Статья посвящена связи сознания с квантовой механикой, созданию модели окружающего мира при помощи объединения двух сфер знания (естественные науки и субъективный опыт человека) на основе концептуальной структуры квантовой механики.
Ключевые слова: многомировая интерпретация Эверетта, двущелевой эксперимент, квантовая механика, сознание, кот Шредингера
Думаю, я смело могу сказать, что квантовой механики никто не понимает.
Ричард Фейнман (1964)
Основной задачей моей работы является попытка осмысления совместимости понятия «сознание» с динамично развивающейся областью теоретической физики — квантовой механикой. Так же я попытаюсь рассмотреть философию не как историю философии (что часто путают), и не как ни на чем не основанные размышления (или основанные на очень зыбком фундаменте), а как элемент построения квантовой концепции жизни. [9, с.13]
В недалеком прошлом для физики такой философской проблемы как «сознание» не существовало, поскольку физика не занимается ни проблемой сознания, ни проблемой свободы воли. Физика занимается лишь созданием модели окружающего мира (которая, естественно, не претендует на абсолютную истину), которая будет работать, и которая может быть спокойно отвергнута, если будет предложена более совершенная модель. Примером одной из таких альтернативных моделей будет представление католической церкви о том, что за звездами стоят ангелы, которые ими управляют. Такое представление вполне тянет на модель окружающего мира и даже неплохо его объясняет [1]. Как правило, физика моделирует, упрощает процессы (так сложный физический объект превращается в точку, которой можно оперировать). «Физика фактически начинается с введения понятий массы, силы и инерциальной системы. Все эти понятия суть свободные изобретения» [2, с.282] Квантовая механика занимается микромиром, и если попытаться перенести правила микромира на макромир, то появляются парадоксы, один из которых известен как «Кот Шредингера». Подобные парадоксы уже в античности решались философами «диалектическим методом, когда противоположные возможности совместимы. В квантовой физике это назвали выведением состояния суперпозиции». [3, c.103]
Стоит отметить, что в 2010 году был проведен эксперимент (Аарон О’Коннелл), в котором охлажденную до абсолютного нуля металлическую пластину, поместили в непрозрачную вакуумную камеру. К камере присоединили датчики и придали пластине импульс. Датчики зафиксировали невероятный результат: пластина вибрировала и не вибрировала одновременно, что доказало принцип суперпозиции на макрообъектах. [4] Чтобы решить эти парадоксы были предложены различные взгляды (интерпретации) на сущность квантовой теории, описывающей материальный мир. Но, как оказалось, также эти интерпретации могут решить философские проблемы, такие как: природа физической реальности, способ её познания, детерминизм, причинность и др.
Философия и физико-математические науки:
Когда-то давно не было достаточных знаний для объяснения окружающего мира, а желание понять все присутствовало. В Средневековье богословие было едва ли не единственным способом познания мира. Так, Оккам, на бритву которого ссылаются до сих пор, был монахом, богословом. И обоснования построенной картины мира у богословов были вполне логичные. С развитием науки, философия начинает опираться на физику и математику. Но мир меняется, и, как мне кажется, большинство философских обобщений научных фактов — спекуляции, построенные на недопонимании. Современная философия развивается исключительно на западе и занимается утилитарными вещами, вроде философии науки и т. д. Однако, для понимания нашего мира или понимания его непонимания философия все же необходима, в доказательство этого я хочу привести размышления Стивена Хокинга: «Представьте себя рыбкой, живущей в аквариуме с выпуклыми стенками. Что вы знали бы о нашем мире, если бы всю жизнь смотрели на него в искажении от стекла и не имели возможности выбраться? Невозможно познать истинную природу реальности: мы считаем, что чётко представляем себе окружающий мир, но, говоря метафорически, мы обречены всю жизнь провести в аквариуме, так как возможности нашего тела не дают нам выбраться из него». [5] Находясь под впечатлением этих слов, правительство итальянского города Монц запретило держать рыбок в круглых аквариумах, чтобы рыбки могли воспринимать мир таким, какой он есть, без искажения света. Таким образом физика сталкивается с необходимостью принимать во внимание проблему сознания.
Квантовая механика
Квантовая механика — это один из разделов теоретической физики, который описывает различные физические явления, величина действия которых сравнима с постоянной Планка. При увеличении величины действия системы квантовая механика переходит в классическую.
