Применимость идей квантовой механики к проблеме связи сознания и тела

Одна из основных идей квантовой механики состоит в том, что комплексное состояние системы (которое соответствует ее максимально полному описанию) не исчерпывается списком реальных (актуальных) характеристик системы, но включает в себя ее некоторые потенциальные возможности и характеристики. Если свойство А и вектор состояний Фф квантовой системы определены (для простоты описания мы примем, что все функции нормированы на единицу), то Ф можно записать в виде Σiciui, где каждая из функций ui представляет собой нормированный на единицу вектор состояния (в котором свойство А имеет значение ai), а ci – комплексные числа, удовлетворяющие условию |ci|2 = 1. Таким образом, вектор ф записан в виде суперпозиции функций ui с соответствующими весами и (поскольку в сумму входят лишь одиночные члены этого вида) значение свойства А в описываемом состоянии ai остается неопределенным. При реалистической трактовке понятия квантового состояния (т.е. если оно рассматривается как представление системы, а не просто как набор ее описаний) эта неопределенность становится объективной и очевидной (я предполагаю, что квантовое описание является полным, и не рассматриваю проблему так называемых «скрытых параметров»). Кроме того, если взаимодействие с окружением делает систему определенной (например, таким взаимодействием выступает процесс измерений), то результат имеет вид объективной случайности, а экспериментатор «на выходе» получает соответствующий набор объективных вероятностей типа |ci|2. Объективная неопределенность, объективная случайность и объективная вероятность являются отличительными особенностями квантового состояния и заставляют рассматривать его в качестве набора потенциальных возможностей.

Еще одной важной особенностью квантовой механики выступает наличие запутанности. Если ui являются нормированными на единицу векторами состояний системы 1 (с некоторым значением свойства А в этих состояниях), a vi – векторами состояний системы 2 (с некоторым значением свойства В), то вектор состояний X = Σiciuivi (где сумма |ci|2 нормирована на единицу) описывает смешанную систему (1 + 2) с особыми свойствами. Дело в том, что ни одна из систем 1 и 2 уже не находится в «чистом» квантовом состоянии. В частности, система 1 уже не описывается суперпозицией функций ui, а система 2 – суперпозицией функций vi, поскольку эти суперпозиции не включают в себя корреляции между ui и vi. Следовательно, состояние X должно рассматриваться как некоторое целостное состояние, называемое запутанным, в результате чего в квантовой механике возникает новый тип составного, или смешанного, состояния, не имеющий аналогов в классической физике. Если в процессе актуализируется свойство A (например, со значением ai), то автоматически актуализируется и свойство В (со значением bi), т. е. вследствие запутанности состояний потенциальные возможности систем 1 и 2 актуализируются только совместно (попарно).

Модернизированный уайтхедизм, о котором я кратко упомянул в конце предыдущего раздела, учитывает потенциальные возможности и запутанность квантовых состояний довольно своеобразным путем. Потенциальные возможности рассматриваются в качестве «средства», позволяющего преодолеть «пропасть» между миром материи (обладающей только зачатками сознания, протоментальностью) и миром высокоразвитого сознания. Даже крупные организмы со сложным мозгом могут не обладать сознанием, поэтому переход между сознанием и бессознательностью должен рассматриваться не в качестве онтологического перехода, а как изменение состояния, при котором осуществляется преобразование свойств от определенности к неопределенности, и наоборот. В случае простой системы (типа электрона) такой переход можно рассматривать как трансформацию «полной неопределенности» в «слабое мерцание разума». Именно на этом этапе приобретает особое значение концепция запутанности состояний. В системе из многих тел запутанность состояний создает значительно более богатые возможности для проявления наблюдаемых свойств, чем в случае отдельной частицы. Спектр наблюдаемых «коллективных» свойств смешанной системы оказывается значительно шире, чем у составляющих ее частиц. Вследствие квантовой запутанности элементарных систем (каждая из которых обладает лишь очень небольшим набором ментальных свойств) составная система проявляет весьма широкий спектр свойств, что позволяет материи постепенно пройти весь путь развития от полной бессознательности до высокоразвитого сознания.

