по-видимому, не проще, чем выстроить во дворе карточный домик во время урагана.

Тем не менее последние биологические открытия демонстрируют, что живые организмы действительно пользуются некоторыми квантовыми эффектами, выходящими за рамки классической физики. Так, при фотосинтезе передача энергии происходит с участием частиц, находящихся в квантовой суперпозиции. (Дарвиновская эволюция наткнулась на квантовую механику задолго до того, как её открыл человек.) Итак, нельзя чисто умозрительно отметать возможность того, что квантовые эффекты играют в мозге важную роль — нам придётся придерживаться обычной эмпирической байесовской процедуры, формулировать гипотезы и проверять их на материале имеющихся данных.

Физик Мэтью Фишер идентифицировал в мозге ряд очень специфичных квантовых объектов, которые могут запутываться друг с другом и оставаться в состоянии запутанности относительно долго; речь идёт о ядрах некоторых атомов фосфора, которые встречаются в субгруппах молекул АТФ и в других местах. В модели Фишера частота химических реакций с участием этих атомов зависит от того, обладают ли их ядра квантовой запутанностью с другими расположенными поблизости атомами фосфора. Итак, квантовая механика может играть самую непосредственную роль в функционировании мозга — возможно, она даже позволяет мозгу действовать в качестве «квантового компьютера». Либо нет — всё это новые спекулятивные идеи. Они напоминают нам, что не стоит делать скоропалительных заключений, обсуждая столь тонкую и сложную систему, как мозг.

Однако в большинстве случаев, когда людям случается задуматься о квантовых эффектах в мозге, их занимают не столь прозаические вещи, как «вычислительная способность» мозга. Они стремятся сформулировать новую физику, которая позволила бы объяснить сознание.

Наиболее знаменитым сторонником такого подхода является Роджер Пенроуз, британский физик и математик, прославившийся своими работами, важными для современного понимания эйнштейновской общей теории относительности. Пенроуз — один из тех учёных, кто выдаёт блестящие идеи с такой же лёгкостью, с какой обычный человек стряхивает хлебные крошки с рубашки. Он уверен в том, что человеческому мозгу под силу такое, с чем компьютер не справится. Однако компьютер может смоделировать любой процесс, который возможен в соответствии с известными законами физики. Итак, требуется, чтобы при работе мозга проявлялись какие-то подлинно новые физические феномены, например какой-то особенный коллапс волновой функции.

Аргумент Пенроуза выверен и хитроумен, но в конечном счёте неубедителен для абсолютного большинства специалистов по физике, нейрофизиологии или сознанию. Пенроуз начинает своё доказательство с теоремы Гёделя о неполноте, прославившей австрийского логика Курта Гёделя. Рискуя чрезмерно упростить теорему о неполноте, постараюсь передать её суть. В любой непротиворечивой математической формальной системе — наборе аксиом и правил для вывода следствий из них — будут такие утверждения, которые верны, но не могут быть доказаны в рамках данной системы. (Основной приём Гёделя заключался в том, что он показал, как выразить посылку «Это утверждение не может быть доказано» в рамках любой достаточно мощной формальной системы. Либо это утверждение удаётся доказать и, следовательно, оно ложно, поскольку демонстрирует противоречивость вашей системы, либо его не удаётся доказать и, следовательно, оно истинно.) Компьютер, работающий на основе адекватного набора формальных правил, не сможет доказать такое утверждение.

Однако, продолжает Пенроуз, человек-математик без труда воспримет подобные утверждения как верные. Следовательно, процессы в мозге человека-математика должны выходить за рамки формальной математической системы. Непонятно, как человеку это удаётся в рамках известных законов физики.

В главе 24 обсуждался вопрос о том, что должен существовать изъян в столь смелом утверждении, что все законы физики, лежащие в основе повседневной жизни, уже полностью известны; причём наиболее вероятно, что может измениться наше представление о квантовых измерениях. У Пенроуза есть некоторые идеи относительно того, каковы могут оказаться такие изменения, — так, они могут быть связаны с квантовой гравитацией и особыми структурами в мозге, которые называются микротрубочками. Но вся загвоздка в том, что волновые функции структур нашего мозга коллапсируют именно так, что человек обретает прозорливость и познавательные способности, недостижимые для компьютеров.

В данном случае можно высказать ряд возражений, и учёные с удовольствием уже много лет осыпают ими Пенроуза. Самые сильные возражения основаны на том, что сложно перейти от утверждения «Человеческое сознание работает не как формальная математическая система» к «Человеческий мозг не подчиняется известным законам физики». Так называемое мышление — это способ рассуждения об очень высокоуровневом эмерджентном феномене. Мышление может формироваться на основе абсолютно жёстких и логичных базовых процессов, которые, тем не менее, не обладают никакими свойствами мышления. Действительно, строгая логика (или даже возможность правильно перемножать большие числа) традиционно остаётся слабым местом человека. Наши мысли скачут, мы совершаем ошибки, полагаемся на чутьё. Тот факт, что мы можем делать выводы, к которым не может прийти формальная математическая система, не кажется таким уж удивительным.