Квантовая механика формировалась на протяжении 27 лет: с выступления Макса Планка в Немецком физическом обществе (14 декабря 1900 года) до появления копенгагенской интерпретации в начале 1927 года. В развитии квантовой теории приняли участие такие ученые, как: Борн, Пауль, Планк, Шрёдингер, Гейзенберг, Паули и др. [6]
Наибольший интерес для моей работы представляет собой двухщелевой эксперимент: суть его в том, что квантовые частицы (фотоны, электроны, кварки и др.) проявляют корпускулярно-волновой дуализм, т. е. ведут себя как частицы и как волны одновременно(при одной щели-ведут себя как частицы, при двух щелях-как волны, т. е. одна частица, как бы, раздваивается, проходит через две щели и интерферирует между собой и ударяется в экран как частица, а с точки зрения математики, частицы вовсе проходят через обе щели и не проходят ни через одну из них). Вдобавок, при попытке вмешаться в эксперимент (т. е. зафиксировать факт пролета частицы через одну из щелей) наблюдатель разрушает волновую функцию просто фактом своего наблюдения. [7] В качестве хорошего примера, демонстрирующего всю странность явлений в квантовом мире, можно привести мысленный эксперимент под названием «квантовая вагонетка»: Представьте, что квантовая частица — это вагонетка, которая едет вниз по рельсам. Если переключить стрелку на путь А, то она убьёт человека на пути А, а если на путь Б — убьёт человека на пути Б. Однако, если ничего не делать и не смотреть на вагонетку, то она пройдёт по обоим путям, деструктивно проинтерферирует с собой и проедет мимо обоих людей.
Этот эксперимент поставил ряд вопросов: Что такое материя: частицы или волны? И волны чего? И причем тут наблюдатель? Чтобы объяснить этот эксперимент были предложены различные философские воззрения на счет квантовой механики (интерпретации).
Интерпретации квантовой механики.
В настоящее время известно около 10 различных интерпретаций. Наибольший интерес (и наибольшую распространенность) имеет две:
Копенгагенская интерпретация (Нильс Бор и Вернер Гейзенберг) и Многомировая (Хью Эверетт). Стоит также заметить, что многие физики, вообще не склоняются ни к каким интерпретациям, а работают по принципу Дэвида Мермина: «Shut up and calculate» («Заткнись и считай!»). Так как я не являюсь профессиональным физиком, а моя работа не является научным трактатом, то я могу позволить себе без угрызений совести рассмотреть эти интерпретации, не особо вдаваясь в математический аппарат, в чисто философском плане (т. е. на чисто научной основе сформировать собственное убеждение).
Суть копенгагенской интерпретации состоит в том, что «классический» мир (макромир с наблюдателями) отделен от квантового. До момента измерения микрообъект находится в суперпозиции (т. е. во всех состояниях сразу), но когда происходит измерение, то это состояние нарушается: квантовая функция коллапсирует, сводясь случайным образом к одному из состояний. Однако эта интерпретация встретила резкую критику, в том числе и от величайших ученых. А. Энштейн восклицал: «Вы и вправду думаете, что Луна существует лишь когда вы на неё смотрите?». А Э. Шредингер придумал свой знаменитый мысленный эксперимент с котом: кот помещается в коробку, в которой находится счетчик Гейгера и небольшое количество радиоактивного вещества, настолько малое, что распасться/не распасться может только один атом этого вещества. При распадении вещества, счетчик фиксирует это и при помощи механизма разбивает колбу с ядом, что приводит к смерти кота. Сущность этого мысленного эксперимента в том, что суперпозиция из микромира переходит на макрообъект, т. е. кот жив и мертв одновременно и только прямое наблюдение за котом разрушает суперпозицию. Юджин Вигнер пошел дальше: он ввел категорию друзей. Согласно его теории кот умрет/выживет только тогда, когда каждый человек во вселенной узнает о его смерти/жизни. Несмотря на подобную критику, физики из Массачусетского технологического университета (MIT) впервые доказали на нейтрино нарушения неравенств Леггетта-Гарга (условия, которые должны выполняться в полностью детерминированном мире), от которых зависит реализуемость эксперимента Шредингера с котом. Исследование принято к публикации Physical Review Letters, коротко о нем сообщает Science и пресс-релиз MIT. Им удалось доказать, что до измерения нейтрино не отличимы друг от друга (использовалась сложная система, которая не нарушала суперпозицию), а после они превратились в разные сорта нейтрино: электронные и тау-нейтрино. Кстати, благодаря этому эксперименту удалось доказать реальность нашего мира. Правда, немного ранее ученые из Института квантовой оптики Общества Макса Планка показали, что использовать данные неравенства для тестов макрореализма не достаточно и предложили заменить эти неравенства на уравнения причинности. [8] Так же стоит отметить, что недавно Е. Морева из Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica в Турине, Италия, и несколько её коллег сумели впервые экспериментально проверить идеи Пейджа и Вутерса. Согласно их открытию, время — это всего лишь побочный эффект квантового спутывания, и со стороны внешнего наблюдателя, наша вселенная статична. Такие результаты выходят за рамки физики, они по сути метафизичны.