Естественно возникает вопрос о том, каким образом модернизированный уайтхедизм может быть связан с идеями Пенроуза о квантовом состоянии систем многих тел. Обе упомянутые концепции (наличие потенциальных возможностей и существование квантовой запутанности состояний) широко используются Пенроузом при рассмотрении многих вопросов (гл. 2 и 3 данной книги, а также гл. 7 в TP). Проявление потенциальных возможностей может быть напрямую связано с его предположением о «квантовых вычислениях», осуществляемых нейронной системой таким образом, что каждая «ветвь» суперпозиции осуществляет вычисления независимо от других (см. TP, с. 355-6). Запутанность (которую Пенроуз предпочитает называть когеренцией) предположительно тоже играет важную роль на многих стадиях таких вычислений. В частности, предполагается, что микротрубки на границах клеток играют организующую роль в работе нейронов, для чего автор даже специально постулирует наличие запутанных состояний в микротрубках (TP, с. 364-5). Предполагается также, что запутанные состояния присутствуют не только в микротрубках отдельных нейронов, но и в предполагаемом конечном состоянии ансамбля нейронов. Крупномасштабная необходимость существенно важна для идей Пенроуза, поскольку «отдельное сознание может возникать только в случае, когда какая-то квантовая когеренция существует в некоторой части мозга» (TP, с. 372). Пенроуз считает, что эта идея вполне разумна в свете последних открытий в области сверхпроводимости и сверхтекучести, среди которых можно выделить последние достижения в высокотемпературной сверхпроводимости и расчеты Фрёлиха, подтверждающие возможность наличия крупномасштабных запутанностей в биологических системах при обычных температурах (TP, с. 367-8). Еще одна идея Пенроуза связана даже не с современной квантовой механикой, а с ее предполагаемым будущим вариантом, некоторые черты которого он пытается предсказать (этот вопрос рассматривается подробнее ниже, в разд. 4.3). Идея заключается в том, что объективная редукция суперпозиции состояний (обозначаемая аббревиатурой OR) позволяет отбирать актуальное значение некоторой переменной А из широкого набора возможных значений. Такая актуализация существенно необходима для объяснения нашей несомненной способности к восприятию определенных чувственных и мыслительных процессов. Аналогичная актуализация необходима даже в предполагаемых Пенроузом квантовых вычислениях, так как после завершения параллельных расчетов в различных ветвях суперпозиции полученный результат должен быть каким-то образом прочитан (TP, с. 356). И наконец, упомянутая выше операция OR является ключевой в предлагаемой автором «невычислимой» схеме мыслительной деятельности.

В своих теориях Пенроуз не использует (намеренно или по невнимательности) одну из важнейших идей упомянутого мною модернизированного уайтхедизма, а именно: предположение о том, что ментальность является онтологически фундаментальным свойством Вселенной. Подход Пенроуза подозрительно напоминает квантовую версию физикализма (о нем я говорил выше, в разд. 4.1), в которой мыслительные способности рассматриваются как структурные свойства состояний мозга или как вычислительные программы нейронных ансамблей. Пенроуз вводит новые ингредиенты в программу физического (или физикалистского) обоснования ментальности, а именно: крупномасштабную квантовую когеренцию и возможную модификацию квантовой динамики, для учета редукции суперпозиций. Однако эти «ухищрения» вовсе недостаточны для серьезного ответа на несколько наивные и простые возражения против физикализма, предложенные выше в разд. 4.1. Проявления нашей умственной деятельности не «укладываются» в онтологию физикализма, даже если физикализм основан на квантовой механике. Предложенная Уайтхедом философия организма на самом деле является принципиально нефизикалистской, поскольку в ней ментальные свойства приписываются всем (даже самым элементарным) объектам Вселенной, что значительно расширяет и обогащает возможности физического описания таких объектов. В модернизированной версии уайтхедизма, предложенной мною выше, квантовая механика используется не в качестве «суррогатной» базы обоснования онтологии ментальности, а лишь как некий интеллектуальный инструмент, позволяющий рассматривать всю гамму проявлений ментальности, от полной бессознательности элементарных частиц до развитого сознания высших организмов.

Противоречивость позиций может быть сформулирована и другим образом. Квантовая теория содержит в себе некий набор понятий (таких, как состояние, наблюдаемая величина, суперпозиция, вероятность перехода и запутанность состояний). Физикалисты успешно используют этот набор в двух совершено разных онтологиях – онтологии частиц в обычной, нерелятивистской квантовой механике (описание электронов, атомов, молекул и кристаллов) и онтологии физических полей (квантовая электродинамика, хромодинамика и общая квантовая теория поля). Затем физикалисты просто принимают на веру, что квантовая теория может быть применима и к онтологиям совершенно иного типа, таким как онтология мозга, дуальная онтология или онтология элементов и сущностей, обладающих протоментальностью. Обычно физикалисты очень успешно применяют квантовую механику для описания явлений в сложных системах (включая макроскопические) микрофизическими понятиями и характеристиками. Мне кажется, что Пенроуз осуществляет похожую операцию, изящно используя квантовые представления для описания ментальных явлений в рамках физикалистской онтологии. В отличие от этого подхода модернизированный уайтхедизм использует аппарат квантовой теории для онтологии, которая обладает ментальностью ab initio (лат. – с самого начала). Поэтому такой модернизированный уайтхедизм выглядит зачаточной, импрессионистской концепцией, предназначенной для чисто теоретических рассуждений или для экспериментальной проверки утверждений, которые могут стать «верительными грамотами» будущей, более общей теории. Важнейшим преимуществом уайтхедизма перед всеми другими формами физикализма является то, что ментальность первична и «невыводима» из других понятий. Возможно, впрочем, что я недостаточно или неверно понял аргументацию Роджера, и он на самом деле является в большей степени «тайным уайтхедистом», чем мне кажется. В любом случае можно только пожелать, чтобы он представлял свою позицию более подробно и четко.

Если когда-нибудь модифицированная версия уайтхедизма (или любая другая квантовая теория сознания) действительно станет зрелой и единой научной дисциплиной, мы должны будем всерьез заняться психологическими явлениями. Дело в том, что ряд психологических эффектов явно имеет «квантовый привкус». В качестве примеров можно привести переходы от периферического к фокальному зрению, переходы между сознательным и бессознательным состояниями, «распространение» сознания на тело в целом, возникновение намерений и желаний, аномалии во временных характеристиках психических явлений и, наконец, даже странные совпадения и неоднозначности в символике фрейдовского психоанализа. В некоторых серьезных исследованиях (например, в книгах Локвуда^[12] и Стаппа^[13]) специально исследуются проблемы взаимосвязи квантовой теории с такими психологическими явлениями. Пенроуз и сам рассматривает некоторые такие проблемы при обсуждении, например, экспериментов Корнхубера и Либета по активному и пассивному механизмам сознания (см. также TP, с. 385-7).

Реальное применение квантовомеханических подходов к исследованиям мозга потребует также изучения математической структуры пространства психических состояний и множества наблюдаемых переменных. Ранее этим структурам уделялось явно недостаточное внимание, например, в стандартной квантовой механике и квантовой теории поля их определяют самым разным образом, используя представления пространственно-временных групп, эвристические оценки (основанные на классической механике и классической теории поля) или экспериментальные измерения. Эрвин Шредингер (в одной из статей знаменитого цикла 1926 г. по волновой механике) предложил замечательную и исключительно плодотворную аналогию – геометрическая оптика соотносится с волновой оптикой так, как механика частиц соотносится с гипотетической волновой механикой. Было бы интересно продолжить эту аналогию в следующей форме – не относится ли классическая физика к квантовой так, как классическая психология относится к гипотетической квантовой психологии? Использование этой интересной аналогии значительно осложняется тем, что «структуры классической психологии» мы представляем себе гораздо хуже, чем структуры классической механики.

Я рискну высказать еще одну идею. Предположим, что квантовые понятия действительно можно использовать в психологии, но соответствующие этому подходу геометрические структуры значительно отличаются от привычных. Можно представить себе пространство состояний мозга, но должно ли оно иметь знакомую нам структуру проективного пространства Гильберта? В частности, должно ли быть определено в этом пространстве внутреннее произведение двух психических состояний, соответствующее вероятности перехода между ними? Не обнаружатся ли в природе структуры «слабее» квантовых? В очень интересных работах Миелника^[14] предлагается некая минимальная квантовая концепция, в рамках которой «смешанные» состояния могут быть выражены различными методами через так называемые выпуклые сочетания чистых состояний (в отличие от классической статистической механики, где смешанные состояния могут быть определены через чистые одним-единственным образом). В качестве примера возможного использования идей Миелника можно привести феноменологию цветового восприятия, поскольку известно, что создать «восприятие» белого цвета удается несколькими комбинациями различным образом окрашенных световых лучей.