Наибольший интерес для меня представляет многомировая интерпретация Эверетта и следующая из нее Расширенная Концепция Эверетта (Квантовая Концепция Жизни, включающая в себя Квантовую Концепцию Сознания), предложенная в 2000 году профессором, доктором физико-математических наук М. Б. Менским. Суть интерпретации Эверетта состоит в том, что «классический» мир (т. е. макромир с наблюдателями) так же представляет собой квантовую систему, и результат измерения так же является суперпозицией. Но в реальном мире мы этого не замечаем, т. к. наши копии могут знать только то, что происходит в данной ветви, но ни в какой другой.
М. Б. Менский на основе многолетней работы и изучении материалов, пришел к выводу, что стоит рассматривать подход к объединению двух сфер знания (естественные науки и субъективный опыт человека) на основе концептуальной структуры квантовой механики. Необходимо включить сознание наблюдателя в теорию квантовых измерений. Благодаря этому, мы не только решим внутренние проблемы квантовой механики, но и поймем, что такое сознание. Итак, Расширенная Концепция Эверетта (Квантовая Концепция Сознания) основана на отождествлении сознания с разделением классических альтернатив (разделение классических миров). Из этого можно сделать вывод о сущности сознания: если сознание отождествляется с разделением миров, то с отключением сознания, стираются границы этих миров, и мы получаем огромную базу данных. Информация оттуда дает нам возможность сверхинтуиции, т. е. прямого усмотрения истины. Второе положение говорит о том, сознание может влиять на то, какая из возможных альтернатив будет восприниматься нами субъективно, т. е. управлять реальностью. [9, с. 111]
Стоит также отметить, что существуют мнения о том, что все парадоксы квантовой механики возникли исключительно из-за неудачной терминологии и «кривых» интерпретаций: зависимость законов природы от наличия или отсутствия наблюдателя, «коллапсы» — это результат непонимания сложной теории квантовой механики, действующей в Гильбертовом пространстве. Частица — это, прежде всего, координата, степень свободы, один из аргументов волновой функции вселенной. Только вся вселенная является функцией, иногда мы принимаем допущения: например в изолированной системе можно выделить свою функцию, которая будет входить множителем, но частиц много, а волна одна. Поэтому «выбор» между частицей или волной априори отсутствует.
Заключение:
На основе научных фактов я могу принять наиболее приемлемую для меня модель окружающего мира: наиболее правдоподобной мне кажется модель, созданная М. Б. Менским.
Литература:
- Чирцов А. С. Геоцентрические системы мира. Лекция 1.2 // Лекториум. URL: https://www.lektorium.tv/mooc2/26291 (дата обращения: 28.01.2017).
- Эйнштейн Альберт, Инфельд Леопольд. Эволюция физики. — СПб.: Амформа, 2015. — 283 с.
- Артемьев Т. М. Интуиция и рефлексия в понимании. Диссертация кандидата философских наук: 09.00.01. Санкт-Петербургский государственный университет. Санкт-Петербург, 2014. — 174 с.
- Квантовая Физика: 10 Невероятных Фактов // Новости науки. URL: http://www.nauka-novosti.ru/blog/43234011934/Kvantovaya-fizika:-10-neveroyatnyih-faktov (дата обращения: 26.01.2017).
- Хокинг Стивен: Прошлое — это вероятность // Politikus.ru. URL: http://politikus.ru/articles/52525-stiven-hoking-proshloe-eto-veroyatnost.html (дата обращения: 28.01.2017).
- Гейзенберг В. Физика и философия. Часть и целое: Пер. с нем. М.: Наука, 1989. — 400 с.
- Загадка квантовой физики — эксперимент с двумя щелями // YouTube. URL: https://www.youtube.com/watch?v=QGq2YNyVbGs (дата обращения: 28.01.2017).
- Королев В. Реальность нашего мира проверили при помощи нейтрино на рекордных расстояниях // N+1: научные статьи. URL: https://nplus1.ru/news/2016/07/19/neutrino-violation. (дата обращения: 28.01.2017).
- Менский М. Б. Сознание и квантовая механика: Жизнь в параллельных мирах. — Фрязино: Век 2, 2011. — 320 с.
